天然气压缩机培训手册.doc
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1、离心式透平天然气压缩机.错误错误!未定义书签。未定义书签。1 简述.错误错误!未定义书签。未定义书签。2 透平发动机工作原理简介.错误错误!未定义书签。未定义书签。3 变频启动系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。4 滑油系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。5 空气压缩系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。6 燃料气系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。7 天然气离心压缩机.错误错误!未定义书签。未定义书签。8 干气密封系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。9 监控系统.错误错误!未定义书签。未定义书签。10 操作程序.错误错误!未定义书签。未定义书签。11 常见故障分析和解决.错
2、误错误!未定义书签。未定义书签。离心式透平天然气压缩机离心式透平天然气压缩机 1 简述简述 对于不同的压缩机,Solar公司有不同的透平驱动方式。东方气田采用Solar公司的Taurus 70 型透平发动机。其目的是运用它的增压功能,将海底天然气从压力为 3.1MPa 增压到6.75MPa,通过海底管线输送到东方终端。本机组重要涉及的系统有:变频启动系统、空气压缩系统、滑油系统、干气密封系统、燃料气系统、监控系统等。重要组件有:透平发动机、动力输出轴(有的配有加速齿轮箱)、离心式天然气压缩机、橇块、进、排气系统以及仪表盘等。2 透平发动机工作原理简介透平发动机工作原理简介 东方气田透平发动机属
3、于简朴的开式循环机组:(如图)燃料气 空气 排出 以大气条件下的空气做为工作介质,一股空气连续的进入压缩机吸入端并被压缩,增燃烧室 压缩机 涡轮 压后进入燃烧室,在燃烧室被燃料燃烧并加热,温度升高,加热升压后的气体通过涡轮膨胀到大气中,气体在膨胀过程中,将压力能转化为涡轮的机械能,使涡轮获得足够的动力来驱动压缩机压缩空气,这样整个过程得到连续的循环。但是,启动时压缩机的动力来源来自起动马达。具体来讲,在用启动马达带动压缩机后,空气被压缩进燃烧室,并被送入燃烧室中的火炬头(单独由燃料气管线提供)点燃,这样燃料气和空气混合气体进入燃烧室不断被点燃,当燃烧变得自行连续时,火炬头被熄灭,只要有足够流量
4、的压缩后的空气和燃料气,燃烧就能连续。工质在燃烧室内温度迅速上升,体积和速度迅速增长,但压力上没有变化。这样,工质通过涡轮部分膨胀,将其热能和压力能转化为涡轮的转矩能,涡轮的转动通过轴的连接带动压缩机的转动。3 变频启动系统变频启动系统 系统功能 启动系统是给发动机提供原始的旋转推动力帮助涡轮加速到自维持速度(通常是65%NGP):当发动机启动后,机组预润滑计时器开始计时,计时完毕后,变频器开始工作。起先,变频器给启动马达提供低频的交流电压使其转动,随后,变频器给启动马达的频率和电压斜坡上升带动发动机组运转到吹扫速度(通常是 22%NGP)。当吹扫循环完毕,燃料系统便开始启动,点火成功后,启动
5、马达加速到脱扣速度(即自维持速度),当发动机组达成脱扣速度后,控制系统使变频器失电,启动马达与发动机分离开来。部件重要涉及变频器、启动马达、阻抗器等。4 滑油系统滑油系统 1)系统功能描述 机组启动时,预后滑油泵一方面启动,从主油箱吸入滑油增压后,由其出口压力释放阀VR902 维持滑油压力在 20psi,滑油再去到滑油分派器,然后滑油流向滑油供油管汇,流向齿轮箱轴承、压缩机轴承、透平发动机轴承、燃气压缩机轴承。通过一段时间的预润滑后,发动机开始转动,发动机驱动的主滑油泵启动开始给系统提供滑油。随着发动机速度的增长,主滑油供应的滑油也随之增长。当滑油油压增长到 35psi 时,预后滑油泵自动停止
6、,主润滑油泵出口去分派器的的压力由压力控制阀 PCV901 及压力释放阀VR901 维持在 55psi 左右。假如油温达成 140F 时,温控阀启动,将部分油导向水冷却器。滑油过滤器流向滑油管汇,然后供向各条支管,注入发动机和压缩机组的各个润滑点。流向发动机前部齿轮箱的滑油给齿轮组和压缩机前轴承提供润滑,从齿轮箱流出的滑油依靠重力排向主油箱。流向压缩机轴箱和透平发动机轴箱的滑油给压缩机后轴承和发动机轴承提供润滑,润滑后的滑油收集在轴承支撑套内,依靠重力排向主油箱。压缩机关停后,受控制系统控制,预后滑油泵自动启动,后润滑开始,给发动机轴承、齿轮、燃气压缩机轴承、燃气发生器轴承提供润滑、冷却,一般
7、要连续 55 分钟。当预后滑油泵故障时,压力开关动作,备用滑油泵启动。2)润滑系统流程简介 主润滑流程 主油箱中的滑油通过滤器 FS902-1 后进入主润滑油泵 P901 进口,经泵增压后去滑油分派器,再经滑油冷却器、温控阀、双型过滤器、限流孔板后去燃气压缩机进出口端轴承、透平发动机轴承、燃气发生器轴承和辅助齿轮箱。预后润滑流程:滑油从主油箱出来,通过滤器 FS902-2 后到泵进口,被预后滑油泵(AC 泵)增压、压力释放阀 VR902 调压后,经单流阀、复式过滤器然后去压缩机轴承、透平轴承、燃气发生器轴承、辅助齿轮箱等部位。这些部位前都有过滤器,以保证油质清洁,去压缩机轴承前尚有限流孔板,用
8、来保证进入增压机轴承的滑油流量的稳定性。备用泵(DC 泵)润滑流程:主油箱滑油通过滤器 FS902-3 过滤进入备用泵 P903(DC 泵)增压后,再通过滤器、单流阀后直接去燃气发生器轴承和透平发动机轴承。用于 AC 泵故障时,给燃气压缩机、透平发动机提供润滑和冷却。3)设备简介及参数控制 主油箱 R901:为系统提供滑油,接受从系统中排回的滑油。其上有温度、液位、压力传感和开关。电加热器 H932:安装在主油箱底部,功率 25KW,当油温低于 62F 时,电加热器自动启用,当油温高于 92F时电加热停止工作。主油箱油温由温度传感器 RT390 探测并传送。主润滑油泵P901:燃气发动机驱动的
9、主润滑油泵用来在压缩机运营时给机组提供润滑。设计出口压力:150PSI(1035KPA),转速:2023RPM,流量:380GPM(1440LPM)。预后滑油泵 P902:马达驱动的预后滑油泵安装在主滑油箱的上部,用来在压缩机组启机和停机阶段给机组提供润滑。设计操作值为:出口压力 20PSI(138KPA),转速:2950RPM,流量:105GPM(397LPM)。备用泵 P903:用于在机组启停机、预后滑油泵故障时,给机组提供后润滑和冷却。它由 120 伏直流电驱动,设计操作值为:25PSI(175KPA),转速:1800RPM,流量:30GPM(114LPM)。滑油冷却器为水冷浮头式换热器
10、。滑油分派器:涉及压力控制阀、温度控制阀、过滤器、压力释放阀等。双型过滤器 FS901:位于主滑油管汇上,滤芯孔径 10 微米,涉及一个 三通的选择阀VT901、两个并列的过滤器及过滤器差压传感器 TPD397 等。限流孔板 F0901,用来控制去燃气压缩机进出口轴承端的滑油流量。其它设备有弹簧接触单流阀、压力传感器、温度传感器、普通过滤器、压力表、温度表等。有关参数控制见下表:序号 代号 描述 操作与控制参数 1 PCV901 主润滑油泵出口压力控制 控制在 50 60PSI,正常在 55PSI 左右。2 RT327-1 辅助齿轮箱温度探测器 主管汇温度+45F 高报;主管汇温度+50F 关
11、停 3 RT327-2 燃气发生器和压气机进口端共用温度探测器 主管汇温度+110F 高报;主管汇温度+125F 关停 4 RT327-4 动力透平端电阻式温度探测器 主管汇温度+45F 高报;主管汇温度+50F 关停 5 RT380 滑油主管汇温度传感 125F 低报警;160F 高报;180F 关停。6 RT390 主油箱温度传感 62F 加热器动作 92F 加热器停止 7 TCV901 分派器温控阀 129F 时启动,145F 时全开,将滑油导向水冷却器 8 TL388 主油箱液位传感 19 英寸液位低报警;16 英寸液位低低关断;22 英寸液位高报警 9 TP380 主管汇滑油供应压力
12、 27PSI 低报警;25PSI 低关停;65PSI 高报;低于 6PSI时预后滑油泵允许启动;低于 4PSI 时备用滑油泵允许启动。10 TPD324 主油箱压力 8.5 英寸水柱报警;10 英寸水柱关断 11 TPD397 双型过滤器压差 30PSI 高报警 12 VR901 滑油分派器压力释放阀 压力高于 150PSI 时启动。13 VR902 预 后 润 滑 油 泵(AC 泵)压力释放阀 20PSI 时,该阀打开,将部分油导向主油箱;稳定油压在 20PSI 左右 14 VR905 备用滑油泵(DC泵)出口压力释放阀 25PSI 阀打开,维持滑油压力稳定在 25PSI 左右 15 S32
13、2-2 后润滑油泵(AC泵)压力开关 降到 4PSI 时备用滑油泵启动;升到 6PSI 时备用滑油泵停止 16 S322-3 后润滑油泵(DC泵)压力开关 降到 4PSI 时备用滑油泵启动;升到 6PSI 时备用滑油泵停止 17 S322-5 备用泵(DC 泵)测试用压力开关 压力降到 9PSI 时,备用泵启动;压力涨到 12PSI 时,备用泵停止。5 空气压缩系统空气压缩系统 1、系统功能 发动机空气系统除了重要支持燃烧外,也给滑油增压和密封、冷却涡轮转子叶片和一级喷嘴,在临界速度时防止对轴流式压缩机冲击而有助于发动机运营平稳,还为燃气控制系统提供控制空气。空气系统的压力为压缩机排出空气压力
14、。2、重要部件 泄放空气阀、变速涡轮叶片系统、天然气控制阀、燃气发生器前封和动力涡轮后封。泄放空气阀 压缩机的泄放空气阀在弹簧的作用下通常是开的,该阀位于燃烧箱总成上,在启动和减速过程中,通过排放手集器将空气泄放到大气中,来减少压缩机的回压。在启动过程中该阀处在全开位置,当 PCD 压力达成 22PSI 时开始关闭,当 PCD 达成大约72PSI 时,燃气发生器速度为正常的 75%时,该阀全关。天然气燃料气控制阀 它的作用完全依靠压缩机排出压力 PCD 来操纵。PCD 压力先到控制阀,然后作用到三个加载阀膜片上,加载阀通过 PCD 压力的作用,根据压缩机运转的条件来分派燃料气.涡轮变速叶片系统
15、 此系统由 PCD 压力控制,在加速和启动过程中,靠压力改变叶片的位置或角度,临界低压阶段能自动调节好空气和轴形,使压缩机性能与稳定状态同样平稳。燃气发生器前封、动力涡轮后封 发动机 PCD 压力被引导位于发动机下面的管汇上,然后垂直进入燃气发生器前封、动力涡轮后封。在这过程中,PCD 空气形成一个空气保护。防止滑油从轴承中泄漏。6 燃料气系统燃料气系统 1、系统功能描述 来自高压燃料气系统的燃气先经质量计量器 FM586 计量,再经一个 10 微米孔径的过滤器FS931 过滤,然后供向主燃料气一级关断阀 V2P931。发动机启动前主燃料气关断阀是关闭的,随着发动机的开始启动和旋转,受控制系统
16、控制,控制燃料气关断阀的两位三相电磁阀 L341-1动作,使加压在燃料气关断阀的控制气释放和转向,打开燃料气一级关断阀。同理,两位三相电磁阀 L342-1 动作打开燃料气二级关断阀 V2P932,燃料气流向主燃料气控制阀 EGF388 和点火气控制阀 PCV930-1。当发动机的速度增长到 15%时,点火气关断阀 V2P940 打开,点火压力控制阀 PCV930-2自动调节点火压力为 5psi,点火气流向点火装置,同时燃料气压力控制阀 EGF388 调节好燃料气压力,燃料气流向主燃气管汇,然后被分派给十个燃气注入器,此时,点火回路供电,点火变压器得电,电极放电打火。点火后,燃烧器伺服马达调节连
17、动机架,连动机架带动节流阀慢慢调节燃气和空气量,使之以最优混合比平稳增长,建立主火焰。随着发动机速度的增长,燃烧室内的温度也急剧增长,当温度增长到 350F,受燃烧控制系统控制,点火线圈失电,主燃气独立燃烧。然后,燃气节流阀按照控制系统的规定自动调节燃气量大小。当机组关停时,燃料气关断阀关闭,燃料气系统停止,发动机慢慢停下来。2、系统重要部件 系统重要部件涉及进口过滤器、燃料气一级关断阀和二级关断阀、燃料气控制阀、点火气控制阀、点火气判断阀、压力传感器、两位三通电磁阀等。燃料气关断阀 V2P931 和点火气关断阀 V2P940 的结构同样,控制方式同样,气动控制的,通过一个两位三通电磁阀控制改
18、变控制气源通过关断阀的方向,控制气推动关断阀轴心向开和关方向移动,从而控制关断阀的开关。燃料气进口过滤器 FS931,孔径 10 微米。用来保证燃料气的清洁。EGF388 燃料气控制阀,受增压机出口压力和燃烧控制系统控制。它由三个加载阀组成,一号加载阀控制主加载阀膜片上部的压力,其中二、三号加载阀是主加载阀,正常运营时,由二、三号加载阀控制燃料气量。发动机启动前,一、二号加载阀都是关闭的,三号加载阀是开的。发动机启动加速过程中,增压机出口压力增长,主加载阀膜片上部的压力随之增长,这就迫使主加载阀打开,使得膜片上部的压力与压缩机出口压力达成平衡。这个过程是渐进的,随着发动机速度的增长,供应发动机
19、的燃气压力也随之增长。当发动机速度增长到 50%时,一号加载阀完全关闭,二号加载阀投入自动调节,三号加载阀仍然是全开的。当发动机速度增长到75%以上时,二号加载阀全开,三号加载阀投入自动调节,满足发动机燃气需要。控制气阀 L341-1、L342-1、L341-3、L340-1、L342-1,都是两位三通电磁阀,分别用来控制主燃料气一级关断阀、主燃料气二级关断阀、放空关断阀和点火气关断阀。压力控制阀 PCV930-1,用来控制点火回路点火气的压力;压力控制阀 PCV930-2,用来控制点火气进点火装置的压力。其它设备有压力传感器、限流孔板等。3、参数控制 参数控制见下表:序代号 描述 操作与控制
20、参数 号 2 TP342-1 燃气关断阀后压力传感器 400PSI 高报警;405PSI 高关停 1 TP386 燃料气进口压力传感器 400PSI 高报警;405PSI 高关停 1 TP389 燃气控制阀上游压力传感器 400PSI 高报警;405PSI 高关停 3 TPD388 燃气控制阀前后压差传感器 用来防止启动时流量高(启动时压差12PSI 关停)4 PCV930-1 点火回路粗调压力控制阀 设定值 35PSI 5 PCV930-2 点火回路精调压力控制阀 设定值 10PSI 7 天然气离心压缩机天然气离心压缩机 1、C4022 离心压缩机概述 东方气田的天然气压缩机型号为 C402
21、2TAU-0231,拥有单独的底座,通过螺栓和定位孔与透平发动机底座连接在一起,构成透平压缩机的整体撬快。其重要构成有:吸入口、吸入口轴承及密封装置、吸入口导向叶片、吸入腔、多级转动叶片、多级固定叶片室、排出口、排出口轴承及密封装置、外接滑油接口、外接密封气和缓冲气接口。2、离心压缩机的工作原理 天然气离心压缩机压缩驱动轴,与透平发动机的动力轴通过联轴结连接。离心压缩机轴带动叶片,使天然气在惯性力作用下作离心运动而获得动能和压力势能。当天然气通过叶轮和扩散器狭窄区时,天然气流动方向发生 180的转变,从而使天然气的部分动能又转换为天然气的压力势能,经多级转换后通过排出口排出离心机,此过程可归结
22、为下图所示的文丘里原理。天然气通过离心机后压力的升高 2/3 来自离心叶轮的离心运动,1/3 来自扩散器-固定式(文丘里)的速度-压力转换的奉献。进口导向叶片、叶轮和扩散器组合在一起便组成了离心机的一级。单级的压缩能力是有限的,要获得高的压力,必须配多级离心压缩机。3、离心机的喘振 通过改变压缩机两端的压差或改变压缩机的功率,来改变和控制通过压缩机的介质流量。当压力或功率恒定期,流量减小到一定值以下,离心机的稳定运转就不也许维持,这就是通常所说的喘振极限点。压缩机喘振将导致叶轮片和天然气之间的强烈互相作用,天然气就会变得像飞机机翼在低速时发生剧烈振动同样,变得在空气动力学上所指的不稳定。叶轮再
23、也不能提供用来克服系统回压所需的足够能量,并且暂时的倒流现象将会发生。在喘振过程中随着着大范围的流速和压力/温度的变化,因此,压缩机在喘振状态下运转将会极其不利,由于天然气的高温和反向冲击将对机器导致深远的损坏。假如压缩机在给定速度运转,在诸如排出管线压力过高的情况下,流量将会受到限制。从而导致排出压力升高,压缩机解决量下降。此时压缩机不能产生足够高的压头来把天然气排出到管线去,向前流动将会停止。由于高的排出压头回流不久产生,直到排出压力下降到压缩机能提供足够的压力,使气体向前流。压缩机的回流发生速度是非常快的,并且维持到压缩机的排出口压力得到改善或停机。回流将会在以下情况发生:压缩机加载和卸
24、载时,压缩机喘振时或喘振过程中。加载和卸载导致的止推载荷异常所导致的止推轴承温度,比正常情况下天然气的温度高。机组振动高、噪音大,气体流速快、流量波动大等。4、离心机的轴承及密封系统 离心机的轴承密封是靠密封气、双区迷宫密封、缓冲区的隔离气、控制槽密封油密封来完毕。迷宫回环圈密封,在所有内部转动部件的靠近间隙点提供密封来减少内部介质的泄漏,由于存在稍微的磨损,因此此密封为自洁型的。静止部件为钢板支撑的铅基合金铸件。所有轴承的轴颈都是多级的、倾斜垫片型设计,可以防止滑油在任何转速下的抽动,并且在维修时不用从壳箱拆下转子便可拆下密封部件。倾斜垫片型轴承材质为铅壳钢。位于吸入段轴承和密封装置之间的止
25、推轴承设计用来承受轴向的载荷。止推载荷加在了止推轴颈和止推滚珠之间的油膜上。止推载荷是由于叶轮的旋转导致其前后面压力不同而产生的,虽然压差的增长,会使朝向压缩机吸入端的止推载荷有所增长。止推力靠压缩机排出端的平衡活塞来平衡,平衡活塞用一个面来感知排出压力并产生以相反的作用力于止推部件上。主轴油封(控制油封)由钢圈支撑的碳圈封闭在压缩机内,在两个油封之间的压力可以比压缩机吸入端压力高 20PSI,其密封油可以通过轴和密封件之间的间隙渗透。密封件的较大面一侧的排出压力为大压力,且大部分的密封油都通过这一密封区域,内侧窄面的排出压力稍高于天然气吸入端的压力,一次仅有一小部分滑油通过密封部件内径和轴面
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