RU2778421C1

RU2778421C1 - Method for operation of a combined gas pumping set of the compressor station of a mains gas line

Info

Publication number: RU2778421C1
Application number: RU2021115823A
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Лившиц; Леонид Павлович Шелудько
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-08-18

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to the gas industry, more specifically, to gas pumping sets of compressor stations. Proposed is a method for operation of a combined gas pumping set of the compressor station of a mains gas line with gas turbine and electric drives of the gas compressor. The gas turbine drive consists of an air compressor, a combustion chamber, gas turbines (compressor and power), and an automatic centrifugal disconnecting clutch. The electric drive consists of an asynchronous electric engine and an electronic frequency converter. The power gas turbine and the gas compressor are made high-speed, and the rotors thereof are installed on magnetic bearings. Gas in the gas compressor is compressed alternately using the gas turbine and electric drives, depending on the gas consumption in the gas line. During daytime operation of the compressor station and at nominal gas consumption in the gas line, the gas turbine drive is used, the shaft of the power gas turbine is connected with the gas compressor shaft via a closed centrifugal disconnecting clutch and the shaft of the asynchronous electric engine. At a significant reduction in the gas consumption in the gas line at night and in areas with two-part electricity tariffs, the electric drive is used. The asynchronous electric engine is connected to an external electrical network via the electronic frequency converter, electric switches, and a transformer; the centrifugal disconnecting clutch is disconnected, and the gas turbine unit is stopped; the current frequency, the rotation speed of the asynchronous electric engine and the gas compressor are reduced by the electronic frequency converter, and the power thereof is lowered.

EFFECT: ensured operation of a combined gas pumping set of the compressor station of a mains gas line.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области транспорта газа и может быть применено на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов с газотурбинными и электроприводными газоперекачивающими агрегатами для снижения эксплуатационных затрат на потребляемые топливо и электроэнергию.The invention relates to the field of gas transportation and can be used at compressor stations (CS) of main gas pipelines with gas turbine and electric gas compressor units to reduce operating costs for consumed fuel and electricity.

Известны КС с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (ГПА), синхронные электродвигатели которых снабжены частотными преобразователями, с помощью которых при уменьшении расхода газа в магистральном газопроводе производят частотное регулирование оборотов электродвигателей и мощности ГПА. (Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Ярицев А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М. Недра. 200, с 389-390).Known COP with electrically driven gas compressor units (GPA), synchronous electric motors which are equipped with frequency converters, with the help of which, with a decrease in gas flow in the main gas pipeline, frequency regulation of the speed of electric motors and the power of the GPA is performed. (Menshov B.G., Ershov M.S., Yaritsev A.D. Electrical installations and complexes in the oil and gas industry. M. Nedra. 200, p. 389-390).

Недостатком этих электроприводных ГПА является применение синхронных электродвигателей с частотой тока 50 Гц.The disadvantage of these electrically driven GPUs is the use of synchronous electric motors with a current frequency of 50 Hz.

Известна газоперекачивающая установка, содержащая электроприводные газоперекачивающие агрегаты с высокооборотными синхронными электродвигателями, электронные преобразователи частоты, регенеративные энергетические газотурбинные установки с высокооборотными компрессорами и высокооборотными газовыми турбинами. Роторы компрессоров и газовых турбин установлены на магнитных подшипниках; синхронные электродвигатели связаны через электронные преобразователи частоты, электрические выключатели и трансформаторы с внешней высоковольтной линией электропередачи.Known gas-pumping plant containing electric gas-pumping units with high-speed synchronous motors, electronic frequency converters, regenerative power gas turbine units with high-speed compressors and high-speed gas turbines. The rotors of compressors and gas turbines are mounted on magnetic bearings; synchronous motors are connected through electronic frequency converters, electrical switches and transformers to an external high-voltage power line.

Преимуществом этой компрессорной станции является питание электроприводных газоперекачивающих агрегатов (ЭГПА) дешевой электроэнергией, вырабатываемой регенеративными энергетическими газотурбинными установками.The advantage of this compressor station is the power supply of electric gas compressor units (EGPU) with cheap electricity generated by regenerative energy gas turbine units.

Ее недостатком является необходимость установки на компрессорной станции дополнительной регенеративной энергетической газотурбинной установки, имеющей высокую стоимость.Its disadvantage is the need to install an additional regenerative power gas turbine plant at the compressor station, which has a high cost.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов (Патент РФ №2647742), включающий сжатие газа в газовом компрессоре и подачу сжатого газа в газопровод, газовый компрессор имеет комбинированный привод - газотурбинный, состоящий из воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, и электрический привод, состоящий из обратимого двигателя-генератора, углового редуктора, а также автоматических расцепных муфт; электрический и газотурбинный приводы газового компрессора работают поочередно, в зависимости от графика электрических нагрузок объединенной энергосистемы, в период максимума электрической нагрузки, в качества привода газовых компрессоров используют газотурбинный привод, при этом вал газовой турбины соединяют с валом газового компрессора через автоматическую расцепную муфту, в период минимума электрической нагрузки используют обратимый двигатель-генератор, вал которого соединяют с валом газового компрессора через автоматические центробежные расцепные муфты; при этом остановку газотурбинного привода и пуск обратимого двигатель-генератора осуществляют синхронизированно. Этот способ принят в качестве прототипа предполагаемого изобретения.The closest in technical essence to the claimed invention is a method of operation of the compressor station of main gas pipelines (RF Patent No. 2647742), including gas compression in a gas compressor and compressed gas supply to the gas pipeline, the gas compressor has a combined drive - a gas turbine, consisting of an air compressor, a combustion chamber , gas turbine, and an electric drive, consisting of a reversible engine-generator, an angular gearbox, as well as automatic disengaging clutches; electric and gas turbine drives of the gas compressor operate alternately, depending on the schedule of electrical loads of the interconnected power system, during the period of maximum electrical load, a gas turbine drive is used as a drive for gas compressors, while the gas turbine shaft is connected to the gas compressor shaft through an automatic disengaging clutch, during the period a minimum electrical load using a reversible motor-generator, the shaft of which is connected to the shaft of the gas compressor through automatic centrifugal disengaging clutches; at the same time, the stop of the gas turbine drive and the start of the reversible engine-generator are carried out synchronously. This method is taken as a prototype of the proposed invention.

Недостатками способа работы компрессорной станции магистральных газопроводов является его использование как для привода газового компрессора магистрального газопровода, так и для выработки электроэнергии в периоды минимума электрической нагрузки в объединенной энергосистеме, при этом двигатель-генератор работает в режиме генератора.The disadvantages of the method of operation of the compressor station of the main gas pipelines is its use both for driving the gas compressor of the main gas pipeline and for generating electricity during periods of minimum electrical load in the unified power system, while the engine-generator operates in the generator mode.

Предложенный в прототипе способ работы компрессорной станции магистральных газопроводов с комбинированным приводом имеет следующие недостатки:Proposed in the prototype method of operation of the compressor station of main gas pipelines with a combined drive has the following disadvantages:

- установка для его реализации конструктивно сложна, вследствие применения в ней обратимого двигателя-генератора, трех автоматические центробежных расцепных муфт и углового редуктора;- the installation for its implementation is structurally complex, due to the use of a reversible engine-generator, three automatic centrifugal disengaging clutches and an angular gearbox;

- установка имеет высокую стоимость, сложна при эксплуатации и ремонтах.- the installation has a high cost, difficult to operate and repair.

Задачей предлагаемого способа работы компрессорной станции магистрального газопровода скомбинированной газоперекачивающей установкой является снижение ее стоимости, эксплуатационных и ремонтных затрат, повышение надежности и ресурса газоперекачивающих агрегатов.The objective of the proposed method of operation of the compressor station of the main gas pipeline of a combined gas pumping unit is to reduce its cost, operating and repair costs, increase the reliability and resource of gas pumping units.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе работы компрессорной станции магистрального газопровода используют комбинированный газоперекачивающий агрегат, содержащий воздушный компрессор, компрессорную газовую турбину, высокооборотные силовую газовую турбину и газовый компрессор, роторы которых выполнены с магнитным подвесом, автоматическую расцепную цетробежную муфту, асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, электронный частотный преобразователь, электрические выключатели и трансформатор.The problem is solved by the fact that in the proposed method of operation of the compressor station of the main gas pipeline, a combined gas compressor unit is used, containing an air compressor, a compressor gas turbine, a high-speed power gas turbine and a gas compressor, the rotors of which are made with magnetic suspension, an automatic disengaging centrifugal clutch, an asynchronous electric motor with squirrel-cage rotor, electronic frequency converter, electrical switches and transformer.

Сжатие природного газа производят с использованием комбинированного привода газового компрессора - газотурбинного привода или электрического привода.Compression of natural gas is carried out using a combined gas compressor drive - gas turbine drive or electric drive.

Газотурбинный привод состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания, компрессорной и силовой газовых турбин, автоматической расцепной муфты. При газотурбинном приводе вал силовой газовой турбины связан с валом газового компрессора через замкнутую автоматическую расцепную центробежную муфту и вал асинхронного электродвигателя. Электрический привод состоит из асинхронного электродвигателя и электронного частотного преобразователя, связанного с внешней электрической сетью через электрические выключатели и трансформатор. При работе компрессорной станции в дневные часы суток, а также при номинальном расходе газа в магистральном газопроводе используют газотурбинный привод, при этом вал силовой газовой турбины соединяют с валом газового компрессора через замкнутую центробежную расцепную муфту и вал асинхронного электродвигателя. При значительном уменьшении расхода газа в магистральном газопроводе используют электрический привод газового компрессора, при этом асинхронный электродвигатель подключают к внешней электрической сети через электронный частотный преобразователь, электрические выключатели и трансформатор, расцепляют центробежную расцепную муфту, останавливают газотурбинную установку, электронным частотным преобразователем уменьшают частоту тока, число оборотов асинхронного электродвигателя и газового компрессора, уменьшая его мощность. Электрический привод используют также в ночные часы суток в районах с электроснабжением компрессорных станций по двухставочным тарифам.The gas turbine drive consists of an air compressor, a combustion chamber, a compressor and power gas turbines, and an automatic release clutch. With a gas turbine drive, the shaft of the power gas turbine is connected to the shaft of the gas compressor through a closed automatic disengaging centrifugal clutch and the shaft of an asynchronous electric motor. The electric drive consists of an asynchronous electric motor and an electronic frequency converter connected to an external electrical network through electrical switches and a transformer. During the operation of the compressor station during the daytime hours of the day, as well as at the nominal gas flow rate in the main gas pipeline, a gas turbine drive is used, while the shaft of the power gas turbine is connected to the shaft of the gas compressor through a closed centrifugal disengaging clutch and the shaft of the asynchronous electric motor. With a significant decrease in gas flow in the main gas pipeline, an electric drive of the gas compressor is used, while the asynchronous electric motor is connected to an external electrical network through an electronic frequency converter, electrical switches and a transformer, the centrifugal disengaging clutch is disengaged, the gas turbine plant is stopped, the frequency of the current is reduced by an electronic frequency converter, the number revolutions of the asynchronous electric motor and gas compressor, reducing its power. An electric drive is also used at night in areas with power supply to compressor stations at two-part tariffs.

На Фиг. 1 приведена принципиальная схема комбинированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода. Здесь 1 - компрессор, 2 - камера сгорания, 3 - компрессорная газовая турбина, 4 - силовая газовая турбина, 5 - вал силовой газовой турбины, 6 - автоматическая центробежная расцепная муфта, 7 - асинхронный электродвигатель, 8 - общий вал, 9 - газовый компрессор, 10 - магистральный газопровод, 11 - электронный частотный преобразователь, 12 - электрический выключатель, 13 - трансформатор, 14 - внешняя высоковольтная электрическая сеть.On FIG. 1 shows a schematic diagram of a combined gas pumping unit of a compressor station of a main gas pipeline. Here 1 - compressor, 2 - combustion chamber, 3 - compressor gas turbine, 4 - power gas turbine, 5 - power gas turbine shaft, 6 - automatic centrifugal disengaging clutch, 7 - asynchronous electric motor, 8 - common shaft, 9 - gas compressor , 10 - main gas pipeline, 11 - electronic frequency converter, 12 - electrical switch, 13 - transformer, 14 - external high-voltage electrical network.

Способ работы комбинированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода осуществляют следующим образом. При номинальном расходе газа в магистральном газопроводе 10 используют газотурбинный привод газового компрессора 9. При этом в компрессоре 1 сжимают воздух и подают в камеру сгорания 2, где сжигают топливо. Продукты сгорания расширяют в компрессорной газовой турбине 3, приводящей компрессор 1, а затем в силовой газовой турбине 4, вал которой связан с валом газового компрессора 9 через замкнутую автоматическую центробежную расцепную муфту 6, вал асинхронного электродвигателя 7 и общий вал 8. Полезную работу силовой газовой турбины 4 используют для сжатия природного газа в газовом компрессоре 9 и его подачи в магистральный газопровод 10. При уменьшенных расходах газа в магистральном газопроводе 10 используют электрический привод газового компрессора 9. Расцепляют автоматическую центробежную муфту 6. Электроэнергию из внешней электрической сети 14 подают через трансформатор 13, электрический выключатель 12 и электронный частотный преобразователь 11 в обмотку статора асинхронного электродвигателя 7, работу которого передают через общий вал 8 газовому компрессору 9 и используют для сжатия природного газа, подаваемого в магистральный газопровод 10. В районах, где электроснабжение компрессорных станций производят из внешней электрической сети 14 по двухставочным тарифам, в ночные часы суток эту электроэнергию подают через трансформатор 13, электрический выключатель 12 и электронный частотный преобразователь 11 в обмотку статора асинхронного электродвигателя 7, вал которого связан через общий вал 8 с валом газового компрессора 9. Полезную работу асинхронного электродвигателя 7 используют для сжатия природного газа в газовом компрессоре 9 и его подачи в магистральный газопровод 10.The method of operation of the combined gas-pumping unit of the compressor station of the main gas pipeline is carried out as follows. At a nominal gas flow rate in the main gas pipeline 10, a gas turbine drive of the gas compressor 9 is used. At the same time, air is compressed in the compressor 1 and fed into the combustion chamber 2, where the fuel is burned. The combustion products are expanded in the compressor gas turbine 3, which drives the compressor 1, and then in the power gas turbine 4, the shaft of which is connected to the shaft of the gas compressor 9 through a closed automatic centrifugal disengaging clutch 6, the shaft of the asynchronous electric motor 7 and the common shaft 8. turbines 4 are used to compress natural gas in the gas compressor 9 and supply it to the main gas pipeline 10. At reduced gas flow rates in the main gas pipeline 10, the electric drive of the gas compressor 9 is used. The automatic centrifugal clutch 6 is disengaged. Electricity from the external electrical network 14 is supplied through the transformer 13 , an electric switch 12 and an electronic frequency converter 11 into the stator winding of an asynchronous electric motor 7, the work of which is transmitted through a common shaft 8 to a gas compressor 9 and used to compress natural gas supplied to the main gas pipeline 10. In areas where the power supply of the compressor stations are produced from an external electrical network 14 at two-rate tariffs, at night this electricity is supplied through a transformer 13, an electric switch 12 and an electronic frequency converter 11 into the stator winding of an asynchronous electric motor 7, the shaft of which is connected through a common shaft 8 with the shaft of a gas compressor 9. The useful work of the asynchronous electric motor 7 is used to compress natural gas in the gas compressor 9 and supply it to the main gas pipeline 10.

Предлагаемый способ позволяет:The proposed method allows:

- при номинальном расходе газа в магистральном газопроводе использовать газотурбинный привод газового компрессора, а при значительном уменьшении расхода газа, снижении мощности и КПД газовой турбины осуществлять привод газового компрессора от асинхронного электродвигателя;- at a nominal gas flow rate in the main gas pipeline, use a gas turbine drive of a gas compressor, and with a significant decrease in gas consumption, a decrease in power and efficiency of a gas turbine, drive a gas compressor from an asynchronous electric motor;

- электрический привод газового компрессора также целесообразно использовать в ночные часы суток в районах с электроснабжением компрессорных станций из внешней электрической сети по двухставочным тарифам;- it is also advisable to use the electric drive of the gas compressor at night in areas with power supply to compressor stations from the external electrical network at two-rate tariffs;

- упростить конструкцию комбинированного газоперекачивающего агрегата, уменьшить его стоимость и отказаться от установки двух автоматических разъемных центробежных муфт и угловой муфты;- simplify the design of the combined gas pumping unit, reduce its cost and abandon the installation of two automatic split centrifugal couplings and an angular coupling;

- уменьшить эксплуатационные и ремонтные затраты компрессорной станции.- reduce the operating and repair costs of the compressor station.

Claims

Способ работы комбинированного газоперекачивающего агрегата компрессорной станции магистрального газопровода с газотурбинным и электрическим приводами газового компрессора, сжимающего газ, подаваемый в газопровод; газотурбинный привод состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, автоматической центробежной расцепной муфты; электрический привод состоит из электродвигателя и электронного частотного преобразователя; сжатие газа в газовом компрессоре производят попеременно с использованием газотурбинного и электрического приводов, в зависимости от расхода газа в газопроводе, отличающийся тем, что в комбинированном газоперекачивающем агрегате применены высокооборотные силовая газовая турбина и газовый компрессор, роторы которых установлены на магнитных подвесах, и асинхронный электродвигатель; при работе компрессорной станции в дневные часы суток, а также при номинальном расходе газа в магистральном газопроводе используют газотурбинный привод газового компрессора, при этом вал силовой газовой турбины соединяют с валом газового компрессора через замкнутую центробежную расцепную муфту и вал асинхронного электродвигателя; при значительном уменьшении расхода газа в газопроводе в ночные часы суток, а также в районах с двухставочными тарифами на электроэнергию используют электрический привод газового компрессора, при этом асинхронный электродвигатель подключают к внешней электрической сети через электронный частотный преобразователь, электрические выключатели и трансформатор, расцепляют центробежную расцепную муфту и останавливают газотурбинную установку, электронным частотным преобразователем уменьшают частоту тока, число оборотов асинхронного электродвигателя и газового компрессора, уменьшают его мощность.The method of operation of the combined gas-pumping unit of the compressor station of the main gas pipeline with gas turbine and electric drives of the gas compressor that compresses the gas supplied to the gas pipeline; gas turbine drive consists of an air compressor, a combustion chamber, a gas turbine, an automatic centrifugal disengaging clutch; electric drive consists of an electric motor and an electronic frequency converter; gas compression in the gas compressor is carried out alternately using gas turbine and electric drives, depending on the gas flow rate in the gas pipeline, characterized in that the combined gas compressor unit uses a high-speed power gas turbine and a gas compressor, the rotors of which are mounted on magnetic suspensions, and an asynchronous electric motor; during the operation of the compressor station during the daytime hours of the day, as well as at the nominal gas flow rate in the main gas pipeline, a gas turbine drive of the gas compressor is used, while the shaft of the power gas turbine is connected to the shaft of the gas compressor through a closed centrifugal disengaging clutch and the shaft of an asynchronous electric motor; with a significant decrease in gas consumption in the gas pipeline at night, as well as in areas with two-part tariffs for electricity, an electric drive of the gas compressor is used, while the asynchronous electric motor is connected to the external electrical network through an electronic frequency converter, electrical switches and a transformer, the centrifugal disengaging clutch is disengaged and stop the gas turbine plant, reduce the frequency of the current, the number of revolutions of the asynchronous electric motor and the gas compressor with an electronic frequency converter, and reduce its power.