Дожимной компрессор: описание, принцип работы и характеристика

Разработка газовых месторождений сопряжена с особенностями и рядом требований, предъявляемых к организации процесса. Пластового давления, имеющегося на момент начала разработки месторождения, достаточно для транспортировки газа от скважины к основному узлу подготовки и газопроводу без использования компрессорного оборудования. Однако пластовое давление постепенно падает во время процесса добычи, в результате чего можно столкнуться с недостатком давления для подачи газа в газопровод. По этой причине разработка месторождения, с технологической точки зрения, делится на два этапа - бескомпрессорный и компрессорный. Различаются использованием компрессорной установки, позволяющей повысить давление добываемого газа. Подобное оборудование носит название дожимных компрессорных станций. Их использую для решения следующих задач:

• Добыча газа под низким давлением.
• Сжатие попутного и нефтяного газа с целью дальнейшей транспортировки.
• Поддержание конкретного выходного давления газа.
• Продувка, очистка и опрессовка трубопроводов.

Область применения компрессоров

Важной составляющей разработки месторождения является компрессорный этап. Отбор 50-60% от общего запаса газа осуществляется в процессе бескомпрессорного этапа, в то время как компрессорный режим позволяет добыть дополнительные 20-30 % общих запасов. Оборудование, используемое для подготовки газа, рассчитано на работу под определенным давлением, под которым газ будет в дальнейшем подаваться в магистральный газопровод. При падении давления природного газа дожимной компрессор обеспечивает его стабильность посредством увеличения давления на необходимую величину. Благодаря этому дожимные станции считаются важнейшим оборудованием для газодобычи.

Дожимные компрессоры, или бустеры, устанавливаются не только на скважины, но и на подземные газохранилища, где их используют с целью отбора газа из хранилища и последующей подачи в газопровод под необходимым давлением. Обратная процедура - отбор газа и его закачка в хранилище - осуществляется той же компрессорной станцией. Оборудование должно развивать высокое выходное давление, иначе объем, предназначенный для хранения, будет использован нерационально. В подземных хранилищах, созданных в твердых горных породах, газ может храниться при давлении от 0,8 до 1 МПа.

Конструкция и принцип работы

Дожимные компрессоры могут различаться по комплектации и конструкции, однако в них выделяют несколько основных элементов:

• Привод.
• Компрессорный блок.
• Дополнительное оборудование.

За увеличение давления газа отвечает основной компонент дожимного компрессора - компрессор либо группа компрессоров. Он приводится в действие подключенным к нему приводом. Вспомогательное оборудование подразумевает под собой любые устройства, обеспечивающие корректную работу станции - системы охлаждения, циркуляции масла, набор КИПиА и прочие. Станция, представленная отдельным модулем, может комплектоваться системами освещения, отопления, вентиляции и другими.

Классификация

Ключевым элементом дожимных компрессорных станций является компрессорный блок, который обеспечивает перемещение и нагнетание газа. Классификация станций осуществляется в зависимости от типа применяемых компрессоров:

• Поршневые.
• Винтовые.
• Центробежные.

Поршневые компрессоры

Поршневые дожимные компрессоры относятся к категории объемных. Принцип их работы строится на сокращении объема рабочей камеры, созданной цилиндром и подвижным поршнем, и в которой сжимается газ. Преимуществами таких моделей являются простая конструкция, что облегчает ремонт и техническое обслуживание, надежность и неприхотливость. В сравнении с аналогами, поршневые компрессоры развивают большое давление газа. Оборотной стороной таких достоинств является неравномерность газового потока, вызванная цикличным изменением объема рабочей камеры, что связано с возвратно-поступательной работой поршня. Кроме того, такие компрессоры подвергаются вибрационными нагрузкам и более шумны. Дожимные станции, оснащенные поршневыми компрессорами, обладают аналогичными особенностями. Они просты в эксплуатации, доступны в цене, могут сжимать газ до высоких показателей давления. Компактные модели можно размещать на ресивере, в то время как крупные требуют габаритных и устойчивых платформ.

Винтовые компрессоры

Винтовой дожимной компрессор также причисляется к объемным моделям, однако его рабочие камеры формируются посредством отсекания необходимого пространства винтами и корпусом компрессора, сцепленными между собой. В отличие от поршневых компрессоров, они развивают высокое давление и не требуют создания многоступенчатой системы сжатия газа. Винтовые ДКС более сложны конструктивно и дорогостоящи в сравнении с аналогичными компрессорами, но при этом просты и надежны в эксплуатации при строгом соблюдении всех норм обслуживания и работы. Компактные размеры и минимальный уровень шума позволяют использовать винтовые газовые дожимные компрессоры в мобильных станциях, но при этом их устанавливают и в крупных ДКС на высокотехнологичных предприятиях, поскольку они создают ровный поток газа без пульсаций, характерных для поршневых компрессорных станций.

Центробежный компрессор

Давление газа в центробежном кислородном дожимном компрессоре увеличивается за счет придания кинетической энергии его потоку, которая впоследствии трансформируется в потенциальную энергию давления. Передача кинетической энергии осуществляется от вращающихся лопастей рабочего колеса, в то время как ее преобразование происходит в диффузоре, на выходе из компрессора. Такой способ сжатия газа носит название динамического. В отличие от винтовых и поршневых, центробежные компрессоры не создают столь высокого давления, ввиду чего их делают многоступенчатыми с целью достижения необходимой величины сжатия. Но в то же время такие дожимные компрессоры азота и газа и аналогичные им станции обеспечивают большой расход газа, что делает их максимально востребованными на газодобывающих месторождениях, предприятиях и в прочих местах, где требуются большие объемы газа. Нагнетание газа центробежным компрессором происходит равномерно, что значительно облегчает его перекачивание.

Классификация по типу привода

Вид топлива, применяемый для работы дожимных компрессоров, зависит от типа используемого в компрессорных станциях привода. Возможность снабжения топливом является определяющей, поскольку подобное оборудование зачастую устанавливается в труднодоступных местах и на расстоянии от транспортных путей. Чаще всего применяются следующие виды приводов:

• Газомоторный.
• Газотурбинный.
• Электрический.

Газомоторный привод

Газомоторный привод основывается на двигателе внутреннего сгорания, использующего газообразное топливо - один из самых дешевых и доступных источников энергии. Такие модели неприхотливы в эксплуатации и надежны. Привод запускается при помощи сжатого воздуха, а изменение газа, подаваемого в цилиндры, позволяет регулировать обороты.

Газотурбинный привод

Выработка механической энергии в газотурбинном приводе происходит при помощи турбины, в которой расширяется образующийся в камере сгорания горячий газ. Компрессор засасывает воздух, ввиду чего газотурбинный привод требует монтажа отдельного источника энергии - стартера. Камера сгорания, компрессор и турбина являются основными конструктивными компонентами газотурбинного устройства. Такой тип приводов пользуется востребованностью, поскольку не нуждается в стороннем топливе и работает на газе, перекачиваемом дожимной станцией. Излишки выработанной энергии могут использоваться для электроснабжения и отопления как самой станции, так и близлежащих объектов.

Электрический привод

Дожимные компрессорные станции, оснащенные электрическими приводами, обладают определенными достоинствами перед газотурбированными и газомоторными аналогами, несмотря на необходимость в подведении электроэнергии. Использование электроэнергии позволяет экономить перекачиваемого топливо и повышает экологичность станций благодаря понижению выброса в атмосферу вредных веществ. Регулировка и автоматизация электродвигателя значительно легче, что в разы упрощает обслуживание и контроль всей станции и понижает количество рабочего персонала. Устранение вибрации, шума и запыленности воздуха повышает условия труда на подобных дожимных компрессорных станциях.