Газоперекачивающие агрегаты

Уже в 1977 г., т. е. на четвертом  году эксплуатации,, агрегаты с авиаприводом достигли уровня надежности стационарных агрегатов аналогичной мощности, находящихся в эксплуатации более 20 лет, а по ряду показателей и превзошли их.

Применение в качестве привода конвертируемых авиационных  двигателей дало возможность значительно (в 8 раз), по сравнению со стационарными газотурбинными приводами, сократить потребность в легированных металлах при производстве газотурбинных двигателей: авиационного типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предпосылки создания блочно-контейнерного газоперекачивающего  агрегата с авиаприводом

Выбор типа газоперекачивающих агрегатов имеет важное технико-экономическое  значение для обеспечения минимальной себестоимости транспортировки газа и сокращения сроков ввода компрессорных станций в эксплуатацию.

Изготавливаемые в стране газоперекачивающие агрегаты типа ГТ-6-750, ГТН-6, ГТК-Ю и  другие с приводом от стационарных газотурбинных двигателей требуют для обеспечения нормальных условий эксплуатации строительства капитальных зданий и вспомогательных сооружений с монтажом на месте сложного оборудования. Из-за больших металлоемкости и габаритов, особенностей конструкции турбин компрессорные станции сооружают с двухэтажными капитальными машинными цехами; на первом этаже монтируют системы маслоохлаждения, выхлопные трубы с теплоизоляцией и другое вспомогательное оборудование; агрегаты устанавливают на отметке 4—5 м на мощных фундаментах. При этом монтаж и ремонт всего оборудования, включая металлоемкие, тяжеловесные узлы и детали турбин и нагнетателей проводят непосредственно на компрессорных станциях, что требует применения в машинном цехе мостовых кранов большой грузоподъемности и создания мощных оснований для подкрановых путей под установку этих кранов.

Для обслуживания таких станций  необходим большой штат квалифицированного персонала и, следовательно, требуются значительные капитальные затраты на строительство жилых домов и объектов культурно бытового назначения для размещения персонала.  Необходимость строительства компрессорных станций в труднодоступных районах, удаленных от баз снабжения и транспортных магистралей, а также требования по сокращению сроков ввода в эксплуатацию новых, магистральных газопроводов поставили перед промышленностью задачу создать принципиально новый блочный газоперекачивающий агрегат. И в 1972 г. был изготовлен первый отечественный блочно-контейнерный газоперекачивающий агрегат с приводом от газотурбинного двигателя авиационного типа мощностью 6,3 тыс. кВт (ГПА-Ц-6,3). Небольшие масса (3,5 т) и габариты авиадвигателя, по сравнению с турбогруппой (46,5 т) стационарного газоперекачивающего агрегата (ГПА) и особенности его конструкции (например, подшипники качения не требуют развитой маслосистемы) обусловили возможность создания агрегата такого типа. Высокая частота вращения вала авиадвигателя позволила; разработать двухступенчатый высокопроизводительный малогабаритный нагнетатель. На компрессорной станции агрегат ГПА-Ц-6,3 устанавливают на металлическую фундаментную раму. Монтаж агрегата заключается только в подключении нагнетателя к обвязке станции и соединении между собой блоков- контейнеров.Достаточно взглянуть на фотографии компрессорных станций со стационарными агрегатами (рис. 2, 3, 4, 5) и агрегатами с авиационным приводом (рис. 6), чтобы убедиться в преимуществах последних. В результате проведения большого объема научных, исследовательских и опытно-конструкторских работ (доработка камеры сгорания, создание свободной турбины и топливорегулирующей аппаратуры и автоматики) двигатель переведен на работу на природном газе. Специфика работы авиационного двигателя в земных условиях потребовала введения новых технологических процессов (термопластическое упрочнение) и конструктивных изменений (частотная отстройка и т. д.). Такое конструкторское решение позволило сделать двигатель надежным. При проектировании двигателя был заложен принцип максимальной унификации с базовым авиадвигателем, что позволило использовать при изготовлении двигателя НК-12СТ до 70% основных узлов и деталей с двигателей, отработавших ресурс в авиации.

 

Рис.2 Компрессорная  станция  со стационарными агрегатами

                    

 

 

Рис.3 Зал нагнетателя  стационарных агрегатов

Рис.4  Вспомогательное  оборудование стационарных агрегатов

 

 

 

Рис.5 Машинный зал газовых  турбин стационарных агрегатов

 

Рис.6 Компрессорная станция  с агрегатами ГПЛ-Ц-6,3 с аваиаприводами

 

 

Схема ГПА

 

ГПА c центробежным нагнетателем широко применяются в CCCP и за рубежом на магистральных газопроводах в качестве основных агрегатов; их также используют для работы в качестве первой ступени сжатия на подземных хранилищах. Pазличают центробежные нагнетатели одноступенчатые (неполнонапорные) co степенью сжатия 1,23-1,25 и двухступенчатые (полнонапорные) -1,45-1,7. Центробежные нагнетатели характеризуются значительно большей, чем y поршневых компрессоров, производительностью (12-40 млн. м3/сут). B них отсутствуют внутренние трущиеся части, требующие смазки (за исключением подшипников), создаётся равномерный (без пульсации) поток газа. Для их установки (в связи c малым весом и габаритами, a также уравновешенностью вращающихся частей) требуются меньшие помещения и сооружаются облегчённые фундаменты. При применении ГПА c центробежными нагнетателями вследствие их большой производительности упрощается технологическая схема компрессорных станций, уменьшается кол-во запорной арматуры и др. Hедостаток неполнонапорных центробежных нагнетателей - необходимость включения в работу двух последовательно соединённых агрегатов для достижения степени сжатия газа 1,45-1,5. Это приводит к увеличенному расходу топливного газа в газотурбинной установке. Kпд агрегатов c центробежными нагнетателями до 29%, c регенератором тепла до 35%. Приводом ГПА служит газотурбинная установка или электродвигатель. B CCCP изготовляются ГПА c газотурбинным приводом мощностью 6, 10, 16 и 25 тыс. кВт.  
 
Pис. 1. Газоперекачивающий блочно-контейнерный агрегат ГПА-Ц-16 c авиаприводом: 1 - входное воздухоочистительное устройство; 2 - масляные радиаторы; 3 - авиационный привод HK-16 CT; 4 - выхлопное устройство c шумоглушителем; 5 - нагнетатель природного газа; 6 - маслобак агрегата; 7 - фундаментная металлическая рама агрегата; 8 - силовая турбина агрегата; 9 - подмоторная рама авиапривода.  
        Газотурбинные установки авиац. (рис. 1) и судового типов отличаются (от стационарных) небольшими габаритами и массой, что позволяет осуществлять их окончат. сборку на заводах-изготовителях и поставлять на компрессорные станции в готовом виде. ГПА c приводом от установок авиац. типа выполняются в блочно-контейнерном варианте (рис. 2). Поставляются на компрессорные станции co встроенными в них системами пожаротушения и взрывобезопасности. B качестве электропривода в ГПА используют асинхронные двигатели мощностью 4500 кВт и синхронные от 4000 до 12500 кВт. Hаибольшая эффективность применения ГПА c электроприводом достигается при расположении компрессорных станций не далее 300 км от линии электропередач.  
 
Pис. 2. Блок турбоагрегата: 1 - авиапривод HK-12 CT; 2 - контейнер блока турбоагрегата; 3 - пусковой масляный насос и бак системы уплотнения; 4 - пусковой масляный насос и бак системы смазки; 5 - блок фильтров; 6 - нагнетатель; 7 - вал торсионный; 8 - улитка выхлопного устройства; 9-выхлопное устройство.  
        Для ГПА всех типов созданы системы автоматики, обеспечивающие пуск и работу агрегата в автоматическом режиме, защиту при возникновении аварийных режимов, сигнализацию o неисправностях и действии защит, контроль объёмной производительности нагнетателя, автоматическо поддержание заданных температуры и давления масла при аварийной остановке агрегата и др.

     Кроме того, при использовании газотурбинного привода необходима очистка от механических примесей и конденсата, газа, сжигаемого в основных газовых турбинах ГПА (топливного газа), пусковых турбинах ГПА (пускового газа) и направляемого в приборы системы контроля и автоматики (импульсного газа). На этих фундаментах работают, например, газоперекачивающие агрегаты с газовыми турбинами с частотой вращения ротора 3000 об/мин, а смещение ротора на сотые доли миллиметра вызывает его усиленное биение и остановку на ремонт. К таким агрегатам относятся газоперекачивающие агрегаты с приводом от стационарных газовых турбин ГТК-10, ГТ-6-750, ГТ-750-6. Более сложная конструкция свайного фундамента для газоперекачивающих агрегатов с приводом от стационарных газовых турбин ГТК-Ю и других, устанавливаемых на плюсовых высотных отметках до +4,5 м. Газоперекачивающие агрегаты компрессорных станций размещают в зданиях двух видов: в общих (газоперекачивающие агрегаты с электроприводом и приводом от газовых турбин ГТК-10, ГТ-6-750 и ГТ-750-6); в индивидуальных для каждого агрегата (газоперекачивающие агрегаты с приводом от газовых турбин ГТН-25, ГТН-16, ГТН-6, ГПУ-10 и ГТН-25И). По типу привода перекачивающих агрегатов компрессорные и насосные станции подразделяют на: компрессорные станции, оснащенные перекачивающими агрегатами с приводом от газовых турбин. Для привода центробежных нагнетателей при транспортировке газа используют следующие виды газовых турбин: стационарные, мощностью 6, 10, 16, 25 тыс. Причем этот прирост осуществляется за счет более широкого применения в качестве привода центробежных нагнетателей авиационных и судовых газовых турбин, а также мощных стационарных газовых турбин ГТН-16 и ГТН-25.В том числе: от стационарных газовых турбин 47,2 44,6 41,5 от авиационных газовых турбин 19,3 24,4 25 от судовых газовых турбин 11,8 10 16,2

Привод от стационарных газовых  турбин ГТК-Ю, ГТ-7-750 и ГТ-750-6 Привод от стационарных газовых турбин ГТН-25, ГТН-16 и ГТН-6

Тип	Мощность, кВт  (ISO 2314)	КПД, %	Расход воздуха,   кг/с	Температура газа на выходе, 0С	Частота оборотов выходного вала, мин-1
ГТД2500	2850	28.5	14.9	435	1000/1500/1800/3000
ГТД3200	3400	31.5	14.9	460	1000/1500/1800/3000
ГТД3000	3360	31.0	16.6	420	9700
ГТД6000	6700	32.0	30.0	420	3000/7000/8200/9300
ГТД10000	10700	36.0	37.2	460	4800/6500
ГТД15000	17500	35.0	71.3	433	3000/3600/5300
ГТД25000	27500	36.0	87.0	475	3000-3600

 

 

Газоперекачивающие агрегаты УРАЛ

 

Газоперекачивающие  агрегаты (ГПА) серии «Урал» предназначены  для реконструкции действующих  и оснащения вновь строящихся цехов компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов, дожимных компрессорных станций (ДКС), подземных  хранилищ газа (ПХГ). Агрегаты поставляются Заказчику с использованием функционально  законченных блоков высокой заводской  готовности.  Габариты и вес блоков позволяют транспортировку ГПА любыми видами наземного и водного транспорта и монтаж на месте эксплуатации с помощью передвижных грузоподъемных механизмов, универсального инструмента.  
ГПА в  зависимости от мощности и по желанию заказчика могут быть оснащены газотурбинными установками (ГТУ) на базе авиационных или судовых двигателей отечественного и импортного производства. 
Типы и изготовители применяемых компрессоров определяются назначением агрегата и требуемыми характеристиками.   
Агрегаты серии  «Урал» по требованию заказчика комплектуются  компрессорами с: 
- «масляными» уплотнениями и «масляными» подшипниками; 
- «сухими» уплотнениями и «маслянными» подшипниками; 
- «сухими» уплотнениями и магнитным подвесом ротора. 
В настоящее время применяются сухие газодинамические уплотнения фирм «Джон Крейн-Искра» (Россия, Пермь), John Crane (Великобритания), «John Crane Japan» (Япония), НПФ «Грейс-Инжиниринг» (Украина), ПТП «Самарагазэнергоремонт» (Россия, Самара), «Burgman» (Германия), электромагнитные подшипники производства НПП «ВНИИЭМ» (Россия, г. Москва), «S2M» (Франция), «Waukesha» (США). 
     Функции контроля, выдачи и исполнения команд осуществляются применяемыми системами управления МСКУ-4510, МСКУ-5000-01 разработки и изготовления ОАО «Система-Сервис» (Россия, г. С-Петербург), «Algostar» совместного российско-американского предприятия ЗАО «Система-Газ» (Россия, г. С-Петербург), «Metso Automation» (Финляндия), низковольтными комплектными устройствами российского производства, изготовленными на импортной элементной базе фирм «Siemens»,«General Electric»(США).   

 

 

 

Технические характеристики ГПА серии  «Урал»

 

 

	ГПА-4	ГПА-6	ГПА-10	ГПА-12	ГПА-16	ГПА-18	ГПА-25
Номинальная мощность, МВт	4	6	10	12	16	18	25
Коммерческая  производительность, млн.н.м.3/сут	1.8-2.5	5.9-8.3	24.5-12.5	28-18	38-24	35	44.5-57
Давление  на выходе компрессора, МПа	2.2-3	7.35	5.49;7.45	5.49;7.45	5.49;7.45;9,9;11,9	5.49;7.45	7.45;9,9;11,9
Степень сжатия	2.2-3	1.028-3.9	1.35-1.7	1.35-1.7	1.35-1.7	1.44	1.37-1.5
Политропный к.п.д. компрессора	0.80	0.80	0.85	0.85	0.85	0.85	0.85
Частота вращения силовой турбины, об/мин	7000	7000	9000	6500	5300	5300	5000
Эффективный к.п.д. ГТУ (в станционных условиях)	24	26.2	36	34.6	38	37	40
Удельный  расход топливного газа ГТУ, кг/кВтч	0.303	0.274	0.212	0.208	0.192	0.244	0.177
Давление  топливного газа (max), МПа	1.5	1.8	3	3.25	3.2	2.5	4.5
Мощность  потребления электростартером, кВт	160	160	160	220	220	220	220
Тип масла  двигателя	МС-8П	МС-8П	МС-8П	МС-8П	МС-8П	МС-8П	"Петрим"
Тип масла  компрессора	ТП-22С	ТП-22С	ТП-22С	ТП-22С	ТП-22С	ТП-22С	ТП-22С
Температурный диапазон эксплуатации, о С	- 60….+ 45	- 60….+ 45	- 60..+ 45	- 60…..+ 45	- 60…..+ 45	- 60…..+ 45	- 60…..+ 45
Теплопроизводительность утилизационных теплообменников, МВт	3….15	3….15	3….15	3….15	3….15	3….15	3….15
Общий ресурс, тыс. час	100	100	100	100	100	100	100
Межремонтный  ресурс, тыс. час	25	25	25	25	25	25	25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Газоперекачивающий агрегат ГПА-16Р  «Уфа» с приводом АЛ-31СТ

 

 

Основные характеристики (при стандартных условиях ISO)

Номинальная мощность, МВт................................................16

Коэффициент полезного    действия, %, ............……….….36

Изменение частоты вращения, %……….………………  70…105

Коммерческая  производительность, млн. нм3/час……….1,38

 

ОАО "Уфимское моторостроительное производственное объединение" - один из лидеров мирового авиационного двигателестроения. Сегодня многие авиационные фирмы  приступают к производству так называемых изделий двойного назначения. УМПО также сделало решительный шаг  по применению авиационных двигателей в наземной технике, а именно - в  газоперекачивающих и энергетических установках.

Стационарный газотурбинный  привод АЛ-31CT разработан НТЦ им. А. Люльки (НПО "Сатурн") по техническому заданию  ОАО "Газпром" на базе авиационного газотурбинного двигателя АЛ-31Ф, устанавливаемого на самолете СУ-27 и его модификациях. 
В рамках Генерального соглашения между Правительством Республики Башкортостан и ОАО "Газпром" от 15.07.97 г. ОАО "УМПО" подключилось к реализации программы модернизации действующего парка газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях (КС).

Предусмотрено несколько направлений  участия ОАО "УМПО" в программе  обновления парка газоперекачивающих агрегатов, установленных на КС магистральных  газопроводов и на станциях подземного хранения газа (СПХГ), с использованием газотурбинного двигателя АЛ-31СТ, который  может компоноваться в следующих  газоперекачивающих агрегатах мощностью 16 МВт:

ГПА-Ц-16 для замены двигателя  НК-16СТ (КС "Карпинская"). Двигатель  АЛ-31СТ в 1996 г. прошел приемочные испытания и был рекомендован для серийного производства. Общая наработка составляет более 28 тыс. ч.

ГПА-Ц-16Л производства СМНПО  им. Фрунзе (Сумы, Украина). Приемочные испытания пройдены в августе 1998 г.

ГПА-16АЛ "Урал", производства НПО "Искра" (Пермь). Разработан проект и техническая документация. Объект применения - КС "Юбилейная" ООО "Севергазпром". Первый опыт совместного производства агрегата реализован на КС "Москово" в этом году. Агрегат ГПА-16Р "Урал" с нашим двигателем испытан заказчиком и находится в промышленной эксплуатации.