5. Технические решения современных эгпа

Зарубежные и отечественные производители в настоящее время освоили производство высокотехнологичных ЭГПА с использованием двух компоновочных схем: с использованием выносного компрессора и электропривода в виде автономного агрегата; с использованием капсулированной компоновки, при которой ЭГПА создается в виде герметичного мехатронного комплекса, в корпусе которого размещен электропривод с магнитным подвесом и турбокомпрессора с сухими газовыми уплотнениями.

Последний вариант компоновки является безальтернативным для агрегатов подводных компрессорных станций морских газопроводов. Разработкой технических решений направленных на повышение эффективности и надежности подводных ЭГПА с использование новейших достижений машиностроения, силовой электроники, энергетики и микропроцессорной техники занимаются ученые и сотрудники кафедры Электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный». Данные разработки проводятся в рамках федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 по теме «Энергоэффективность и энергосбережение объектов магистрального газопровода».

Основными концепциями ЭГПА зарубежного производства являются HOFIM (high speed-oil free compression system –высокоскоростной безмаслинный компрессионный агрегат) –представлен на рисунке 3 а, б и MOPICO (motor pipeline compressor –газоперекачивающий компрессор с электродвигателем) представлен на рисунке 3 в. ЭГПА этих конструкций предназначены для транспортировки природного газа с различными включениями (воды, газового конденсата, нефти и др.). В корпусе агрегата расположен высокоскоростной электродвигатель и компрессоры, которые имеют единый вал. Таким образом, привод и рабочий орган сочленены без редукторов и муфтовых соединений. Вал агрегата опирается на магнитные подшипники.

В агрегате конструкции HOFIM патрубки трубопроводов подводят и отводят транспортируемый природный газ в радиальном направлении от компрессоров. Отличительной особенностью HOFIM является то, что один электродвигатель может являться движителем одного (рисунок 3 б) или двух компрессоров (рисунок 3 а), при этом они расположены по обе стороны от электропривода.

а)

б)

в)

Рисунок 3 Электроприводные газоперекачивающие агрегаты

6. Надежность и диагностика эгпа

газоперекачивающий агрегат компрессорный нагнетатель

Одним из наиболее важных факторов любого современного производства является организация безопасного функционирования промышленных объектов и оборудования данного производства. Это возможно только при создании эффективно функционирующей системы управления промышленной безопасности. В основе такой системы лежат положения Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 №116-ФЗ. ОАО «Газпром» является крупнейшим в стране «опасным производственным объектом». Широчайшая номенклатура технологического и вспомогательного оборудования, тысячи километров магистральных и технологических трубопроводов – это те составные части, безопасное функционирование которых ведет к безопасному функционированию всего производства.

Средний возраст энергетического оборудования, эксплуатируемого на компрессорных станциях ОАО «Газпром», превышает 20 лет. В связи с этим, решение вопроса повышения надежности функционирования объектов транспорта газа является актуальной задачей.

Для решения этой задачи, а также во избежание возникновения аварийной ситуации на компрессорных станциях важно определять техническое состояние энергетического оборудования. Ключевым звеном любой КС является газоперекачивающий агрегат, в котором широко применяется электропривод переменного тока с синхронным высоковольтным двигателем. На отдельных газотранспортных предприятиях их доля составляет более 40 %, а на отдельных компрессорных станциях из шести цехов на пяти стоят электрические машины. Это обусловлено высокой надежностью используемых электродвигателей, высоким КПД, а также хорошей контроле- и ремонтопригодностью.

В настоящее время работы по диагностике электроприводного газоперекачивающего агрегата (ЭГПА) ведутся с применением основных и дополнительных способов диагностики.

К основным способам диагностики (выполнение которых обязательно в любом случае) относятся:

− измерение сопротивления изоляции обмоток статора и ротора и изоляции подшипника, измерение сопротивления обмоток статора и ротора постоянному току;

− визуальный и эндоскопический осмотр;

− измерение частичных разрядов при по-фазной подаче напряжения от постороннего источника.

К дополнительными способам диагностики (проведение которых обязательно только при наличии сведений о соответствующих дефектах) относятся:

− оценка вибрационного состояния электродвигателя;

− анализ опыта эксплуатации, ремонтов и результатов испытаний электродвигателя по записям в ремонтном журнале;

− оценка теплового состояния электродвигателя по данным штатного термоконтроля;

− оценка состояния изоляции листов активной стали и выявление участков с повышенными местными потерями с помощью электромагнитного метода контроля (ЭМК).

Получаемой информации недостаточно, поскольку данные способы диагностики не дают полного представления о техническом и энергетическом состоянии газоперекачивающего агрегата, поэтому целесообразно создать стационарную систему комплексного диагностического обследования ЭГПА, а также разработать методики и комплекс мероприятий по проведению данного типа работ.

Комплексная система диагностирования ЭГПА состоит из следующих частей:

• математическая модель синхронного двигателя;

• математическая модель редуктора;

• математическая модель нагнетателя;

• математическая модель трубопроводной обвязки нагнетателя ГПА;

• объединение математических моделей элементов в одну математическую модель ЭГПА с учетом упругих связей.

При создании таких моделей необходимо определять совместное влияние механических и электрических переменных друг на друга и их влияние на техническое состояние агрегата.

Каждый из перечисленных механизмов в процессе работы оказывает влияние на другие. В одном случае это чисто механические воздействия, в другом – помимо механических присутствуют электромагнитные воздействия.

Принимая, что каждый элемент (двигатель, редуктор, нагнетатель, ТПО) уникален и его параметры меняются в процессе работы, эксплуатации и технического обслуживания, для повышения достоверности информации о техническом состоянии каждого элемента и системы в целом необходимо в реальном масштабе времени определять протекание процессов в каждом элементе, а также их совместное влияние. Описание процессов, протекающих в предлагаемых элементах, сложно и зачастую не всегда возможно, следовательно, для решения поставленных задач целесообразно использовать комбинацию методов эконометрического анализа и методов математического описания рассматриваемых процессов.

На данном этапе целесообразно вести создание каждой из составных частей системы в отдельности, однако оценивая их совместное влияние.

По каждой части составляется техническое задание на разработку системы, разрабатывается комплекс мероприятий по организации работ, методическое и программное обеспечение.