CC BY
420
УДК 66
Г. С. Баткис, А. М. Ахметзянов, И. Р. Грохотов,
Ю. А. Кравченко, А. Т. Лунев, Г. П. Страхов, Д. Е. Якимов
ОПЫТ МОДЕРНИЗАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ И НАГНЕТАТЕЛЕЙ НА ОАО «КАЗАНЬКОМПРЕССОРМАШ»
И ЗАО «НИИТУРБОКОМПРЕССОР ИМ. В.Б.ШНЕППА»
Ключевые слова: центробежный компрессор, модернизация, переоснащение, продление ресурса.
Находящиеся в эксплуатации компрессора и нагнетатели в России имеют наработку, значительно превышающую нормативные показатели и требуют модернизации. В представленной работе рассматривается опыт модернизации и восстановления на примере компрессоров циркуляции водородосодержащего газа, для сбора и сжатия метана, сжатия азота, пропанового холодильного агрегата и нагнетателей природного газа.
Key words: Centrifugal compressor, retrofitting, service life prolongation, rebuilding.
Compressors and superchargers, being in operation in Russia, have the working hours, considerably exceeding the normative indices, and require retrofitting. The paper presents the experience in retrofitting and rebuilding, considering the specific examples of circulation compressors for hydrogen-containing gas, compressors for methane gathering and compression, nitrogen compression, propane refrigerating units and natural gas blowers.
Большая часть находящихся в эксплуатации компрессоров и нагнетателей в России имеют наработку, значительно превышающую нормативные показатели и требуют модернизации. При этом решается задача не только продлёния ресурса, но и улучшения эксплуатационных характеристик, при изменении технологических показателей эксплуатации оборудования и производства.
В процессе эксплуатации на уже работающих компрессорах и нагнетателях, как производства завода, так и других производителей, в том числе и иностранных фирм, возникает необходимость изменения газодинамических характеристик связанных с изменением (модернизацией) технологических процессов, а также внедрения новых технических решений, таких как замена проточной части компрессора, зубчатой пары мультипликатора, установка сухих газодинамических уплотнений, замена подшипников, вплоть до установки магнитных подшипников и создания безмаслянных центробежных компрессоров. Модернизации может также подвергнуться неудовлетворительно работающее компрессорное оборудование. Работы проводятся по согласованному Техническому заданию, разработанному на основании исходных требований Заказчика по изменению параметров эксплуатируемых агрегатов.
Первое направление - модернизация компрессоров и нагнетателей в заводских условиях.
Компрессора и нагнетатели выработавшие свой ресурс или заменяющие на новые, демонтируются и передаются на завод - изготовитель, где проводятся работы по капитальному ремонту и изготовлению модернизированных узлов.
На ОАО «Казанькомпрессормаш» проводятся следующие работы:
• разборка компрессора и полная дефектация;
• разработка рабочей документации на модернизацию;
• восстановление работоспособности узлов и деталей, нуждающихся в ремонте;
• изготовление новых модернизированных узлов и деталей ;
• сборка компрессора и стендовые испытания.
Таким образом, Заказчик может получить, по сути, новые компрессоры с дополнительным ресурсом и новыми параметрами.
Второе направление модернизации - в условиях предприятия Заказчика.
Это направление подразумевает замену узлов и деталей компрессора на новые, изготовленные на ОАО «Казанькомпрессормаш». Модернизация предполагает продление ресурса и восстановления мощностных характеристик с доведением параметров до проектных.
Одним из примеров успешной модернизации компрессорного оборудования является поставка сменных проточных частей (СПЧ) для нагнетателей для добычи и транспортировки природного газа, работающих в составе газоперекачивающих агрегатов на ОАО «Газпром». СПЧ предназначены для проведения модернизации нагнетателей для морально устаревших ГПА, выработавших свой ресурс, а также в связи с изменениями режима работы компрессорных станций (КС).
Модернизация компрессоров за счёт замены проточной части позволяет избежать значительных финансовых затрат на покупку нового оборудования и получить практически компрессор с параметрами для новых условий эксплуатации. При этом сохраняются корпус нагнетателя с присоединенными трубопроводами газового тракта, а также узлы подшипников и уплотнений. При такой замене решалась сложная научно-техническая задачу, а именно: разместить в существующем пространстве газодинамический узел - сменную проточную часть, которая удовлетворяла бы по параметрам требованиям Заказчика и обеспечивала бы высокую эффективность (коэффициент полезного действия).
ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа», г. Казань, работающий в тандеме с ОАО «Казанькомпрессормаш» разработал ряд сменных проточных частей (СПЧ) для центробежных нагнетателей. Новые СПЧ обеспечивают работу нагнетателей в оптимальном режиме на изменившихся условиях добычи, транспорта и хранения газа. Более 180 СПЧ отправлены на предприятия ОАО «Газпром» и они успешно работают на ряде газотранспортных предприятий.
Особое место в работах по модернизации занимает переоснащение компрессоров 5ЦД-208/30-45М сухими газодинамическими уплотнениями. В ЗАО «НИИтурбокомпрессор им.
В. Б. Шнеппа» была разработана техническая документация на модернизацию компрессора, работающего в составе установки каталитического риформинга бензина на «Павлодарском НПЗ», в ПО«Шимкентнефтеоргсинтез», на «Мозырьском НПЗ», «Куйбышевском НПЗ» и других предприятий. Цель модернизации - установка в корпус компрессора сухих газодинамических уплотнений взамен щелевых масляных уплотнений. Была выполнена доработка узлов и деталей корпуса компрессора, а также внесены необходимые изменения в его трубопроводной обвязке. После выполнения всех монтажных работ, компрессора были успешно запущены в эксплуатацию.
Рис. 1 - Корпус сжатия компрессора 5ЦД-208/30-45М с сухими газодинамическими уплотнениями
Эксплуатация этих компрессоров показала ряд преимуществ сухих газодинамических уплотнений по сравнению со штатными гидродинамическими уплотнениями с плавающими кольцами: полностью исключается попадание масла в проточную часть, то есть загрязнение газа маслом; значительно продлевается срок службы катализатора; уменьшается количество циркулирующего масла и увеличивается его срок службы; исключаются загрязнения и изменения физико-технических свойств смазочного масла; сокращаются безвозвратные потери масла; намного упрощается обслуживание компрессора благодаря устранению системы, обслуживающей уплотнения (насосы высокого давления, маслоотводчики, напорный бак и т.д.); устраняются из конструкции уплотнительные и расходные кольца с баббитовой заливкой; требуется минимальное техническое обслуживание (по регламенту -замена уплотняющих резиновых колец один раз в пять лет); в десятки раз снижается выброс газа на «свечу» (с 200 до 7,0 м3/ч) и, следовательно, загрязнение окружающей среды; экономится энергия, так как в сухом уплотнении практически отсутствует трение уплотнительных поверхностей. Предполагается провести подобную модернизацию и на других находящихся в эксплуатации компрессорах.
Другой пример модернизации: центробежный компрессор 4ГЦ-255/1,1-4,8У2
разработан и введён в эксплуатацию в ОАО «Нижнекамскнефтехим» взамен импортного фирмы «Elliot». Компрессор предназначен для сбора и сжатия метана и подачи его в топливную сеть. Разработка нового компрессора проведена с целью продления срока службы компрессорной установки и повышения её надежности. При этом были сохранены существующий привод - паровая турбина; системы газовой, паровой, водяной, смазочной коммуникаций; корпус компрессора. Был изготовлен на ОАО «Казанькомпрессормаш» новый ротор компрессора, новые подшипники и вместо масляных уплотнений установлены сухие щелевые. Кроме того были введены системы контроля вибрации и осевого сдвига ротора, температуры масла, сливаемого из подшипников, температуры колодок подшипников, а также доработана система КИП и А. Компрессор успешно эксплуатируется.
Модернизация компрессора ЦК-100/6,5 на новые условия эксплуатации проводилась для ОАО «Московский коксохимический завод». Цель модернизации - снижение потребления электроэнергии за счёт уменьшения в два раза производительности компрессора. Сжимаемый газ азот. После модернизации компрессор имел необходимые показатели благодаря применению новых роторов в двух корпусах сжатия компрессора. Весь комплекс работ по модернизации компрессора ЦК-100/6,5 включал обследование на месте эксплуатации (с замером рабочих параметров), оптимизацию проточной части только за счёт новых рабочих колёс (так как статорная часть оставалась без изменений), идентификацию математической модели, проектирование новых роторов. Экономия электроэнергии в год составила более 1,5 млн.кВтч.
Ещё один пример: модернизация пропанового турбокомпрессорного холодильного агрегата АТКП-435-1600. По запросу ОАО «Нижнекамскнефтехим» с нареканиями на неудовлетворительную работу агрегата АТКП-435-1600 по причинам: повышенная вибрации ротора; поломки приводного конца компрессора и приводного конца шестерни мультипликатора; ненадежная работа торцевого уплотнения. Было выполнено следующее: проведён анализ динамики ротора, который показал, что рабочая частота вращения ротора соответствует удвоенной первой критической частоте, а это в подшипниках полного охвата «цилиндрических» может привести к автоколебаниям. При модернизации «цилиндрические» подшипники были заменены на сегментные, где ротор вращается в так называемых подушках. Была изменена конструкция ротора. Вальцованные межколёсные втулки могли создавать внутренние моменты в роторе, что в конечном счёте не благоприятно сказалось на его динамике. Вальцованные втулки были заменены на замковые кольца, что исключило внутренние моменты.
Проведенный анализ нагрузок на муфте показал, что запас прочности её по передающему моменту составил 1,1. Технологические условия работы компрессора таковы, что на вход в компрессор может попасть жидкая фаза, а это ведёт к перегрузке и поломкам
концов валов. Также при модернизации компрессора перешли на больший типоразмер муфты, где запас прочности составил 1,3. Конструкция уплотнения не обеспечивала гарантированную соосность роторных и статорных элементов пары трения. После переборок, притёртые поверхности могли встать не концентрично, что и приводило к повышенным утечкам. В новой конструкции соосность обеспечена за счёт уменьшения зазоров и допусков на них.
Рис. 2 - Корпус сжатия пропановой машины АТКП-435-1600
Литература
1. Хисамеев, И.Г. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных копрессоров. / И.Г. Хисамеев В.А Максимов. Г.С.Баткис Я.З Гузельбаев. Казань: Изд.-во «ФЕН»,2010. -671 с.
2. Хисамеев, И.Г. О состоянии развития компрессоростроения в Республике Татарстан. / И.Г.Хисамеев, А.Г.Сафиуллин //Труды XIV Международной научно-технической конференции по компрессорной технике. Казань.- 2007.- т.1.-С.6-27.
3. Максимов, В.А. Компрессорное и холодильное машиностроение на современном этапе /
B.М.Максимов, А.А.Мифтахов, И.Г.Хисамеев. // Вестник Казан. технол. ун-та. -1998. -№1.-
C.104-113.
4. Шайхутдинов, А.З. Опыт создания сменных проточных частей (СПЧ) для газоперекачивающих агрегатов в ОАО «Казанькомпрессормаш» /А.З.Шайхутдинов, З.Т.Галиуллин, А.Г.Сафиуллин, Я.З.Гузельбаев, А.М.Петров //Двенадцатая международная научно-техническая конференция по компрессорной технике 18-20 июля 2001 года.Казань, 2001.
© Г. С. Баткис - д-р техн. наук, первый зам. ген. дир. ОАО «Казанькомпрессормаш», compr@kazan.ru; А. М. Ахметзянов - нач. отд. ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа», niitk@kazan.ru; И. Р. Грохотов - вед. инж.-конструктор, ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа»; Ю. А. Кравченко - дир. завода ОАО «Казанькомпрессормаш»; А. Т. Лунев - нач. отд. ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа»; Г. П. Страхов - нач. бюро ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа»; Д. Е. Якимов - нач. бюро ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В.Б.Шнеппа».
