Как подбирают газодувку и компрессор в схеме подачи биогаза

Биогаз выходит из реактора почти при атмосферном давлении — избыточное давление в куполе составляет единицы миллибар. Любому потребителю этого мало: когенерационной установке нужны десятки миллибар на входе, факелу — стабильный напор, установке подготовки биометана — несколько бар, а заправочному посту — сотни бар. Машина, которая создаёт этот напор, определяет, будет ли подача газа равномерной и не остановится ли станция из-за одного узла.

Ниже разобрано, по каким данным подбирается газодувка или компрессор на биогазовой станции, чем различаются типы машин по участкам схемы, что ставится до и после них и какие требования предъявляет сам газ. Направление — газоочистка и биогазовые установки.

Исходные данные для подбора

Расчёт начинается не с модели машины, а с режима работы станции. Выход биогаза в течение суток неравномерен, и машина подбирается не по среднему значению, а по требуемому расходу в режиме максимальной подачи, с запасом на регулирование.

• Расход газа. Берётся из расчёта выхода биогаза по сырью, приводится к нормальным условиям и пересчитывается на фактическую температуру и давление на входе в машину.
• Требуемое давление на выходе. Задаётся потребителем: газовым двигателем, котлом, факельной установкой, узлом сероочистки или блоком подготовки биометана.
• Потери в тракте. Фильтры, осушитель, сероочистка, запорная арматура и длина газопровода добавляют сопротивление, которое закладывается в напор машины.
• Состав газа. Содержание метана, диоксида углерода, сероводорода и аммиака, влажность и наличие силоксанов. От этого зависят материалы и подготовка газа перед машиной.
• Температура на входе. Газ выходит из реактора тёплым и насыщенным влагой. Сжатие его дополнительно нагревает, и в схему добавляется охлаждение.
• Режим работы. Непрерывная подача, работа по давлению в газгольдере или периодические пуски — от этого зависит выбор регулирования и ресурс машины.

Типы машин по участкам схемы

• Центробежные газодувки. Создают напор до нескольких десятков миллибар при больших расходах. Ставятся на подачу газа к котлу или на преодоление сопротивления скрубберной колонны.
• Роторные нагнетатели с двумя или тремя лопастями. Объёмные машины, дают давление в пределах нескольких сотен миллибар и держат расход при изменении сопротивления тракта. Основной вариант для подачи газа в когенерацию через узел подготовки.
• Винтовые компрессоры сухого сжатия. Диапазон от десятых долей до нескольких бар. Применяются перед узлами мембранной или аминовой очистки, где требуется устойчивое повышенное давление.
• Жидкостно-кольцевые машины. Сжимают влажный и загрязнённый газ, одновременно промывая поток. Берутся там, где подготовка газа минимальна, а требования к чистоте перед машиной снизить проще, чем поднять.
• Поршневые и мембранные компрессоры высокого давления. Нужны, когда биометан закачивается в баллоны, в передвижные газовозы или на заправочный пост. Это отдельная ступень после доведения газа до товарного качества.

Сопоставление по задачам подачи

Что ставится до и после машины

Ресурс газодувки на биогазе определяется не столько самой машиной, сколько обвязкой. Влага, механические частицы и сероводород выводят из строя подшипники, уплотнения и теплообменники быстрее, чем выработается расчётный ресурс.

• Каплеотделитель и конденсатосборник перед машиной с отводом конденсата через гидрозатвор.
• Фильтр механической очистки с указанием допустимых потерь давления и контролем загрязнения.
• Обратный клапан и запорная арматура, позволяющие вывести машину в ремонт без остановки станции.
• Предохранительный клапан и защита купола реактора от разрежения при чрезмерном отборе газа.
• Охладитель после ступени сжатия, если газ идёт на осушку или в блок подготовки биометана.
• Шумоглушители на входе и выходе, виброопоры и гибкие вставки — роторные машины создают пульсацию потока.
• Приборы контроля давления и расхода, по показаниям которых работает регулирование.

Материалы и защита от сероводорода

Сероводород во влажном газе образует кислую среду, поэтому в контакте с потоком не применяются медь и её сплавы. Проточная часть, крепёж и внутренние поверхности выполняются из коррозионно-стойкой стали или с защитным покрытием, уплотнения подбираются по стойкости к сероводороду и к углеводородам. Если сероочистка расположена после машины, требования к материалам выше, чем если газ приходит на машину уже очищенным — это один из поводов пересмотреть порядок узлов в схеме.

Регулирование и взрывозащита

• Частотный привод. Основной способ согласовать подачу с выходом газа и давлением в газгольдере без постоянных пусков и остановок.
• Байпас с регулирующим клапаном. Применяется там, где нужна быстрая реакция, но допустим возврат части потока.
• Управление по уровню газгольдера. Машина поддерживает давление в заданном диапазоне, при выходе за верхнюю границу подключается факельная установка.
• Ограничение числа пусков. Для объёмных машин оно задаётся изготовителем, и схема управления строится так, чтобы его не превышать.
• Исполнение по взрывозащите. Машина, арматура и приборы, находящиеся во взрывоопасной зоне, подбираются в соответствующем исполнении, шкафы управления выносятся за её пределы, помещение газодувной обеспечивается вентиляцией и контролем загазованности.

Частые вопросы

Нужна ли резервная машина? Если остановка подачи означает остановку когенерации или сброс газа на факел, резерв закладывается. Обычно это вторая машина того же типоразмера с автоматическим или ручным переключением.

Можно ли применить воздушную газодувку общего назначения? Только если изготовитель подтверждает работу на биогазе: отличаются материалы проточной части, уплотнения и требования по герметичности корпуса. Машина для воздуха на влажном газе с сероводородом работает недолго.

Что происходит при чрезмерном отборе газа из реактора? В куполе возникает разрежение, опасное для мембраны и для самой биологии процесса. Поэтому в схеме предусматриваются защита по давлению и ограничение производительности машины.

Где ставить сероочистку — до или после машины? Чем раньше газ очищен, тем ниже требования к материалам всего оборудования далее по тракту. Решение принимается по типу схемы очистки: часть решений работает при повышенном давлении и ставится после компрессора.

Что прислать для расчёта? Расчётный и максимальный выход биогаза, состав газа с содержанием сероводорода и влажностью, температуру газа на входе, требуемое давление и расход потребителя, схему газопровода с длинами и перечнем арматуры, наличие сероочистки и её положение в схеме, данные по площадке и классу взрывоопасной зоны.

Что мы делаем

Считаем требуемый напор по тракту с учётом сопротивления узлов очистки, подбираем газодувку или компрессор под расход и состав газа, комплектуем обвязку с фильтрами, конденсатоотводом, арматурой и приборами контроля, согласуем исполнение по взрывозащите, поставляем узел подачи отдельно или в составе станции и обеспечиваем запас расходных материалов на первый год работы. Направления — газоочистка и биогаз и переработка и утилизация отходов.

Пришлите состав газа и требования потребителя на sale@tkasiatorg.ru — подберём машину под ваш режим подачи и назовём сроки поставки.