Hlavnou požiadavkou bola úprava charakteristiky kompresora pri ktorej sa zníži prepravované množstvo plynu pri zachovaní rovnakého kompresného pomeru.

Tranzitná sústava eustream
Tranzitná sústava na prepravu zemného plynu na území SR sa začala budovať v roku 1971. Ako prvé boli na prepravu zemného plynovodu využívané 6 MW turbosústroje. V rámci rozširovania kapacít potrubnej siete boli následne inštalované 25 MW turbokompresorové jednotky poháňané elektromotormi v prvej polovici 80. rokov (ďalej „ES 25 MW“). Vzhľadom na prebiehajúce racionalizačné opatrenia v rámci prepravnej sústavy bola potrebná v tejto dobe ich úprava na pozmenené prevádzkové parametre, na ktoré sa upravili existujúce zariadenia situované v KS01.
V súčasnosti tvorí celkový inštalovaný výkon prepravnej siete v eustreame, a. s. 495 MW. Uvedená výkonová kapacita je zabezpečená aj turbosústrojmi od výrobcov Nuovo Pignone, Siemens (pôvodne Rolls Royce), 6 MW technológiou a elektrosústrojmi, ktoré boli predmetom modernizácie a modifikácie.

Obr. 1: Tranzitná sústava SR

Obr. 2: Inštalovaný výkon tranzitnej sústavy SR

Pôvodná konštrukcia modifikovaných elektrosústrojov
V rámci projektu sa modifikovali 2 jednotky existujúcich ES. Hlavnou úlohou modifikácie ES bol konštrukčný návrh, výroba a dodávka hydraulických častí. Cieľom modifikácie hydraulických častí bolo dosiahnutie zmeny pracovnej charakteristiky kompresorov tak, aby po úprave pracovná oblasť kompresorov umožnila prevádzku týchto strojov v zmenenom prevádzkovom režime so zníženým prietokom a rovnakým kompresným pomerom ako pôvodné riešenie, a to pri dosiahnutí najvyššej možnej účinnosti kompresora.

Obr. 3: Konštrukcia kompresora ES 25MW

Obe turbokompresorové jednotky, ktoré boli predmetom výmeny hydraulických častí, sú umiestnené v samostatnej hale spoločne s treťou jednotkou, ktorá zostala v pôvodnom stave. Každá turbokompresorová jednotka pozostáva z radiálneho odstredivého kompresora a elektromotora ako pohonnej jednotky. Kompresor je spojený s pohonnou jednotkou pomocou momentovej tyče s integrovanou spojkou. Kompresor s elektromotorom je umiestnený na spoločnom betónovom základe vo vnútri akustického krytu. Kryt je vybavený pretlakovou ventiláciou a hasiacim zariadením.
Každá jednotka má svoje vlastné pomocné zariadenie – mazací a tesniaci systém. Vyššie uvedené príslušenstvo jednotky je usporiadané v blokoch a je umiestnené v blízkosti základu jednotky. Mazací systém každej jednotky je spoločný pre kompresor a elektromotor danej jednotky. Pôvodná konfigurácia všetkých troch jednotiek a ich príslušných zariadení je identická.
Kompresor je odstredivý, radiálny, valcového typu s vertikálnou deliacou rovinou na zakrytie, v súčasnosti s dvoma stupňami. Jeho súčasťou je plášť s krytom a vnútorná hydraulická časť kompresora, ktoré tvoria jeden celok. Teleso je vyrobené ako odliatok z liatiny. Konštrukcia rotora kompresora pozostáva z hriadeľa, dvoch nalisovaných obežných kolies a zalisovaného ozubeného kotúča. Olejové upchávky slúžia na utesnenie kompresora proti úniku plynu mimo telesa kompresora.
Sú umiestnené medzi prietokovou časťou kompresora a radiálnymi ložiskami. Vnútorná hydraulická časť kompresora tvorí jednu sekciu. Pozostáva z rotorovej časti a vnútorného telesa statorovej časti. Kompletne zmontovaný celok, vrátane všetkých častí, je umiestnený v plášti kompresora ako jedna zostava.

Modifikácia 25 MW ES
Meniace sa požiadavky prepravnej siete boli hlavným dôvodom potreby modifikovať existujúce elektrosústroje. Zariadenie bolo pôvodne navrhnuté pre prevádzkové podmienky zodpovedajúce nominálnemu kompresnému pomeru 1,44 a prietoku 46 000 000 std. m3/deň. Maximálny výkon kompresora pred modifikáciou bol 25 MW. Požadované parametre po modifikácii mali zachovať pôvodný kompresný pomer pri znížení prepravovaného množstva plynu na polovicu.
V takomto prípade prevádzka dvoch kompresorov po modifikácii súčasne by dosahovala výkonové parametre pôvodného kompresora.

Obr. 4: Charakteristika kompresora ES 25 MW pred a po modifikácii

Za účelom návrhu dizajnu novej vložky kompresora, ktorá by sa inštalovala do pôvodného plášťa sa oslovilo niekoľko potenciálnych dodávateľov. Nakoľko sa nenašli vhodní dodávatelia kompresorov, spoločnosť eustream, a. s. sa rozhodla nájsť riešenie v rámci vlastných zdrojov v spolupráci s STU Bratislava. Tým inžinierov zodpovedných za danú úlohu navrhol geometriu novej vložky tak, aby bola kompatibilná s pôvodným obalom kompresora a zároveň, aby bol kompresor schopný splniť požadované výkonové parametre. Hydraulickú časť kompresora vyrobil dodávateľ HČKD Praha podľa zostaveného návrhu.

Obr. 5: Zúženie prietočného kanála kompresora ES 25 MW po modifikácii

Podstatou nového riešenia bola úprava šírky prietočnej časti kompresora. Prvotný návrh novej geometrie vnútorných častí kompresora bol realizovaný pomocou CFD simulácie realizovanej v softvéry ANSIS CFX. Úspešné ukončenie CFD simulácie predstavovalo prvú časť prác na vytvorení návrhu novej geometrie. Po jej úspešnom ukončení sa prešlo k druhej časti úlohy, ktorej podstatou bolo na základe softvérovo navrhnutej geometrie zrealizovať reálny zjednodušený model kompresora.
Zjednodušenie modelu kompresora predstavovalo realizáciu zmenšeného 1. stupňa kompresora z hliníkovej zliatiny. Obežné koleso modelu kompresora malo priemer 600 mm, zatiaľ čo priemer obežných kolies reálneho kompresora je 1 080 mm.

Obr. 6: Testovací model kompresora ES 25 MW po modifikácii

Po úspešnom ukončení testov modelu kompresora sa vytvorila na základe navrhnutej geometrie kompresora konštrukčná dokumentácia, ktorá bola zaslaná výrobcovi novej vložky kompresora.

Meranie vibrácii
Súčasťou projektu bol upgrade merania a monitorovania vibrácii na stroji. Jestvujúcich päť vibračných snímačov kompresora bolo nahradených novými. Okrem toho boli dodané a nainštalované aj ďalšie štyri nové vibračné snímače, ktoré merajú a zaznamenávajú vibrácie kompresora na hnanom aj nehnanom konci v dvoch smeroch a ďalší axiálny posuv hriadeľa. Existujúci monitorovací systém vibrácií Compass Classic bol nahradený novým monitorovacím systémom VIBROCONTROL 8000. Navrhované riešenie je určené pre trvalé monitorovanie mechanického kmitania a ochranu ES.

Obr. 7: Vibrocontrol 8000

Uvedenie do prevádzky a akceptačné testy
Podmienky uvedenia do prevádzky obsahujú všetky kontroly úplnosti a funkčnosti systémov. Testy požadované slovenskými orgánmi sa vykonali potom ako zhotoviteľ úspešne dokončil, certifikoval a overil interné skúšky nainštalovanej a upravenej časti ES. Po dokončení týchto skúšok a odstránení všetkých nedostatkov zistených v rozsahu dodávky, sa ES považovali za pripravené na preberacie testy.
Testy FAT zahŕňali skúšky zariadení v rozsahu dodávky zhotoviteľa, ktoré sa vykonali vo výrobnom závode HČKD Praha. Skúšky u zhotoviteľa zahŕňali testy obežného kolesa, dynamické vyváženie rotora, rozmerový test a penetračný test obežných kolies.
Po ukončení príslušných prác, tesnostnej skúške kompresora a uvedení ES s novými hydraulickými časťami do prevádzky boli zahájené preberacie testy na každom ES. Obsahom preberacích testov bol 72-hodinový test a test výkonových parametrov.
72 hodinový test sa považoval za úspešne absolvovaný po súvislej nepretržitej prevádzke po dobu 72 hodín bez výpadku.
Test výkonových parametrov vykonávali zamestnanci eustream, a. s. Zodpovedné za výkon merania výkonových parametrov bolo oddelenie Diagnostiky strojov.
Za spracovanie dát a vyhodnotenie testu bolo zodpovedné oddelenie Systémového plánovania a strategických projektov.
Dáta počas merania boli kontinuálne zaznamenávané v meracej ústredni. Pre objektívne zhodnotenia plnenia požadovaných parametrov kompresora bolo potrebné merať tlak a teplotu na saní a výtlaku kompresora a tiež prietok plynu kompresorom.
Prietok plynu bol meraný ultrazvukovými sondami inštalovanými na vhodnom mieste na saní kompresora. Ultrazvukové sondy zaznamenávali rýchlosť prúdenia média potrubím. Pre výpočet objemového množstva pretekajúceho plynu potrubím bolo potrebné merať tiež teplotu a tlak v mieste inštalácie ultrazvukových sond.

Obr. 8: Schéma merania výkonových parametrov kompresora ES 25 MW po modifikácii

Počas testov výkonových parametrov boli kontinuálne merané vibrácie na rotačných a nerotačných častiach ES vibrodiagnostickým on-line systémom VIBROCONTROL 8000. Zber dát bol vykonávaný z trvale upevnených snímačov podľa schémy pre pripojenie a meranie vibrácií. Hodnoty vibrácií boli porovnávané s vopred stanovenými limitnými hodnotami vibrácií, ktoré určil výrobca zariadenia v súlade s platnými technickými normami ISO. Zariadenia ES 25 MW od modifikácie sú denne prevádzkované a využívané na prepravu zemného plynu tranzitnou sústavou eustream, a. s.

text Tomáš Stopka foto Eustream

Použitá literatúra
[1] Projektová technická dokumentácia eustream, a. s. „Výmena hydraulických častí turbokompresorov 650-21-2 na KS01 Veľké Kapušany“