天然气长输管线用离心压缩机关键技术及应用.pptx
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天然气长输管线用离心压缩机关键技术及应用.pptx
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,2019-08-16,天然气长输管线用离心压缩机关键技术及应用,C,目录,ONTENTS三,项目关键技术及解决方案,一二,项目研制情况,项目背景,产品检验及试验,四五,项目意义和展望,2,3,一、项目背景,至2015年底,我国天然气管道总里程约8.5万公里,输气能力约25002800亿立方米/年预计2020年我国天然气管道总里程将达到1012万公里以上,输气能力约37004000亿立方米/年年均增长率:
2015-2020年8.1%,2020-2025年4.6%,2025-2030年3.9%,【摘自中国天然气报告(2016)、中国能源网】,中国天然气供需情况对外依存度35%40%,4,一、项目背景,中石油,中石化,总,计,(,台,供货商陕京一线,陕京二线,陕京三线,西一线西二线西三线(西段)中贵线,上轮涩海吐中宁中榆支支缅兰亚济干干线管线线线线线,涪川陵气王东场输,GE,29,55,15,8,10,罗罗,25,12,6,43,沈鼓,1,30,25,3,45,24,74,德莱赛兰,8,12,2,索拉,13,1,厂家未知,5(库伯),13,5,14,7,293,8,总计,13,13,5,55,77,48,17,457132954830,驱动形式,燃10电3,电13,燃3电2,燃45电10,燃50电27,燃12电36,电17,电电电457,燃,燃电电电燃129538电1,中国管线机组配置情况(不含小支线)进口机组占比高达85%,【摘自网上资料】,一、项目背景,主要管线压缩机厂商,5,一、项目背景,管线市场特征我国天然气资源分布不均,依赖国外输入,缺口巨大客户需求机组国产化,服务国产化沈鼓打破国外长期垄断形势,实现管线压缩机国产化,形成国内长输管线市场独家供货市场呼唤:
具有技术竞争、产品竞争、服务竞争的一种市场化机制,6,C,目录,ONTENTS三,项目关键技术及解决方案,一二,项目研制情况,项目背景,产品检验及试验,四五,项目意义和展望,7,二、项目研制情况,各供应商管线压缩机参数及结构特点对比,8,二、项目研制情况,市场典型电驱管线压缩机实际运行效率数据,压缩机设计点多变效率大为86.587.5;,9,10,二、项目研制情况,高可靠性,项目研制目标压缩机结构优化设计,安全可靠性分析,工厂试验及检验手段高效基本级开发,专用气动软件开发,高效性及宽工况运行,机组总成套,流道分析优化设计电驱管线压缩机总成套设计,电驱管线压缩机自电控设计,压缩机组维修和保运服务,11,二、项目研制情况,技术参数目标:
执行标准API617石油、化工和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机,ASMEPTC10压缩机和排气机动力试验规程,12,二、项目研制情况,一流公司从业经验多台压缩机设计业绩关键专业齐全联合开发设计,单轴、多轴压缩机气动设计专家,流体机械博士世界一流透平压缩机公司20年工作经验200多套单轴、100套多轴压缩机设计,单轴、多轴压缩机结构设计专家流体机械博士世界一流透平压缩机公司30年工作经验100多套单轴、60套多轴压缩机整机设计转子动力学专家,机器动力学博士世界一流透平压缩机公司12年工作经验开发多种转子动力学软件300多套单轴、90多套多轴压缩机分析,装配工艺专家,核心技术研发路径国际领先技术团队:
二、项目研制情况,模型级试验技术800kW离心压缩机基本级实验台位500kW半开式离心压缩机基本级实验台位2000kW真实气体压缩机基本级闭式实验台位水蒸气离心压缩机试验台位真实气体离心压缩机闭式试验台位500kW烧结风机模型实验台位15kW、45kW通风机模型实验台位,13,二、项目研制情况,在模型级开发中进行CFD仿真分析及优化。
具有多个CFD数值模拟软件。
5人组成的专项CFD分析小组,具有多年分析经验,先后分析过几十个模型级及几百项首台首套压缩机项目。
可进行整套压缩机流场分析,也可单独进行叶轮流场分析及定子部件流场分析。
CFD仿真优化技术,14,二、项目研制情况,模型级实验台位,模型级开发技术开发路径:
欧洲研发中心。
流量系数覆盖范围0.0040.16。
开发专用基本级系列。
单级压比可达1.141.3最高多变效率达88.5%,,实验曲线,15,二、项目研制情况,管线压缩机设计参数确定及气动计算结果市场调研,了解干线管线压缩机基本参数。
确定样机设计参数,并进行气动计算。
高效率,宽工况范围,防喘振裕量大,总体达到国际同类先进水平。
16,二、项目研制情况,压缩机型号机型:
EB80-3EB筒式压缩机80首级叶轮名义直径800mm33级叶轮压缩机旋向:
从驱动端看,压缩机逆时针旋转进排气方式:
水平进气、水平排气执行标准:
API617石油、化学和气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机,17,二、项目研制情况,干线样机外形图,18,二、项目研制情况,1、根据市场用户偏好和以后市场对管线压缩机的需求,该管线压缩机结构外观布置按照主流市场方案;2、按照EB80最大机型结构尺寸设计,满足4级叶轮结构设计空间;干气密封、轴承等外配套标准选型;3、按照市场用户实际需求,压缩机侧增加专用盘车机构设计;4、压缩机级间密封采用带涂层铝密封,平衡盘采用PEEK材料密封;,19,系列化结构设计思路,二、项目研制情况,压缩机结构特点采用垂直剖分筒式结构进气侧卡环结构,排气侧端面定位,单侧抽芯拆装结构方案压缩机自由端增设盘车机构定子由外缸、内缸、隔板、轴承箱等组成采用节鞭轴,无轴套,刚性好串联式干气密封可倾瓦支撑轴承、金斯贝雷止推轴承,20,二、项目研制情况,21,压缩机结构尺寸参数,二、项目研制情况,主要零部件选材相同或同等。
22,压缩机主要零部件选材,23,二、项目研制情况,流场分析和强度设计,压缩机CFD流场分析对叶轮、外缸进行有限元强度分析转子不平衡响应分析,稳定性分析,机组轴系扭振分析进气室、导叶流场分析优化设计,二、项目研制情况,压缩机工艺简图,24,二、项目研制情况,电驱直连总成套离心压缩机变频调速装置高速防爆同步电动机润滑油系统(含冷却器)工艺冷却器干气密封系统机组控制系统UMD不间断电源系统仪表阀门油气管路,25,C,目录,ONTENTS三,项目关键技术及解决方案,一二,项目研制情况,项目背景,产品检验及试验,四五,项目意义和展望,26,三、项目关键技术及解决方案,关键技术气动,关键技术:
a.高效率、宽工况模型,级开发,压缩机效率,高达87.5%以上,调节,范围达65%-105%。
b.开发专用气动计算软,件,实现气动快速报,价及快速计算,解决方案:
a.组织富有经验的海外模型级开发专家团队,设计开发专用模型级;,b.分析对比GE、西门子等国内外先进压缩机透平模型级特点;,陕鼓进行模型级试验及修正;模型级效率达88%以上,工况范围宽达55%110%;,e.开发专用管线机组设计软件,满足市场需求,气动方案达到国际先进,水平,27,三、项目关键技术及解决方案,气动设计计算技术-核心软件,该专用气动计算软件,应用高效专用基本级数据库,引入自动优化算法,实现自动优化匹配选型设计;能够准确、高效、完整地输出API617数据表、性能曲线。
28,三、项目关键技术及解决方案,关键技术结构技术难点:
国外压缩机两端采用卡环式结构,内定子与排气蜗室采用分体式结构。
加工精度要求高现有机组安装时需要从压缩机两侧分别安装,现场操作难度大国外机组维修耗时,费用大,解决方案:
29,参照MAN筒式结构和GE西门子结构技术,开发出单侧(低压侧)卡环结构的可单侧拆装压缩机结构,整机结构紧凑,安全可靠;开发设计专用单侧抽芯导轨装置,便于现场安装、检修维护;单侧可拆装压缩机结构和专用压缩机拆装用抽芯装置申请专利,拥有自主,知识产权;,三、项目关键技术及解决方案,压缩机剖视图,30,三、项目关键技术及解决方案,关键技术轴系,关键技术:
与常规电驱机组比较,本项目电驱直连机组功率大,调速范围宽压缩机转子质量轻,联轴器对机组轴系平衡影响大,解决方案:
采用最先进转子动力学计算软件,采用“面向对象”的模块化建模方法,提出改进方案,解决了机组轴系难点采用消涡结构,提高系统阻尼,实现系统对数衰减率满足API稳定性要求,提高各种工况下机组稳定性进行轴系扭转振动分析,调整联轴器总扭转刚度,使扭振临界转速避开工作转速,保证机组安全稳定运行,31,三、项目关键技术及解决方案,稳定性分析,按照API617级别II稳定性分析要求,在稳定性分析模型时,需要考虑真实气体介质、密封等对系统刚度和阻尼的影响。
密封的刚度和阻尼计算采用专用计算程序Seal2D/3D;采用阻尼转子技术,增加消涡结构,提高系统的稳定性。
f=0.170.1,满足API617级别II稳定性分析要求,32,三、项目关键技术及解决方案,机组轴系扭转振动分析,从右侧Campell图可以看出,在设计工作转速范围内机组轴系的扭转振动临界转速与机组转速的1倍频和2倍频无交点,表明机组轴系不存在扭转振动问题。
33,三、项目关键技术及解决方案,关键技术总成及控制,关键技术:
实现机组总成要求实现场站无人值守,一键启停控制技术场站2+1配置并联运行,负荷自平衡分配,无扰动切换及机组启停技术,求,解决方案:
模拟现场条件,进行机组总成设计,满足技术规格书要与设计院,电机供应商密切交流合作,确保设计完整准确、先进掌握并联负荷自平衡分配系统,无扰动切换及机组启停技术,实现场站无人值守,一键启停操作控制,34,三、项目关键技术及解决方案,机组总成布置图,35,36,三、项目关键技术及解决方案,优点:
压缩机网络效率最大化(节能)避免了不必要的放空和回流,由于网络各个压缩机都吸收了部分扰动,使喘振风险最小化自动适应各种机型,流量分配与负荷匹配技术等距分配基本原理:
将多台并联运行的压缩机的运行点自动控制在与喘振控制线SCL等距的位置上,即各机组的喘振控制器的偏差Dev相等。
三、项目关键技术及解决方案,压缩机组一键启动将压缩机启动、运行相关的所有设备,如:
电机、变频器、润滑油站、干气密封、工艺阀门、空冷器等,按照不同的工况(正常停机下的启动、保压紧急停机下的启动、泄压紧急停机下的启动)执行不同的启动顺序,能够实现在HMI画面或UCP柜按下启动按钮后,机组相关辅机按照预先设定好的启动序列(如投隔离气启动润滑油泵盘车投外部密封气管道吹扫充压启动电机等过程)自动判断并启动,直至压缩机启动至最小控制转速后自动加载并入管网,启动过程结束。
一键启动大大提高了电驱离心管线压缩机的自动化水平,为以后实现天然气增压站无人值守提供可靠的技术支持。
37,C,目录,ONTENTS三,项目关键技术及解决方案,一二,项目研制情况,项目背景,产品检验及试验,四五,项目意义和展望,38,四、产品检验及试验,39,执行标准和验证情况,四、产品检验及试验,机壳水压试验及气密性试验,40,4,四、产品检验及试验,整机气密性试验,叶轮超速试验,1,四、产品检验及试验,转子高速动平衡试验,42,四、产品检验及试验,工厂机械运转试验及性能试验,43,四、产品检验及试验,工厂机械运转试验报告,44,轴振动和轴位移,四、产品检验及试验,合肥通用机电产品检测院有限公司出具的额定工况点效率,45,4,四、产品检验及试验,试验结果与研发目标对比,6,C,目录,ONTENTS三,项目关键技术及解决方案,一二,项目研制情况,项目背景,产品检验及试验,四五,项目意义和展望,47,五、项目意义和展望,研发项目意义圆满完成首套电驱直连管线压缩机组的研发和应用该机组技术达到国内领先水平掌握了管线压缩机组的设计、制造、运行全套核心技术,具备产业化推广完成管线压缩机组全系列规划,48,五、项目意义和展望,陕鼓已有管线业绩,49,五、项目意义和展望,展望:
研制干线18MW磁悬浮轴承集成式压缩机组2015年公司正式科研立项,开发并制造管线一体机样机确定技术路线制订开发周期计划同步进行电机合作研发2016-2017年底完成样机技术方案2017年1月6日与中石油签订研发协议20172018年完成样机制造2019年进行工厂试验与工业试验,50,感谢您的聆听,欢迎提出宝贵意见,谢谢!
51,
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- 天然气 管线 离心 压缩机 关键技术 应用