Разработка ГПА нового поколения.

Рис. 3.11. Газотурбинная установка ГПА-Ц-6,3 НК-12СТ

Рис. 3.10. Газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-6,3

 

ГПА-Ц-6,3 представляет собой блочную установку, состоящую из авиационного двигателя, центробежного нагнетателя природного газа и вспомогательных систем и оборудования. Все основные элементы ГПА представляют собой блочные модули, стыкуемые между собой на месте монтажа. Опыт эксплуатации агрегата подтвердил целесообразность использования авиационных двигателей в качестве привода центробежных нагнетателей газа и необходимость совершенствования конструкции агрегата, его основных и вспомогательных систем, компоновочных решений КС, а также комплектно-блочного метода строительства компрессорных станций с подобными агрегатами.

Выпуск блочно-комплектного агрегата ГПА-Ц-6,3 явился толчком для принятия новых технических решений при проектировании КС, привёл к унификации генерального плана для всех проектируемых КС с этими агрегатами. Пылеуловители, АВО газа, установки по подготовке топливного и пускового газа и технологические узлы станций разработаны в блочном исполнении. Из сборных конструкций выполняется блок вспомогательных служб в составе: узла связи, мастерской, котельной, бытовых помещений.

На рис. 3.11. представлена газотурбинная установка.

 

 

Капитальные затраты на строительство КС, оборудованной ГПА-Ц-6,3 на 35% ниже, а срок строительства почти в 2 раза меньше по сравнению с КС, оборудованной стационарными газотурбинами такой же мощности.

Применение авиационных двигателе в качестве привода ГПА в блочном исполнении получило распространение благодаря ряду преимуществ перед стационарными:

- большой мощностью при малой массе;

- быстрому монтажу и демонтажу;

- быстрому запуску и выходу на режим;

- дистанционной системе управления и регулирования режима двигателя;

- возможностью создания передвижных газоперекачивающих агрегатов;

- высоким техническим показателям и т.д.

Имеется опыт использования авиационных двигателей и в нефтяной промышленности, например по эксплуатации турбонасосной установки ПГБУ-2ЖР с авиационным двигателем с системе магистрального нефтепровода Омск-Туймазы 2.

 

 

Газотурбинный парк ГПА включает в себя более 20 типов агрегатов (около 3000шт.) единичной мощностью от2,5 до 25 МВт, с номинальным к.п.д. от 23 до 34%. Большая часть этого парка морально и физически устарела и требует замены, т.к. у 46% агрегатов наработка составляет 50-100тыс.ч.

Огромный парк стационарных ГПА типа ГТК-10-4 и ГТН-16 не может быть обновлён:

- из-за отсутствия необходимых огромных финансовых ресурсов для закупки материальной части;

- период реформ экономики России привёл к падению производственного и кадрового потенциала;

- предлагаемые ГПА нового поколения должны пройти опытно-промышленную эксплуатацию, чтобы подтвердить технико-экономические показатели в условиях длительной наработки и определить затраты на внедрение и нужды ремонтно-технического обслуживания.

Оценивая состояние агрегатов ГТК-10-4 и ГТН-16, эксплуатирующихся в настоящее время, можно дать заключение, что данные агрегаты ещё не использовали весь свой потенциал, а модернизация отдельных узлов позволит поднять технический уровень и конкурентоспособность этих агрегатов при значительно меньших затратах и обеспечит целенаправленное обновление парка ГПА.

Основными техническими направлениями модернизации ГТК-10-4 с целью улучшения паспортных значений мощности и к.п.д. являются:

- замена регенератора пластинчатого типа на более надёжный, например, трубчатым;

- уменьшение радиальных зазоров турбомашин;

- внедрение комбинированных двухканальных горелок с предварительным смешением топливовоздушной смеси для снижения концентрации NO_x и CO.

Комплексное внедрение мероприятий по модернизации ГТК-10-4 позволит увеличить мощность агрегата и довести к.п.д. ГТУ до 30,5%.

Одним из возможных путей повышения к.п.д. ГТУ ГТН-16 является перевод её на регенеративный цикл, что даёт при регенерации 0,85 увеличение к.п.д. цикла до 35%. Однако такая модернизация потребует значительных изменений конструкции ГТУ. В первую очередь это касается корпуса турбины, его прочности и жёсткости в зонах присоединения патрубков отвода и подвода циклового воздуха в регенератор и после него к камере сгорания. Сложной задачей является также компоновка такой ГТУ при бесподвальном размещении в укрытии. Требует перепроектирования и турбины высокого давления (ТВД) и турбины низкого давления (ТНД). Для камеры сгорания необходима разработка новых горелочных устройств и корректировка системы автоматического регулирования (САР). Данные изменения для перевода установки на регенеративный цикл по финансовым затратам сопоставим с разработкой или заменой на ГТУ нового поколения. К таким агрегатам можно отнести ГПА разработанные в последние годы на базе конверсионного потенциала: ГПА-16 «Уфа» (УМПО), ГПА-12 «Урал» с приводом ПС-90А; ГПА-16 «Урал» (НПО «Искра») и др. [2].

Для обеспечения надёжности серийной продукции производится их поэтапное внедрение. После стендовых испытаний одного-двух (или более) первых образцов привода их устанавливают для приёмочных испытаний и накопления упреждающей наработки в эксплуатируемый агрегат на опытно-промышленной КС. Одновременно изготавливается и испытывается головной образец комплектного ГПА. По результатам приёмочных испытаний принимается решение о производстве опытной (установочной) партии из трёх-пяти агрегатов. Решение о серийном производстве принимается на основании всего комплекса испытаний и опытно-промышленной эксплуатации.

Подобный подход к разработанным ГПА нового поколения имеет ряд преимуществ:

-приспособленность конструкции к модернизации в зависимости от типоразмеров нагнетателей с минимальными затратами в разных вариантах (замена привода, установка на существующие фундаменты в эксплуатируемых цехах или индивидуальных зданиях, замена блочно-контейнерного ГПА на существующей площадке и др.);

- полную заводскую готовность в блочном исполнении;

- повышенный к.п.д. ГТУ до 37%;

- унификация приводов и газовых компрессоров, обеспечивающая их использование в различных комбинациях, а также унификацию с агрегатами для электростанций;

- укомплектованность котлом-утилизатором для теплоснабжения;

- высокую надёжность (20-25тыс.ч – средний ремонт, 40-50тыс.ч – капитальный ремонт);

- экономичность;

- малая металлоёмкость;

- улучшение условий труда обслуживающего персонала;

- автоматизация производственных процессов;

- улучшенные экологические характеристики, т.е снижение выбросов вредных веществ.

Опыт эксплуатации КС не даёт однозначного ответа о сравнительных преимуществах авиационного или стационарного промышленного типа ГТУ. Авиационные приводы, имея более высокую топливную экономичность, требуют для ремонтно-технического обслуживания в 2-2,5 раза больше затрат. При этом базовым типом газового компрессора остаётся центробежная компрессорная машина.

Основные успехи последних лет по улучшению существующих конструкций связаны с созданием ряда унифицированных конструкций с различным количеством рабочих колёс; разработка и реализация целого ряда проектов модернизации эксплуатируемых нагнетателей, в том числе и с увеличением мощности; создание «сухих» безмаслянных уплотнений; массовое внедрение высокоэффективных систем противопомпажного регулирования; увеличение ресурса и межсервисного обслуживания ГТУ.

В настоящее время активно ведутся работы по замене устаревших газоперекачивающих агрегатов ГТК-10-4, ГТН-25 на агрегаты нового поколения ГПА-12(16)Р «Урал», ГПА-25Р «Урал», ГПА-16Р «Уфа» с авиационными двигателями пермского и уфимского производства.

Рис. 3.12. Схема газоперекачивающего агрегата ГПА-16Р «Уфа»

 

1 – КВОУ; 2 – тракт всасывания от КВОУ до приёмной камеры; 3 – приёмная камера; 4 – входное устройство; 5 – двигатель АЛ-31СТ; 6 – газоотвод (улитка отвода выхлопных газов); 7 – защитный кожух; 8 – тракт выхлопной; 9 – теплоутилизатор; 10 – труба выхлопная; 11 – муфта; 12 – нагнетатель со сменной проточной частью; 13 – система подачи уплотнительного воздуха в стыковую часть нагнетателя; 14 – АВОМ двигателя; 15 – АВОМ нагнетателя; 16 – система охлаждения двигателя; 17 – блок-бокс САУ ГПА; 18 – система смазки нагнетателя; 19 – система смазки двигателя; 20 – переходная рама на опорные конструкции; 21 – система промывки газовоздушного тракта; 22 – система допфильтрации топливного газа.

Рис. 3.13. Газотурбинный привод АЛ-31СТН производства ОАО «УМПО»

Внедрение двигателей нового поколения позволило снизить потребление топливного газа почти вдвое, что способствовало улучшению экологической обстановки, т.е. снижению выбросов вредных веществ в атмосферу (NO_x – 110мг/м³, CO – 50мг/м³), что соответствует лучшим мировым достижениям в области транспорта газа.

Установленная на новых ГПА система автоматики позволяет осуществлять управляющие, регулирующие и информационные функции: автоматическая проверка готовности к пуску, автоматический запуск ГПА с загрузкой или без загрузки агрегата в трассу, автоматическая стабилизация заданного режима работы ГПА при срабатывании защиты, антипомпажное регулирование и антипомпажная защита нагнетателя, дистанционное управление отдельными механизмами ГПА, экстренная остановка по команде оператора, поэтапный пуск, автоматическое и дистанционное управление системой пожарозащиты. Предусмотрена сигнализация о неисправности линии связи, утечке газа, пропадании напряжения, вскрытии автоматики.

Использование ГПА разных производителей с приводами разных типов позволяет максимально унифицировать и обеспечить взаимозаменяемость, повысить технологичность ремонтов и дальнейшее снижение издержек, в том числе на модернизацию.

Двигатель АЛ-31СТ (УМПО) отличается от ПС-90ГП (ОАО «Авиадвигатель») не только конструктивно: пермский (ПС-90ГП) – двухвальный, а уфимский (АЛ-31СТ) имеет более сложную трёхвальную системы роторов. АЛ-31СТ мощнее и экономичнее ПС-90ГП, но проигрывает пока по экологичности (выбросы NO_x), шуму и тепловыделениям.

Наряду с реконструкцией цехов ГПА производится реконструкция межцеховых коммуникаций, насосной масел, аварийной дизельной электростанции, компрессорной сжатого воздуха, установки подготовки газа, склада ГСМ и других систем.

.