Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ применения турбодетандерных агрегатов в системах подготовки и энергосбережения природного газа. Основные задачи исследования 9
1.1 Турбодетандерные агрегаты в подготовке газа к транспорту... 9
1.2 Турбодетандерные агрегаты в энергосбережении природного газа 42
Глава 2 К термогазодинамическим расчетам турбодетандерных агрегатов 59
2.1 Общие сведения 59
2.2 Газодинамические функции для реального газа 59
2.3 Термогазодинамический расчет проточной части блочного турбодетандерного агрегата 67
2.4 Расчет осесимметричного потока газа в проточной части турбинной ступени 90
Глава 3 Утилизационная турбодетандерная установка УТДУ-2500 100
3.1 Общие сведения 100
3.2 Основные характеристики установки УТДУ-2500 105
3.3 Математическая модель системы автоматического регулирования и оценка ее динамических характеристик 109
3.4 Эксплуатационные испытания установки УТДУ-2500 147
Глава 4 Утилизационная турбодетандерная установка УКС2-300 177
4.1 Общие сведения 177
4.2 Краткое описание и основные технические данные установки УКС2-300 180
4.3 Испытание установки и доводка ее основных систем и агрегатов 183
Глава 5 Энергосберегающие турбодетандерные агрегаты 199
5.1 Подогрев природного газа в утилизационной установке с помощью плазмохимического реактора 209
5.2 Оценка экономической эффективности внедрения энергосберегающего комплекса на базе детандер-генераторных агрегатов 217
5.3 Расчет экономической эффективности разработанного ООО «Турбо ДЭн» энергосберегающего турбодетандерного агрегата ЭТДА-4000, предназначенного для выработки электроэнергии на ГРС 220
Выводы 238
Список использованной литературы 241
- Турбодетандерные агрегаты в энергосбережении природного газа
- Термогазодинамический расчет проточной части блочного турбодетандерного агрегата
- Математическая модель системы автоматического регулирования и оценка ее динамических характеристик
- Краткое описание и основные технические данные установки УКС2-300
Введение к работе
Для современной газовой промышленности характерно широкое
применение передовой машиностроительной продукции —
высокоэффективной газотурбинной техники. Наибольшие масштабы ее применения относятся к газотранспортным магистралям природного газа, по которым транспортирование газа, в основном, осуществляется газоперекачивающими агрегатами (ГПА) с газотурбинным приводом. Мощность таких агрегатов, например в России, составляет более 85% общей мощности ГПА, находящихся в эксплуатации.
В ряде случаев газотурбинные ГПА оснащаются паротурбинными установками, утилизирующими тепло отходящих газов двигателей для выработки дополнительной мощности агрегатов.
Настоящая диссертация посвящена газотурбинной технике, используемой по двум другим направлениям, - в подготовке природного газа к транспортированию по магистральным газопроводам и в энергосбережении газа. Последнее направление, конечно, полностью относится и к области современной энергетики.
Представляют газотурбинную технику в установках комплексной подготовки газа (УКПГ) к транспортированию от промысловых (газодобывающих) предприятий турбодетандеры, которые являются источниками холода для низкотемпературной обработки газа с целью его осушки и выделения ценных углеводородных компонентов, а в некоторых случаях и для определенного охлаждения сухого газа.
Процессы расширения газа в турбинных решетках протекают, как известно, с относительно небольшими энергетическими потерями. Это позволяет с помощью турбодетандера получить максимальное количество холода и максимальную величину механической работы (исключая расширение при постоянной температуре газа) с единицы массы его
5 конструкции, и, таким образом, эффективно разрешить проблему необходимой подготовки газа.
В подавляющем большинстве установок подготовки турбодетандер передает свою мощность дожимающему центробежному или осевому компрессору; такое конструктивное сочетание обычно называют турбодетандерным агрегатом (ТДА).
В разработке, производстве и внедрении ТДА на газоконденсатних месторождениях стран СНГ ведущая роль принадлежит ВНПО "Союзтурбогаз" (сейчас АО "Турбогаз", г. Харьков). За двадцать с небольшим лет это предприятие поставило в газовую промышленность более 160 ТДА современных конструкций и различных параметров, обеспечив многие месторождения России, Украины и Средней Азии передовым турбохолодильным оборудованием. Только на одном гигантском Ямбургском газоконденсатном месторождении действуют более семидесяти мощных ТДА, рассчитанных на давление газа 13,0 МПа и на расход 10,0 млн. м3 в сутки.
Практика использования ТДА на различных месторождениях показала, что турбохолодильные установки на его основе отличаются простотой, надежностью и низкой металлоемкостью конструкции, обусловливают минимальное количество обслуживающего персонала, высокую автономность и широкий диапазон регулирования, а также — отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.
В настоящее время целый ряд организаций занят разработкой и производством новых перспективных конструкций ТДА. Это направление деятельности сейчас особенно актуально в связи с широкомасштабным увеличением потребления природного газа в современной и будущей энергетике и вводом в строй новых месторождений газа.
Опубликованные прогнозы свидетельствуют, что к 2030 году потребление газа в мире может удвоиться, а межрегиональные поставки — утроиться. В России, в частности, в ближайшие 20 лет планируется
увеличение добычи газа на 27%. По данным ВНИИгаза потребность в промысловых ТДА до 2015 года оценивается в 170 штук с учетом резерва [1].
Широкое распространение получили турбодетандеры и в процессах переработки природного газа на газоперерабатывающих заводах (ПТЗ), где они также являются основными источниками холода. В мировой практике, судя по источникам информации, турбодетандерные установки применяются на каждом пятом ГПЗ, и это число постоянно увеличивается. Из технической литературы известны многие технологические схемы газопереработки с помощью ТДА и их исследование, несомненно, имеет большое научно-техническое значение.
Успешное развитие промысловых ТДА явилось обосновывающей технической предпосылкой в разработке турбоагрегатов, предназначенных для энергосберегающих технологий, вчсоторых турбодетандер, срабатывая избыточный перепад давления газа, поступающего в дроссельные системы газораспределительных станций (ГРС) и газораспределительных пунктов (ГРП), передает вырабатываемую им мощность нагрузочному устройству, как правило, электрогенератору.
Разработка и внедрение энергосберегающих агрегатов объективно соответствует призыву - «Энергосбережение — веление времени», — тем более, если принять во внимание перспективные данные по потреблению газа в наступившем веке и увеличение давления транспортируемого газа до 10,0-15,0 МПа.
Целью диссертации является разработка основополагающих научно-технических решений по созданию турбодетандерных агрегатов, предназначенных для рационального использования энергии избыточного перепада давления природного газа на газораспределительных объектах -ГРС и ГРП.
Для достижения этой цели автором проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по определению основных технических решений и характеристик турбодетандерных агрегатов, создание которых
7 позволит оснастить широкий спектр газораспределительных объектов РФ — ГРС и ГРП и вовлечь в хозяйственный оборот теряемую в настоящее время в дроссельных устройствах мощность, суммарный потенциал которой в настоящее время составляет более 2000 МВт.
Научная новизна работы состоит в следующем:
определено основное направление в разработке проблемы рационального использования энергии избыточного перепада давления природного газа, состав и характеристики основного оборудования турбодетандерных установок и их технологические схемы функционирования в составе оборудования ГРС и ГРП;
определена основополагающая зависимость экономических показателей турбоустановок от вырабатываемой ими мощности;
разработан алгоритм и программа термогазодинамического расчета параметров турбодетандерных агрегатов (турбодетандера и компрессора) с учетом реальности газа;
получены газодинамические функции для реального газа и определены их численные значения для метана;
рассмотрена пространственная задача газодинамики и выполнены расчеты параметров осесимметричного потока газа в проточной части турбодетандера;
построена математическая модель и выполнены расчеты динамических характеристик системы автоматического регулирования турбоустановок, функционирующих в условиях ГРС (ГРП);
разработаны основные технические решения и конструкции первых турбодетандерных промышленных установок УТДУ-2500 и УКС2-300 и проведены их стендовые и промышленные испытания;
разработан унифицированный типоразмерный ряд энергосберегающих турбодетандерных агрегатов ~ ЭТДА мощностью 1,5; 2,5; 4,0 и 6,0 МВт, а также ТДА для подготовки газа морского месторождения;
8 представлен новый способ подготовки газа на входе в турбодетандер, основанный на использовании плазмохимического реактора.
Диссертация состоит из 7 глав, введения, основных выводов и приложений; содержит 246 страниц, включает 57 рисунков, 20 таблиц, список использованной литературы. В приложениях представлены акты проведенных испытаний и изготовления турбоустановок.
*
Турбодетандерные агрегаты в энергосбережении природного газа
По мере развития газовой промышленности, дальнейшего увеличения расходов и давлений транспортируемого газа, все большее значение приобретает расширение масштабов энергосбережения газовых потоков. Постановка такой задачи касается, конечно, всех потерь в энергетическом балансе газопроводов.
В настоящей диссертации рассматривается только полезное использование (утилизация) энергии избыточного давления газа в газораспределительных станциях (ГРС) и в газораспределительных пунктах (ГРП), установленных в газопроводах перед подачей газа потребителям [9], [10J, [11].
Впервые идея использования турбодетандеров была подробно рассмотрена и реализована в технологии получения жидкого воздуха академиком П.Л. Капицей. [12]- [14]
В 1947г. профессор М.Д. Миллионщиков и инженеры П.А. Строна, А.А. Дегтярев и Г.М. Рябинин предложили применить турбодетандеры для рационального использования перепада давления природного газа. В 1948г. это предложение экспериментально было проверено А.В. Александровым. Опытная турбодетандерная установка, смонтированная на ГРП Дашавского сажевого завода, вырабатывала около 50 кВт электрической мощности [15].
В 1961г. группой инженеров под руководством А.П. Клименко на ГРС г.Киева были проведены испытания опытной турбодетандерной установки, спроектированной для производства электроэнергии и холода [16]. Из-за технического несовершенства эта установка вскоре была демонтирована.
В течение последующих затем 2-х десятилетий развитие утилизационных установок ограничилось разработкой отдельных экспериментальных образцов.
Систематические исследования и разработка проблемы рационального использования энергии избыточного перепада давления природного газа началась в 80-х годах в объединении «Союзтурбогаз». Здесь под руководством и при непосредственном участии автора работы были проведены оценки ресурсов потенциальной энергии газа и ГТКС Мингазпрома, разработаны технологические схемы утилизационных установок и основные показатели их экономической эффективности [9], [10]. Результатом этих исследований стало создание первых промышленных утилизационных установок — УТДУ-2500 и УКС2-300 [49].
Устройство рассматриваемых утилизационных турбодетандерных установок (УТДУ) довольно простое; их основными элементами являются: турбодетандер, в котором происходит расширение транспортируемого газа, агрегат, воспринимающий мощность турбодетандера, система автоматического управления и система смазки подшипников ротора. Отсутствие процесса сжигания природного газа обеспечивает экологическую чистоту технологического процесса.
Одним из важнейших показателей таких "энергосберегающих" утилизационных турбодетандерных установок является высокая степень термодинамического и газодинамического совершенства применяемых современных турбодетандеров, которая характеризуется величиной их эффективного к.п.д, -r\t. У известных УТДУ этот к.п.д. t)t=QJ5+Q,%0, а у энерго-утилизационных комплексов (ЭУК), где УТДУ работает вместе с газотурбинными двигателями и получает от них тепло, к.п.д. установок 7 =060+0,75. Такие значения эффективных к.п.д. практически пока недостижимы ни в газотурбинных, ни в поршневых установках простого цикла, используемых в различных отраслях современной промышленности в качестве приводов тех или других агрегатов.
Большинство существующих УТДУ и ЭУК используют энергию избыточного давления газа для выработки электрической энергии. Единичная мощность разрабатываемых УТДУ достигает 12-І- 15 МВт, а мощность ЭУК 15-ї-ЗО МВт. В целом же диапазон мощностей современных УТДУ соответствует существующей тенденции развития энергосбережения в электроэнергетике за счет создания электростанций малой и средней мощности. При этом преобладающая роль отводится электростанциям с газотурбинным приводом.
Как отмечалось здесь выше, эффективные к.п.д. газотурбинных установок (ГТУ) простого цикла несравнимы с эффективными к.п.д, утилизационных турбодетандерных установок. На рис. 1.17. иллюстрируется, в качестве примера, зависимость эффективных к.п.д. ГТУ от их мощности применительно к электрическим и газотурбинным компрессорным станциям. Из его рассмотрения видно, что к.п.д. це ГТУ постепенно возрастает с увеличением мощности Nrry и асимптотически приближается к величине порядка 0,40.
По мнению западноевропейских специалистов возрастание к.п.д. "производства электроэнергии" с 0,36 до 0,45 возможно к 2020 году.
Важно, что существенное увеличение эффективного к.п.д. ГТУ при заданной мощности возможно или за счет резкого повышения основных параметров цикла, или за счет применения комбинированного (парогазового) цикла. И то, и другое связано с усложнением и удорожанием газотурбинной установки.
В настоящее время, судя по опубликованным данным, капитальные затраты на единицу установленной мощности оборудования у утилизационных турбодетандерных установок примерно в 2,0-г2,5 раза меньше, чем у газотурбинных установок. Последнее является еще одной веской причиной значительного повышения внимания сегодня к энергосбережению газа за счет утилизации энергии его избыточных давлений.
В этом отношении следует отметить увеличение патентной информации за период 5V7 лет. Так в предложении [17] патентуется установка, в которой турбодетандер приводит электрогенератор, а затем - через мультипликатор-компрессор холодильной установки, использует хладагент R-I34a. В патенте [18] электрогенератор получает мощность от "легкой" турбинки, вращаемой набегающими потоками газа; оба агрегата установлены в газопроводе. Предложение [19] рассматривает получение электроэнергии в энергоутилизационном комплексе, т.е. компоновку УТДУ с ГТУ.
Патенты [20], [21] предлагают установки, в которых понижение давления газа происходит в нескольких турбодетандерах, соединенных последовательно для выработки электроэнергии и холода. Предложение [22] посвящено получению холода и последующему сжижению газа в расширяющейся части сверхзвукового сопла.
В изобретении [23] рассматривается размещение турбодетандера с асинхронным электрогенератором в специальной герметичной камере. Установка по [24] содержит турбодетандер, соединенный с генератором и компрессором; после турбодетандера включен сепаратор, от которого отводится газ в компрессор, а жидкая фаза - в подогреватель, а затем - в поток газа после компрессора.
Патент [25] предлагает схему использования УТДУ на ТЭС, в которую включен регулятор переключения турбодетандера на газопровод. В [26] приводится схема установки с отводом энергии в тормозном контуре. Последний содержит компрессор, подающий теплый газ в специальный теплообменник. В патенте [27] в обычном контуре циркуляции газа в ГРС содержится теплообменник подогрева газа перед турбодетандером за счет сжигания топлива.
Термогазодинамический расчет проточной части блочного турбодетандерного агрегата
В процессе длительной опытно-промышленной эксплуатации УКС2-300 на ГКС-1 г. Оренбурга было отмечено постепенное и довольно значительное снижение коэффициента полезного действия турбодетандера. Как показал анализ, это явление было вызвано изменением геометрических размеров проточной части рабочего колеса (РК) и соплового аппарата (СА) турбодетандера в результате эрозионного износа.
На основании ревизии отмечено, что следы износа имеются и на РК, и на СА турбодетандера. Но наиболее интенсивному эрозионному износу подвергались лопатки соплового аппарата. Выходная часть лопаток в области "косого среза" была почти полностью "изношена", то есть лопатки были подрезаны на глубину до 8 мм и при этом наблюдался отгиб оставшейся выходной кромки.
Кроме этого значительно ухудшилось и качество поверхности проточной части С А: увеличилась ее шероховатость, а на лопатках имелись углубления овальной формы размером 3x6 мм и глубиной до 0,8 мм.
Износ такого характера может быть вызван соударениями частиц жидкости и механических примесей, которые, как правило, присутствуют в потоке газа, с поверхностью лопаток и канала проточной части. В то же время износ лопаток рабочего колеса был значительно ниже. Последнее объясняется тем, что скорость частиц, ударяющихся о лопатки соплового аппарата в 2-е-З раза превышает скорость частиц, попадающих на рабочие лопатки.
В результате износа сопловых лопаток изменилась форма межлопаточного канала и условия выхода потока из СА. Естественно, что все это и послужило основной причиной снижения к.п.д. турбодетандера.
Для предотвращения подобных изменений геометрии С А в процессе эксплуатации было принято решение об изменении материала СА, его конструкции и технологии изготовления с тем, чтобы значительно повысить его износостойкость. В целом - был спроектирован модернизованный сопловой аппарат.
Новая конструкция соплового аппарата: обеспечивает близкий к расчетному угол натекания потока на лопатки рабочего колеса; обеспечивает увеличение радиального зазора между выходными кромками сопловых лопаток и входными кромками рабочих лопаток до 10 мм, что снижает скорость частиц в каналах соплового аппарата; новый профиль сопловых лопаток образует межлопаточный канал с удлиненным "горловым" сечением, что уменьшает расхождение скоростей жидкой и газообразной фаз и снижает отрицательное воздействие жидкости.
Изготовление модернизованного С А выполнено из более качественной стали марки 20ХВ ГОСТ 5632-72, термообработанной до твердости HR30...34 (ранее была сталь20).
Модернизированный сопловой аппарат прошел испытания на опытном образце установки УКС2-300. Замер параметров в процессе испытаний производился с помощью штатных приборов опытного образца установки и дополнительно установленной лабораторной аппаратуры.
В процессе испытаний для обеспечения работы турбодетандера на различных режимах варьировалась величина давления газа на выходе из турбодетандера. Результаты испытаний обрабатывались на ЭВМ с помощью специальной программы. Данные о функционировании турбодетандера на различных режимах представлены в таблице 4.3. Как следует из рассмотрения этих данных, к.п.д. турбодетандера с модернизированным сопловым аппаратом достаточно высок.
После 32 часов наработки опытного образца была произведена ревизия проточной части модернизированного соплового аппарата. Каких-либо следов износа лопаток соплового аппарата и ухудшения качества поверхности СА не обнаружено.
В период опытно-промышленной эксплуатации наблюдались повышенные уровни вибрации ходовой части установки, в состав которой входят турбодетандер с редуктором и генератором, шкафов управления и элементов КИП и А. Для выявления и устранения причин, вызывающих повышенную вибрацию этих частей установки, были проведены специальные исследования УКС2-300 по программе вибрационных испытаний на Шебелинском испытательном полигоне.
Математическая модель системы автоматического регулирования и оценка ее динамических характеристик
Характерным параметром УТДУ-2500 является одинаковая частота вращения электрогенератора и турбодетандера 3000 об/мин. Такое решение позволило упростить конструкцию установки при достаточно высоком внутреннем КПД турбодетандера. Собственно турбодетандер - пятиступенчатый, осевой включает наружный силовой корпус и внутренний корпус-вставку. В последнюю входят: ротор с узлами подшипников и набор обойм сопловых аппаратов. Собранная вставка свободно помещается в наружный корпус и закрепляется в нем винтами. Слева к вставке крепится ограничитель максимальной частоты вращения, а справа - детали муфты соединения с рессорой привода генератора. Подобная конструкция турбодетандера с легкосъемным внутренним корпусом-вставкой весьма удобна при монтажных работах, сборке и проведении регламентных работ. Ротор турбодетандера установлен во внутреннем корпусе на подшипниках скольжения гидродинамического типа. Смазочно-уплотнительная система УТДУ-2500 обеспечивает непрерывную подачу и охлаждение смазочного материала (масло типа Тп-22 или Тп-30). Для охлаждения масла используется холод газового потока после турбодетандера в специальном теплообменнике. В качестве генератора использован обратимый двигатель СТД-3150-2РУХЛ4, синхронный, трехфазный, с бесщеточным возбуждением. Напряжение на клеммах генератора - 6,3 кВ, частота тока — 50 Гц. Электроэнергия выдается в общую энергосистему. Установка УТДУ-2500 изготовлена в блочно-комплектном исполнении.
Схема ее подключения к агрегатам представлена на рис. 3.2. Природный газ из магистрального газопровода подается вначале в установку очистки газа 1, а затем — подогреватели "ГГ. В подогревателях газ нагревается до температуры, обеспечивающей температуру газа на выходе из турбодетандера не ниже минус 10,0С. Далее газ направляется в турбодетандер 3, а затем — в вихревое сепарирующее устройство 5, где из газа отделяется жидкость: вода, углеводородный конденсат и пр. Жидкость собирается в емкость, расположенную на площадке ГРС-7. Очищенный от жидкости газ поступает в теплообменник 6, в котором он охлаждает масло после подшипников и уплотнений турбодетандерного агрегата, и потом направляется в газопровод после блока регулирования до блока отключающих устройств и одоризации газа 2. Присоединение генератора 4 осуществляется в разрез кабельной линии 6,0 кВ подстанции 150/35/6кВ "Краснопольская" АГНКС-1 г. Днепропетровска. В состав оборудования УТДУ-2500 входят; - блок-бокс турбодетандера; - блок-бокс аппаратной; - блок вихревого сепарирующего устройства и - блок теплообменника. Конструкция блок-боксов разработана на базе унифицированного бокса УБ-9. Блок-бокс турбодетандера разделен герметичной перегородкой на отсеки. В первом отсеке находится турбодетандер, элементы газовой обвязки (трубопровод подвода газа с отсечным и регулирующим клапанами, свечной трубопровод, трубопровод отвода газа из турбодетандера), элементы смазочно-уплотнительной системы и элементы системы регулирования. Во втором отсеке расположен генератор с возбудительным устройством и трубопроводы смазочно-ушютнительной системы.
В блок-боксе аппаратной установлены шкафы комплектно-распределительного устройства, шкафы управления генератором и синхронизации, станция управления и возбуждения генератора. Специальной перегородкой отделено помещение для установки пожаротушения, в котором расположены газовые баллоны с пиропатронами. Блок-боксы оснащены системами отопления, освещения и вентиляции. Блок вихревого сепарирующего устройства и блок теплообменника монтируются на выходном газопроводе установки. Оборудование подключения генератора обеспечивает необходимый, согласно требованиям ПУЭ, объем защит, управления, автоматизации и сигнализации о параметрах генератора. Система автоматического управления и регулирования УТДУ-2500, математическая модель которой будет рассмотрена в следующем разделе, -электрогидравлического типа, обеспечивает дистанционный запуск и останов установки, вывод на рабочую частоту вращения и поддержание ее значения, аварийный останов, контроль параметров и защиту по всем требуемым параметрам. Современные газораспределительные станции представляют собой сложные автоматизированные или автоматические установки, обеспечивающие требуемые потребителям параметры газовых потоков и работающие в непрерывном режиме (с периодическим осмотром). Как правило, системы автоматического регулирования ГРС поддерживают в определенных пределах давление газа и его температуру на выходе из установок редуцирования.
Аналогичные системы регулирования применяются и на газораспределительных пунктах, подающих газ на электростанции, заводы, муниципальные сети и т.д. Использование утилизационных турбодетандерных установок на ГРС и ГРП с целью выработки электроэнергии приводит к необходимости введения дополнительной системы автоматического регулирования (САР). Если рассматривать включение электрогенераторов утилизационных установок в энергосеть большой мощности, то необходимо поддержание постоянной частоты вращения ротора генератора для выполнения условий синхронизации его работы с сетью. Процесс синхронизации происходит на режиме холостого хода электрогенератора. Точность поддержания частоты вращения обычно лежит в пределах ±1,0% и определяется точностью поддержания частоты тока равной ±0,5%. Создание системы автоматического регулирования частоты вращения генератора базируется на исследовании динамических характеристик объекта регулирования. В объект регулирования, естественно, включается сама утилизационная установка и оборудование ГРС или ГРП. Наряду с изучением статических характеристик турбодетандерных установок рассмотрение их динамических характеристик является одним из важных этапов разработки подобных энергосберегающих систем в целом.
Краткое описание и основные технические данные установки УКС2-300
Утилизационная турбодетандерная установка УКС2-300 предназначена для выработки электроэнергии на компрессорных станциях за счет энергии избыточного давления топливного газа газотурбинных газоперекачивающих агрегатов (ГПА) [53]. Установка УКС2-300 выполнена в виде блок-бокса, состоящего из помещений технологического оборудования и аппаратной. В помещении технологического оборудования установлены турбодетандер с редуктором, электрическая машина, трубная обвязка с запорной арматурой, устройства системы смазки, вентиляции, отопления и пожаротушения. В качестве генератора используется синхронная электрическая машина ВАО2-280-2У2.5 с короткозамкнутым ротором во взрывобезопасном исполнении. В помещении аппаратной установлена пусковая аппаратура электрической машины, пускового насоса и вентиляторов, а также щит контроля управления установкой. Конструкция блок-бокса разработана на базе унифицированного блока УБ-1. Турбодетандер установки центростремительного типа. Он механически соединен через редуктор с генератором электрического тока (рис. 4.1). Рабочее колесо турбодетандера диаметром 180 мм представляет собой основной диск с лопатками, соединенный сваркой с покрывным диском; колесо установлено консольно на высокооборотном валу-шестерне редуктора. 1 - отсечной клапан с пневматическим исполнительным механизмом; 2 - редукционный клапан с исполнительным механизмом; 3,4- электропневмогидравлический кран "Grove"; 5 - шариковый электропневмогидравлический кран; 6 - поплавковая камера; 7 -турбодетандер с редуктором; 8 - регулятор перепада давления; 9 - гидроаккумулятор; 10 -маслонасос; 11 - лабиринтно-вихревой насос; 12 - двигатель АИ 315М2УЗ; 13 -редукционный клапан; 14 - первичный преобразователь РОС-101-011И; 15 - рама-маслобак; 16 - блок теплообменников; 17 - сепарирующее устройство; 18 - насосная установка; ПД -подвод газа к турбодетандеру; ОД - отвод газа от турбодетандера; ОС - отвод газа на «свечу»; ОМ — слив смазочного материала. Вся ходовая часть турбодетандера, включающая в себя ротор (рабочее колесо и вал-шестерню), колесо зубчатое и подшипники редуктора, торцевое уплотнение и масляный гидрозатвор и др. заключена в корпусе турбодетандера и редуктора. Для предотвращения проникновения газа из турбодетандера в полость редуктора, а также для предотвращения проникновения масла в проточную часть турбодетандера, применено комбинированное уплотнение вала, состоящее из контактного герметического торцевого уплотнения и гидрозатвора. В качестве материала торцевого уплотнения используется сплав "Релит-3й (сплав карбида вольфрама и меди). Гидрозатвор обеспечивается тем, что во внутреннюю полость корпуса турбодетандера на участке торцевого уплотнения подводится смазочный материал с давлением несколько большим (0,16 МПа), чем давление газа перед торцевым уплотнением.
Сопловой аппарат турбодетандера представляет собой круговую решетку, состоящую из профилированных лопаток, изготовленных совместно с телом основного диска; последний фиксируется в корпусе крышкой турбодетандера. Редуктор установлен простой с косозубыми шестернями и передаточным числом 8:1. На корпусе редуктора установлен маслонасос низкого давления. Привод насоса осуществляется от зубчатой передачи редуктора. При запуске и останове установки применяется пусковой электронасос (пластинчатый насос Г12-25М). Подача смазочного материала производится дополнительным лабиринтно-винтовым насосом, установленным на высокооборотном валу редуктора. Стабилизация температуры смазочного материала обеспечивается аппаратом воздушного охлаждения масла (АВОМ), который состоит из двух секций с двумя отдельными вентиляторами, приводимыми в действие электродвигателями. Технические данные установки УКС2-300 приведены в табл. 4.2. Установка УКС2-300 прошла многочисленные испытания как в условиях полигона, так и на головной компрессорной станции (ГКС-1) газопровода "Союз" Оренбургского линейного производственного управления магистральных газопроводов. Схема привязки УКС2-300 на ГКС-1 приведена на рис, 4.2.
На присоединительных участках трубопроводов установлены отсечные краны типа "Grove" диаметром 150 мм на условное давление 10,0 МПа. На трубопроводе входа газа в турбодетандер Т установлена задвижка с ручным приводом для плавного регулирования расхода газа через турбодетандер. На выходе из турбодетандера установлено вихревое сепарирующее устройство (В СУ), в котором от газа отделяется жидкая фаза. Природный газ из магистрального газопровода с давлением 5,5 МПа подается в блок очистки газа (БОГ), а затем в блок подготовки газа (БПГ). Далее газ направляется в регулирующий клапан, а потом — в турбодетандер, где он расширяется до давления 1,5 МПа. Из турбодетандера газ подается в В СУ, после которого он направляется в газопровод за блоком редуцирования топливного газа (БТГ). Электрогенератор установки подключен к комплектно трансформаторной подстанции аппаратов воздушного охлаждения ГКС-1. Подогрев топливного газа осуществляется теплом теплоутилизационного контура ГКС-1. Для обеспечения функционирования запорной арматуры в автоматическом режиме к установке подведены сжатый воздух и импульсный газ.
