Обеспечение безопасности эксплуатации газотурбинных станций

Блок подготовки топливного и пускового газа (БПТПГ)  оборудован  вытяжной вентиляцией (1 вентилятор включается автоматически при наличии  0,5% газа в воздухе), приточной вентиляцией (1 вентилятор включается при необходимости проведения работ внутри помещения).

Помещение аккумуляторной оборудовано вытяжной (2 вентилятора)  и приточной (2 вентилятора) системой вентиляции. Включается при проведении работ в помещении аккумуляторной.

Блок регенерации фильтров оборудован приточной (1 вентилятор)  и вытяжной (2 вентилятора) системой вентиляции. Включается при проведении работ в помещении блока регенерации.

Помещение канализационно-компрессорной станции (КНС) оборудовано  вытяжной  (2 вентилятора) системой вентиляции. Включается при проведении работ  в помещении КНС.

 В ходе работы  компрессорной станции через  кран №19 газ поступает к входному крану №7, расположенному на узле подключения.  . Кран №7 предназначен для автоматического отключения компрессорной станции от магистрального газопровода. 

Рис. 1.2.- Технологическая схема КС

 

Входной кран №7 имеет обводной кран №7р, который  предназначен для заполнения газом  всей системы технологической обвязки  компрессорной станции. Только после  выравнивания давления в магистральном  газопроводе и технологических  коммуникациях станции с помощью крана №7р производится открытие крана №7. Это делается во избежание газодинамического удара, который может возникнуть при открытии крана №7, без предварительного заполнения газом технологических коммуникаций компрессорной станции.

Сразу за краном №7 по ходу газа установлен свечной кран №17. Он служит для стравливания газа в атмосферу из технологических коммуникаций станции при производстве на них профилактических работ. Аналогичную роль он выполняет и при возникновении аварийных ситуаций на КС.

После крана  №7 газ поступает к установке  очистки, где размещены пылеуловители  и фильтр-сепараторы. В них он очищается от мехпримесей и влаги.

После очистки  газ по трубопроводу Ду1000 поступает  во входной коллектор компрессорного цеха и распределяется по входным трубопроводам ГПА Ду700 через кран №1 на вход центробежных нагнетателей. После сжатия в центробежных нагнетателях газ проходит обратный клапан, выходной кран №2 и по трубопроводу Ду1000 поступает на установку охлаждения газа (АВО газа). После установки охлаждения, газ через выкидной шлейф по трубопроводу Ду1200, через выходной кран №8, поступает в магистральный газопровод.

Перед краном №8 устанавливается обратный клапан, предназначенный  для предотвращения обратного потока газа из газопровода. Этот поток газа, если он возникнет при открытии крана №8, может привести к обратной раскрутке центробежного нагнетателя и ротора силовой турбины, что в конечном итоге приведет к серьезной аварии на КС.

Назначение  крана №8, который находится на узле подключения КС, аналогично крану №7. При этом стравливание газа в атмосферу происходит через свечной кран №18, который установлен по ходу газа перед краном №8. На узле подключения КС между входным и выходным трубопроводом имеется перемычка Ду1200 с установленным на ней краном №20. Назначение этой перемычки - производить транзитную подачу газа, минуя КС в период ее отключения (закрыты краны №7 и 8; открыты свечи №17 и 18).

На узле подключения  КС установлены камеры приема и запуска  очистного устройства магистрального газопровода. Эти камеры необходимы для запуска и приема очистного устройства, которое проходит по газопроводу и очищает его от механических примесей, влаги, конденсата. Очистное устройство представляет собой поршень со щетками или скребками, который движется до следующей КС в потоке газа, за счет разности давлений - до и после поршня.

На магистральном  газопроводе, после КС, установлен и  охранный кран №21, назначение которого такое же, как и охранного крана  №19.

При эксплуатации КС может возникнуть ситуация, когда давление на выходе станции может приблизиться к максимальному разрешенному или проектному. Для ликвидации такого режима работы станции между выходным и входным трубопроводом устанавливается перемычка Ду500 с краном №6А. Этот кран также необходим при пуске или останове цеха или группы агрегатов при последовательной обвязке. При его открытии часть газа с выхода поступает на вход, что снижает выходное давление и увеличивает входное. Снижается и степень сжатия центробежного нагнетателя. Работа КС с открытым краном №6А называется работой станции на "Станционное кольцо". Параллельно крану №6А врезан кран №6АР, необходимый для предотвращения работы ГПА в помпажной зоне нагнетателя. Диаметр этого крана составляет 10 15 % от сечения трубопровода крана №6А (~ =150 мм). Для минимально заданной заводом-изготовителем степени сжатия нагнетателя последовательно за краном №6А врезается ручной кран №6Д.

Основные требования технологического регламента агрегатов  и систем КС направлены на поддержание  машин, оборудования и систем в постоянной готовности к использованию, обеспечение их высокой эффективности  при эксплуатации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2.  Анализ опасности технологического процесса

Вопросы безопасности газокомпрессорной  станции следует рассматривать  в двух аспектах. Газокомпрессорная станция, как  промышленный объект, сама по себе является источником потенциальной опасности для людей и окружающей среды. Вместе с тем, ГКС является лишь элементом БТС – большой трубопроводной системы. И от регламентной работы ГКС зависит безопасность  участка трубопровода, который она обслуживает.

Основные риски  в работе ГКС связаны со свойствами природного газа. Основным его компонентом является метан. Физические и химические свойства метана. Его склонность к возгораниям и взрывам, определяют потенциальный ущерб при авариях. 

В естественном состоянии природный газ не имеет запаха.  Тем не менее,  с целью безопасности,  одорант  (например,  этилмеркаптан)  добавляют в природный газ, чтобы присутствие газа можно было определить по характерному запаху. 

В связи с  тем,  что природный газ транспортируется под давлением и очень быстро увеличивается в объеме при утечке,  любая утечка создает относительно высокие концентрации воспламеняющегося газа.  Более того, высвобождение газа может быть быстрым и неконтролируемым.  Тем не менее,  в большинстве случаев,  скорость сжигания природного газа намного меньше,  чем скорость выхода газа. Следовательно, редко когда ожидается взрывной регресс пламени в трубу или контейнер.

Первичным источником опасности для природного газа является огонь. Его компоненты относительно легко могут возгореться от пламени, искры,  или статического разряда.  Возгорание облаков природного газа часто приводит к взрывам,  особенно если испарения находились в закрытом пространстве.  Повторное возгорание представляет потенциальную опасность,  если пламя загасить до пресечения подачи топлива. 

Основное правило борьбы с пожарами природного газа – в первую очередь охладить резервуар  (и трубопровод,  если это необходимо)  для уменьшения увеличивающегося внутреннего давления. 

Для горения природного газа необходим воздух (кислород). Поэтому

любая утечка газа должен рассматриваться в качестве потенциально серьезной ситуации,  так как концентрация воспламеняемости может быть достигнута вдалеке от места испарения. 

Анализ аварий на газокомпрессорных станциях и трубопроводах свидетельствует,  что район воздействия на окружающую среду ограничивается радиусом 200 м от объекта.  Это означает расстояние от трубопровода на разных участках,  на котором концентрация природного газа достаточно высока для возгорания.

При утечке природного газа из трубопровода высокого давления или компрессора ,  значительная его часть превращается в пар почти мгновенно. Быстрое испарение переносит большое количество жидкости в воздух в виде мелких капелек.  Следовательно,  предполагается,  что газ, высвобожденный из защитной оболочки,  находящейся под давлением,  сразу и полностью преобразуется в паровую фазу,  обычно называемую аэрозольным облаком.  Значительное количество воздуха смешивается с парами природного газа во время испарения,  в зависимости от точных условий утечки, и облако будет перемещаться под воздействием ветра и силы тяжести.  По мере перемещения облако рассеивается.  Воспламеняющееся облако, созданное в результате утечки природного газа, плотнее воздуха и обычно формирует тонкий слой на земле.  Это облако стекает в падины и канавы и может преодолевать значительные расстояния.  Даже слабый ветерок может перемещать облако и постепенно рассеивать его.  

Распознаются три основных вида горения. 

Первый тип  называется струя пламени. Территория его воздействия весьма ограничена, обычно в границах ГКС.  Его основное влияния заключается в ослаблении окружающих структур,  что может вызвать разрыв и дальнейшую утечку сжиженного нефтяного газа. 

Второй тип  известен как бассейн пламени,  который характеризуется длительным и дымящимся пламенем.  Ветер может сдувать пламя в сторону земли,  вызывая повторные воспламенения.

Интенсивность излучения может быть очень высокой вокруг пламени, но она спадает быстро и на расстоянии 3-5 раз превышающим диаметр пламени интенсивность излучения является терпимой для пожарных. Ущерб, наносимый бассейном пламени более интенсивный, чем урон, наносимый струей пламени, но он ограничен непосредственной близостью станцией отправки или разгрузки.

   Третьим  типом является пламя газового облака,  которое может поддерживать распространяющийся огонь при возгорании.  В определенных случаях пламя может быстро распространяться посредством облака с точки возгорания. Интенсивность излучения может быть высокой,  и если пламя передвигается достаточно быстро,  возникнет избыточное давление или эффект взрыва, которое может вызвать повреждения на значительном расстоянии от источника утечки. Большинство тяжелых аварий на газокомпрессорных станциях были вызваны неограниченным взрывом газового облака.

Если при  утечке природный газ не возгорается,  то он наносит минимальный вред,  за исключением риска возможного удушья при очень высокой концентрации в непосредственной близости от утечки. 

Таким образом, основные риски в работе ГКС связаны  с опасностью утечки газа с последующим  воспламенением или взрывом.

Возможные причины  аварийных ситуаций:

1. ошибки в проектировании:
2. некачественное оборудование, ошибки персонала в его обслуживании
3. нарушение технических регламентов.

Вместе с  тем, нарушения в работе компрессорной  станции и возможные аварии могут  стать причиной чрезвычайных ситуаций вследствие нарушения газоснабжения  населённых пунктов и целых регионов. Здесь уже работу ГКС следует рассматривать с точки зрения обеспечения надёжности БТС.

Надежность  объектов систем газо- и газоснабжения трактуется в соответствии с терминологией [31], общей для систем энергетики. Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования.

Применительно к системам энергетики в числе  заданных функций рассматривается  бесперебойное снабжение потребителей соответствующей продукцией требуемого качества и недопущение ситуаций, опасных для людей и окружающей среды. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать ряд свойств (в отдельности или в определенном сочетании). Основными из них являются следующие: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, устойчивоспособность, режимная управляемость, живучесть и безопасность. Первые четыре свойства определены для любых технических систем, а последние специфичны для систем энергетики.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять  работоспособность в течение  некоторого времени или некоторой  наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность  до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в  приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять  исправное или только работоспособное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Устойчивоспособность - свойство непрерывно сохранять устойчивость в течение некоторого времени.

Режимная управляемость - свойство объекта поддерживать нормальный режим посредством управления.

Живучесть - свойство объекта противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей.

Безопасность - свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.

Свойство сохраняемости  полезно, пожалуй, только для характеристики оборудования. Свойство устойчивоспособности не является значимым для трубопроводных систем. В преломлении к системам газо- и газоснабжения и их объектов все приведенные определения должны быть конкретизированы.

БТС предназначены для  добычи, переработки, хранения и транспортировки  углеводородного сырья потребителям. К поставляемому продукту предъявляются требования по качеству, а к технологическим процессам требования по безопасности. Надежность БТС сводится, следовательно, к надежному снабжению потребителей.

Надежность магистрального газопровода (МГ) согласно ОСТ 51.100-83 есть его свойство транспортировать газ от источников к потребителям в соответствии с заданным графиком в определенных условиях эксплуатации. Надежность КС есть свойство компримировать, очищать и охлаждать транспортируемый газ, а надежность линейной части МГ - свойство транспортировать газ в заданных объемах, сохраняя во времени герметичность и гидравлическое сопротивление в заданных пределах (ОСТ 51.80-82).