image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 3 2018

Добыча газа и газового конденсата

01.09.2018 11:00 ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТА ТУРБОДЕТАНДЕРНЫХ АГРЕГАТОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА БОВАНЕНКОВСКОМ НГКМ
В статье рассмотрены результаты совместной работы специалистов ООО «Газпром добыча Надым» и АО «Газпром центрэнергогаз» по повышению эффективности ремонтов турбодетандерных агрегатов, установленных на Бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении (п-ов Ямал, Российская Федерация). Проведенные мероприятия по повышению качества ремонта обеспечили работоспособность турбодетандерных агрегатов в соответствии с техническими условиями, а также позволили расширить рабочий диапазон их работы.
Ключевые слова: ТУРБОДЕТАНДЕРНЫЙ АГРЕГАТ, РЕМОНТ, БОВАНЕНКОВСКОЕ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ, КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА.
Открыть PDF


В настоящий момент на Бованенковском нефтегазоконденсатном месторождении (НГКМ) эксплуатируется 30 турбодетандерных агрегатов (ТДА) типа АДКГ-9-11-УХЛ4, работающих по схеме «детандер – компрессор», производства АО «Турбохолод». Эксплуатируемые ТДА различаются в конструктивном исполнении: 10 ед. – «быстроходные» (номинальная частота вращения nном = 13 200 об/мин, диаметр рабочего колеса компрессора Dркк = 390 мм); 20 ед. – «тихоходные» (nном = 11 750 об/мин, Dркк = 410 мм). Данные агрегаты были введены в эксплуатацию начиная с 2012–2014 гг. Суммарная наработка ТДА с начала эксплуатации по состоянию на 17.07.2018 г. составляет 753 458 ч, при этом максимальная наработка отдельного агрегата – 35 781 ч, минимальная – 14 103 ч.

Ежегодно в летний период на Бованенковском НГКМ происходит ограничение добычных возможностей в связи с установлением аномально высокой температуры атмосферного воздуха, отличной от проектной. Так, фактическая средняя температура в июле 2017 г. составила 14,85 °C, в июле 2016 г. – 18,05 °C. Фактическая максимальная температура в июле 2016 г. достигла 30,07 °C, при том что проектная средняя температура июля составляет 11,2 °С.

В этих условиях вследствие непроектного режима работы оборудования [1, 2] возникает дефицит холодопроизводительности системы низкотемпературной сепарации (НТС), что создает риск необеспечения нормативных требований к температурам точек росы товарного газа, а также к температуре его магистрального транспорта. Кардинальным решением проблемы выступает замена сменной проточной части (СПЧ) ТДА на более холодопроизводительные с максимальной степенью расширения турбины Пт 2,3. Максимальная степень расширения турбины выбиралась исходя из максимального перепада давлений между ДКС-2 (первая по ходу газа) и ДКС-1 (вторая по ходу газа) и эффективности турбины и компрессора ТДА. В настоящее время проводятся испытания опытной сменной проточной части с Пт 2,3 производства АО «Турбохолод» с улучшенными технологическими параметрами, повышенной холодопроизводительностью и усовершенствованной конструкцией согласно новому техническому заданию с указанием четырех различных режимов работы установки компрессорной подготовки газа (УКПГ): «Холод», «Зима», «Лето» и «Жара» со степенью расширения турбины 1,9; 1,8; 2,0 и 2,3 соответственно.

На рис. 1 приведены фактические режимы работы ТДА в летний период 2017 г. и проектные режимы модернизированной СПЧ.

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА РЕМОНТА

Перед разработкой мероприятий по повышению эффективности ремонта ТДА было необходимо разработать критерии оценки качества ремонта. Основным критерием качества ремонта является улучшение или приведение к первоначальному техническому состоянию агрегата. Для определения его технического состояния по газодинамическим параметрам было необходимо получить эталонные газодинамические характеристики ТДА.

Предоставленные заводом-изготовителем характеристики ТДА зависят от режима работы. Для оценки фактического технического состояния этих данных недостаточно. Проведены комп-лексные газодинамические, вибрационные обследования в соответствии с разработанной коллективом авторов Временной программой – методикой проведения испытаний ТДА [3].

Характеристики (рис. 2, здесь: Hi - внутренняя работа компрессора ТДА, кДж/(кг.К); H – изоэнтропийная работа компрессора ТДА, кДж/(кг.К)) используются для определения технического состояния ТДА на переменных режимах. Пунктирной линией показана экстраполированная часть зависимости, использованная при построении совмещенной газодинамической характеристики (ГДХ).

Определение технического состояния ТДА необходимо проводить на минимальном угле открытия РСА регулируемого соплового аппарата (РСА) в соответствии с руководством по эксплуатации ТДА, что минимизирует погрешность расчета фактического технического состояния.

Специалистами Общества на основе СТО Газпром добыча Надым 025–2010 [4], показавшего высокую эффективность на дожимной компрессорной станции Надым-Пур-Тазовского р-на, разработан СТО Газпром добыча Надым по оценке качества ремонта ТДА [5]. Его основными новшествами являются номенклатура и порядок проведения расчета относительных единичных показателей качества ремонта ТДА, определяемых по максимальным значениям измеряемых парамет-ров до и после ремонта во всем рабочем диапазоне ТДА, включая максимальную частоту вращения. Кроме того, предложены формулы расчета коэффициентов технического состояния по параметрам, которые не зависят от режима работы ТДА, что позволяет оценивать его техническое состояние на переменных режимах (см. табл.).

Коэффициент технического состояния турбины ТДА по КПД вычисляется по формуле:

,                                                        (1)

 

где Т – адиабатный КПД турбины ТДА; – номинальный адиабатный КПД турбины ТДА.

Коэффициент технического состояния турбины ТДА по параметру расхода вычисляется по формуле:

,                                        (2)

 

где – номинальный параметр расхода турбины ТДА, м2.10-2,5; ПG – параметр расхода турбины ТДА, м2.10-2,5.

Коэффициент технического состояния компрессора ТДА по КПД:

,                                                        (3)

 

где К – адиабатный КПД компрессора ТДА; – номинальный адиабатный КПД компрессора ТДА.

По эталонным ГДХ построена совмещенная газодинамическая характеристика «тихоходного» ТДА с различными углами установки РСА (рис. 3, здесь: Пк – степень повышения давления компрессора ТДА; КПДк – адиабатный коэффициент полезного действия компрессора ТДА; КПДт – адиабатный коэффициент полезного действия турбины ТДА), соответствующих режимам «Зима», «Лето» и «Жара» по аналогии с [6]. Эта характеристика отражает ширину возможного диапазона работы ТДА, включая максимальный перепад температур 52 °С. Исходя из этого можно сделать следующие выводы: СПЧ удовлетворяет требованиям технических условий на ТДА при работе на номинальном режиме; регулирование поворотного соплового аппарата позволяет обеспечить рабочие режимы УКПГ при повышенных температурах окружающего воздуха.

 

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В настоящее время техническое обслуживание и ремонт ТДА проводятся по договору с АО «Газпром центрэнергогаз» при непосредственном участии персонала Общества. АО «Турбохолод» осуществляет консультационное сопровождение.

Возможность расширения рабочего диапазона установленных на Бованенковском НГКМ ТДА ставило перед специалистами Общества и АО «Газпром центрэнергогаз» более широкие задачи – не только по повышению эффективности ремонта, но и по обеспечению устойчивости работы ТДА в более широком диапазоне рабочих режимов. С этой целью специалистами ООО «Газпром добыча Надым» разработаны и внедрены следующие мероприятия по повышению эффективности ремонтов ТДА: обеспечение соосности корпусных деталей СПЧ ТДА; обеспечение равномерности площади проходного сечения РСА; исключение дисбаланса ротора ТДА; обеспечение посадки колеса компрессора и думмисной втулки; уменьшение минимального угла раскрытия РСА.

В целях снижения уровня тока усилителя мощности при взвешивании ротора проводится предложенная проверка соосности базовых поверхностей среднего корпуса СПЧ и поверхностей установки магнитных подшипников в соответствии с предлагаемым чертежом (рис. 4) за счет токарной обработки поверхностей, обозначенных цифрой 1 на ремонтных средних корпусах СПЧ ТДА.

Для снижения уровня тока усилителя мощности при работе ТДА проводится предложенная проверка неравномерности площади проходного сечения горла канала на выходе РСА в соответствии с предлагаемой схемой (рис. 5). Устранение неравномерности площади проходного сечения РСА происходит за счет перестановки лопаток с наибольшим и наименьшим проходным сечением. Пример восстановления равномерности проходного сечения на РСА с наибольшей неравномерностью приведен на рис. 5.

При анализе вибросостояния парка ТДА выявлена корреляция перемещения и виброперемещения. Сначала было сделано предположение, что балансировка ротора выполняется недостаточно качественно. Но расширенное виброобследование 10 ТДА показало, что причиной повышенных уровней виброперемещения со стороны турбины является дисбаланс упорного диска, появляющийся в процессе сборки СПЧ, а со стороны компрессора вызван недостаточным натягом колеса компрессора, что подтверждают данные спектры (рис. 6).

На рис. 7 представлена зависимость амплитуды оборотной составляющей ротора ТДА со стороны турбины и компрессора. До частоты вращения 8000 об/мин со стороны турбины наблюдается типичный для дисбаланса одновременный рост оборотной составляющей виброперемещения и оборотов. На частоте вращения в диапазоне от 8300 до 11 000 об/мин наблюдается резкий рост оборотной составляющей виброперемещения со стороны компрессора, причиной которого, вероятно, является смещение колеса компрессора вследствие недостаточного натяга.

В целях недопущения данных дефектов специалистами ООО «Газпром добыча Надым» разработана и согласована с заводом-изготовителем технологическая карта «Разборка, сборка ротора перед балансировкой турбодетандерного агрегата АДКГ-9-11-УХЛ4» (рис. 8) с указанием допустимых геометрических размеров, боев и посадок. Соблюдение натягов втулки упорного диска позволило устранить дисбаланс при сборке СПЧ. И соблюдение натягов колеса компрессора привело к значительному снижению оборотной составляющей виброперемещения со стороны компрессора.

Предложенное и согласованное с заводом-изготовителем уменьшение значения минимального угла раскрытия РСА относительно регламентированного в РЭ позволило достигнуть режима «Лето» со степенью расширения турбины 2,0, перепадом температуры на турбине 42 °С на частоте вращения ротора 13 500 об/мин, что обеспечило работоспособность УКПГ при температуре наружного воздуха 25 °С без ограничения добычных возможностей газового промысла.

Максимальная частота вращения ротора «тихоходных» ТДА согласно техническим условиям составляет 15 000 об/мин. Ограничение частоты вращения ротора ТДА 13 500 об/мин связанно с повышенным уровнем (до предупредительной уставки общего уровня вибрации) субгармонической вибрации на частоте 10–30 Гц (рис. 9). Аналогичные забросы вибрации ранее ограничивали работу ТДА на 12 000 об/мин. Причина повышенной субгармонической вибрации в настоящий момент не выявлена.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные мероприятия по повышению качества ремонта не только обеспечили работоспособность ТДА в соответствии с техническими условиями, но также позволили расширить рабочий диапазон работы ТДА, установленных на Бованенковском НГКМ. Разработанный СТО дает возможность определять качество ремонта ТДА на фактических режимах работы УКПГ. Полученные эталонные ГДХ позволяют рассчитывать перспективные режимы работы ТДА, в соответствии с которыми определяют добычные возможности.

 

Номенклатура относительных единичных показателей качества ремонта ТДА

Показатель качества

Расчетная формула относительного единичного показателя качества

Коэффициент. весомости mi

Примечание

1. Перемещение по оси радиальной ТДА, мкм

q1 = 1,5-0,5 .

5

Пi, Пд.рi – максимальное значение из измеренных в штатных точках

2. Виброперемещение ротора ТДА, мкм

q2 = 1,5-0,5 .

5

3. Ток усилителя мощности ТДА, А

q3 = 1,5-0,5 .

4

4. Коэффициент технического состояния турбины ТДА по КПД

q4 = .

3

Пi, Пд.рi – среднее значение коэффициентов технического состояния на трех режимах работы ТДА

5. Коэффициент технического состояния турбины ТДА по параметру расхода

q5 = .

4

6. Коэффициент технического состояния компрессора ТДА по КПД

q6 = .

4

7. Радиальные зазоры лабиринтных уплотнений и радиальные зазоры рабочего колеса турбины ТДА, мм

q7 = 

3

П7 – среднее значение радиальных зазоров по рабочим и направляющим лопаткам после ремонта

8. Радиальные зазоры страховочных подшипников, мм

q8 = 

1,5

∆д8 - допустимое отклонение

9. Параллельность корпуса опоры турбины и среднего корпуса ТДА, мм

q9 = 

3

10. Средний разряд бригады, выполняющей ремонтные работы

q10 = 1,5-0,5 

5

П10 – фактический средний разряд ремонтной бригады



← Назад к списку