You are here

Конструктивное исполнение современных комплексных воздухоочистительных устройств (КВОУ) для газоперекачивающих агрегатов

 

Николай Константинович Галанцев,  Генеральный директор ЗАО "Мультифильтр".

 

В статье описываются современные конструкции КВОУ для газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций, подобные решения применяются также на КВОУ для высокотехнологичных энергетических установок, для компрессорных станций металлургических предприятий, для систем промышленной вентиляции.

 

Для транспортировки природного газа по магистральным трубопроводам широко применяются газоперекачивающие агрегаты, состоящие из компрессора и газотурбинного двигателя. Комплексное воздухоочистительное устройство (КВОУ) входит в состав воздухозаборного тракта газотурбинного двигателя. КВОУ обеспечивает: очистку атмосферного воздуха от пыли; защиту от птиц и насекомых; влагоотделение; подогрев воздуха зимой; охлаждение воздуха летом; шумоглушение [1].

Сотрудники ЗАО «Мультифильтр» имеют опыт разработки и производства КВОУ различных компоновочных схем и конструктивного исполнения. ЗАО «Мультифильтр» создано в 2008 году на территории ОАО «ВНИИтрансмаш», основанного в 1949 году и в настоящее время являющегося ведущим научно-исследовательским, конструкторским, испытательным и производственным центром транспортного машиностроения. В 1990-е годы наши инженерно-технические специалисты по заказу участвовали в создании КВОУ для газоперекачивающего агрегата ГПА-16 «Нева» (заказчик - ОАО «Газпром», головной исполнитель - ОАО «Кировский завод», разработчик КВОУ - ОАО «ВНИИтрансмаш»). КВОУ выполнено по прогрессивной для своего времени схеме с многоступенчатой очисткой воздуха: первая ступень грубой очистки - мультициклоны с системой отсоса уловленной пыли вентиляторами, вторая ступень тонкой очистки - сменные карманные (рукавные) фильтры. Мультициклон разработан на основе прямоточного осевого циклона собственной конструкции ПКЦ-250 (название расшифровывается как «прямоточный комбинированный циклон диаметром 250 мм»), прошедшего этапы расчётного моделирования и экспериментальной отработки. При разработке КВОУ выполнен большой объем испытаний на специальном пылевом стенде для натурного моделирования и исследований элементов и систем пылеуловителей на расходах воздуха до 20 000 м3/ч, это позволяет методом инструментальных измерений заранее достоверно оценивать эффективность создаваемого КВОУ любой производительности.

 

В настоящее время применение циклонов в конструкции КВОУ по своим техническим характеристикам не может быть рекомендовано для новых разработок, т.к. в последние десятилетия появились более совершенные технологии очистки воздуха. Более современные конструкцией КВОУ создаются на базе статических и импульсных круглых (цилиндрических и/или конических) фильтрующих элементов тонкой очистки. Самыми же прогрессивными с точки зрения технико-экономических характеристик являются конструктивные исполнения с плоскими панельными (компактными) фильтрующими элементами [2].

Выбор рационального конструктивного исполнения КВОУ во многом определяется условиями эксплуатации. КВОУ могут быть статическими (при этом фильтрующие элементы не очищаются от уловленной пыли) или импульсными (в которых фильтры очищаются от пыли кратковременными обратными импульсами сжатого воздуха). Статические КВОУ более дешевые и их используют наиболее часто, импульсные - более дорогие и применяют при экстремальных почвенно-климатических условиях:

·   - в регионах с высокой пылевой нагрузкой;

·   - в регионах с низкой температурой при опасности забивания поверхности фильтров снегом и инеем.

Отдельно стоит отметить КВОУ морского применения, устанавливаемые на стационарных морских платформах на шельфе и на плавучих объектах. Стандарты для контроля воздушных фильтрующих элементов вентиляции общепромышленного исполнения EN779 и EN1822 не оговаривают воздействие брызг соленой морской воды и/или продуктов неполного сгорания углеводородов (сажа/копоть), которое в обязательном порядке следует учитывать для работающих в морских условиях фильтров. Поэтому изготовители фильтров для КВОУ морского применения создают специальные испытательные стенды для имитации морских условий эксплуатации. Фильтрующие элементы для морского применения имеют оригинальную конструкцию, а компоновка КВОУ может быть выполнена по низкоскоростной или высокоскоростной схемам фильтрации [3].

Статическое КВОУ (Рис.1) содержит: Воздухозаборные козырьки; Влагоотделители; Ступень предварительной фильтрации; Ступень фильтров тонкой очистки; Ступень (высоко)эффективных (H)EPA фильтров.

Рис. 1. Статическое КВОУ компании AAF.

Ступень предварительной фильтрации состоит из фильтров класса G4 (EN 779:2002) и применяется для уменьшения пылевой нагрузки на фильтры тонкой очистки F7-F9 (EN 779:2002). Фильтры тонкой очистки конструктивно могут быть выполнены в виде круглых картриджей (Рис.2) или в виде компактных элементов (Рис.3). Фильтры тонкой очистки могут быть статическими или импульсными.

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Картриджные фильтры компании AAF.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Панельный фильтр (ступень предварительной фильтрации) и компактный фильтр (ступень тонкой фильтрации) компании AAF.

 

 

 

 

Ступень высокоэффективных (H)EPA фильтров класса E10, E12, H14 (EN1822:2009) создает более благоприятные условий работы турбины, это решение увеличивает срок службы между остановками газовой турбины и уменьшает стоимость затрат на единицу мощности газотурбинного агрегата. Решение о необходимости применении (H)EPA фильтров принимает изготовитель газовых турбин. В последние годы многие зарубежные производители турбин предлагают фильтрацию (H)EPA как опцию для всех новых проектов, а также для модернизации существующих КВОУ. В России КВОУ со ступенью высокоэффективных (H)EPA фильтров пока не нашли широкого применения.

В 2009-2014 годах «Мультифильтр» разработал ряд воздухоочистительных установок на основе круглых картриджных фильтрующих элементов компании Donaldson, которая является всемирным лидером в области фильтрации и на протяжении многих лет лидирует в объеме мировых поставок фильтровальных систем и комплектующих. Опираясь на обширный научно-исследовательский потенциал и развитую производственную базу, Donaldson разрабатывает новые технологии и системы фильтрации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Импульсное КВОУ компании Мультифильтр, применены вертикальные картриджи Donaldson TTD.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Импульсное КВОУ компании Мультифильтр, применены горизонтальные картриджи Donaldson GDX.

 

КВОУ с вертикальными круглыми картриджами занимают большие площади, но условия импульсной очистки фильтрующих элементов в таких конструкциях являются наилучшими. На рис. 4 показано КВОУ, разработанное «Мультифильтром» на расход воздуха 80000 м3/ч с фильтрующими элементами Donaldson TTD. Фильтрующие модули Donaldson TTD имеют вертикальные картриджи. Замена картриджей производится снизу. Пылесборника нет, уловленная пыль сбрасывается вниз. Блок управления выполнен на основе контроллера и позволяет вручную устанавливать режимы работы. Конструкции с вертикальными картриджами отличаются простотой, т.к. специальный пылесборник не требуется. Уловленная пыль при импульсной очистке фильтроэлемента сбрасывается непосредственно вниз, откуда большей частью уносится ветром и атмосферными осадками. Недостатком конструкции являются относительно большие габаритные размеры и занимаемые площади. Более компактные решения удается получить при использовании горизонтальных картриджей.

Горизонтальное расположение круглых картриджей позволяет создавать более компактные КВОУ, но условия по очистке картриджей хуже: пыль с верхних рядов картриджей стряхивается на нижние ряды. На рис. 5 показано КВОУ, разработанное «Мультифильтром» на расход воздуха 80000 м3/ч с фильтрующими элементами Donaldson GDX с горизонтальными картриджами. Импульсное КВОУ выполнено по схеме одноступенчатой фильтрации. Атмосферный воздух поступает через всепогодные воздухозаборные козырьки, служащие для защиты фильтрующих элементов от воздействия дождя и снега. Пары фильтрующих элементов конусообразной и цилиндрической формы установлены горизонтальными рядами. Конусообразная форма картриджа хотя и является менее технологичной, но по сравнению с цилиндрическим картриджем позволяет несколько увеличить площадь фильтрации в заданном внутреннем объеме корпуса устройства и получить более благоприятную аэродинамическую схему взаимодействия фильтра с очищаемым воздухом с пылью. Когда перепад давления на фильтре достигает определенного установленного значения, датчики приводят в действие механизм очистки и через форсунки подается мощный импульс сжатого воздуха, который «стряхивает» с поверхности фильтров большую часть скопившейся там пыли. Оператор может вручную установить значение срабатывания этого механизма в зависимости от конкретных условий. Предлагаемый класс очистки: F7-F9. Уловленная пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется вентиляторной системой отсоса.

Фильтрующие элементы для систем с импульсной продувкой конструктивно могут быть выполнены не только в виде круглых картриджей, но также и в форме плоских панелей. Компания AAF International (American Air Filter), которая производит широкую гамму фильтров для очистки воздуха и занимает лидирующее место в мире по ежегодному объему продаж фильтровального оборудования, выпускает КВОУ с импульсной системой очистки на основе самоочищающихся плоских панельных фильтрующих элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6. Импульсное КВОУ с фильтрующими панельными элементами AAF ASC.

На рис. 6 показан общий вид КВОУ с импульсной системой очистки на основе плоских панельных фильтрующих элементов AAF ASC. Панельные фильтрующие элементы могут быть выполнены по классам очистки F7-F9. Атмосферный воздух проходит через панельные фильтры и очищается от пыли. В конструкции сочетаются принципы инерционной сепарации и сухой фильтрации. Наиболее крупные частицы пыли за счет инерции пролетают мимо фильтрующих панелей и попадают в расположенные за фильтрами вертикальные каналы, этим снижается пылевая нагрузка на фильтрующий материал (до 90 и более процентов по массе во время песчаных бурь). Часть забираемого воздуха (обычно 7-10 процентов от общего объема) не проходит через панели, а вместе с пылью попадает непосредственно в вертикальные каналы и с помощью вентиляторной системой пылеудаления возвращается обратно в атмосферу вдали от зоны воздухозабора. При импульсной продувке панели пыль удаляется с поверхности фильтра и уносится проходящим потоком воздуха. Общее количество пыли в атмосферном воздухе не увеличивается, наблюдается лишь незначительное повышение концентрации пыли в зоне выброса. Дополнительная очистка воздуха, удаляемого вентилятором отсоса, не требуется.

КВОУ с плоскими панелями получается более компактным (примерно на 25%) по сравнению с системами на основе круглых картриджей. Импульсная очистка осуществляется в автоматическом режиме либо по перепаду давления на фильтре, либо по установленному интервалу времени, а также может проводиться оператором в ручном режиме. Система управления обеспечивает подачу аварийного сигнала при большом перепаде давления на фильтре и при малом давлении в магистрали сжатого воздуха.

Импульсное КВОУ на основе самоочищающихся плоских фильтрующих панелей типа ASC компании AAF не требует применения антиобледенительной системы для защиты фильтров от обмерзания и предохранительного перепускного (байпасного) клапана для защиты от недопустимо большого перепада давления на фильтре. За счет применения фильтров типа ASC компании AAF это КВОУ получается более надежным и требует меньшего обслуживания. С учетом более длительного срока эксплуатации фильтров импульсные AAF ASC в условиях РФ могут быть рациональной заменой обычным статическим системам (Рис.7).

Рис. 7. Импульсное КВОУ с самоочищающимися фильтрами ASC компании AAF для газовой турбины Trent60 мощностью 50 МВт компании Rolls Royce. Компрессорная станция «Портовая» магистрального газопровода «Северный Поток».

 

Выводы и рекомендации:

1. Выбор рационального конструктивного исполнения КВОУ определяется почвенно-климатическими условиями в месте установки. По конструктивному исполнению фильтрующих элементов КВОУ можно разделить на статические и импульсные. Наиболее распространены статические КВОУ, они имеют более высокие технико-экономические показатели для большинства условий эксплуатации. Более дорогостоящие импульсные системы применяются:

·    - в регионах с высокой пылевой нагрузкой;

·    - в регионах с низкой температурой, когда возможно забивание поверхности фильтрующих элементов снегом и инеем.

2. Современные технологии фильтрации компании AAFс использованием импульсных плоских фильтров типа ASCпозволяют создавать КВОУ более простой конструкции: без антиобледенительной системы и байпасного клапана. Такие КВОУ имеют повышенную надежность и требуют меньшего обслуживания, что делает возможным их применение в большинстве регионах РФ в качестве рациональной альтернативы КВОУ со статическими фильтрами.

3. Инжиниринговая компания ЗАО «Мультифильтр» имеет опыт разработки и создания КВОУ различных компоновочных схем и конструктивного исполнения. Опираясь на собственный опыт и в тесном сотрудничестве со своими зарубежными партнерами мы предлагаем заказчикам разработку, производство и/или поставку КВОУ для эксплуатации в любых природно-климатических зонах Российской Федерации и ближнего зарубежья с использованием современных высокоэффективных технологий в области фильтрации воздуха:

статические КВОУ;

импульсные КВОУ;

статические и импульсные КВОУ со ступенью (H)EPA-фильтров;

КВОУ морского применения;

решения по модернизации существующих КВОУ.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Галанцев Н.К. Комплексные воздухоочистительные устройства (КВОУ) для газоперекачивающих агрегатов. // Сборник докладов и каталог Пятой Нефтегазовой конференции «ЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ - 2014». 22 апреля 2014 г., г. Москва. - с. 11-15.

2. Галанцев Н.К. Конструкции КВОУ для газотурбинных установок на примере разработок компаний «AAF» и «Мультифильтр». // Тезисы докладов LX научно-технической сессии по проблемам газовых турбин и парогазовых установок «Научно-технические проблемы проектирования и эксплуатации наземных объектов с газотурбинными и парогазовыми установками». 24-26 сентября 2013 г., г. Казань. - с. 72-78.

3. Галанцев Н.К. Разработка комплексных воздухоочистительных устройств (КВОУ) для морского применения на основе воздушных фильтров и технологий AAF International. // Труды 11-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2013). 10-13 сентября 2013 года, г. Санкт-Петербург. - с. 172-175.

 

Содержание: