Научно-обоснованные предложения по разработке и методам внедрения инновационных технологий утилизации выбросов, содержащих метан (стр. 21 )

Назначение технологии: Технология применения газотурбинных газоперекачивающих агрегатов укрупненной мощности предназначена для обеспечения максимальной энергоэффективности при транспортировке природного газа по магистральным трубопроводам, в том числе для сокращения удельного потребления природного газа на собственные технологические нужды и повышения системно – технологической надежности КС.

Описание технологии: Приоритетным направлением повышения энергоэффективности компримирования газа является укрупнение мощности ГПА до 32 -35 МВт с одновременным достижением более высоких значений КПД ГТУ по сравнению с существующими мощностями парка ГПА. Перспективным газоперекачивающим агрегатом, разработанным с учетом современных мировых тенденций в проектировании и создании газоперекачивающей техники, является ГПА - 32 Ладога.

Технология применения ГПА имеет следующие характеристики: привод ГПА газотурбинный стационарный авиационного типа; запуск газотурбинной установки осуществляется методом электрозапуска; центробежный компрессор на электромагнитных подшипниках (без системы маслоснабжения); номинальная мощность в станционных условиях – 31,2 МВт; эффективный КПД ГТУ в станционных условиях – 35,5 %; номинальный расход топлива (при нр Q =33431 кДж/м3) – 9464 м3/ч; температура продуктов сгорания на входе в турбину – 11470 0С, частота вращения ротора силовой турбины – 5714 об/мин, концентрация на выхлопе (при 15 % О2): оксидов азота NOx – 50 мг/м3 , оксида углерода СО -35 мг/м3, производительность нагнетателя (при 20 °С и 0,1013 МПа) – 62 млн. м3/ сутки; давление на выходе нагнета,45 МПа; степень сжатия нагнетателя 1,44; политропный КПД нагнетателя – 85 %, общий ресурс ГПА 100 тыс. ч; наработка на отказ – не менее 5 тыс. ч; межремонтный ресурс – не менее 25 тыс. ч; компоновка ГПА – в индивидуальном укрытии ангарного типа.

Продолжение таблицы 6.2

Технологию применения ГПА укрупненной мощности (ГПА 32 -35) целесообразно использовать при реализации планов реконструкции и нового строительства КС на основе учета характера влияния следующих действующих факторов на функционирование единой газотранспортной системы (ЕГС): -  фактическое наличие в ЕГС многониточных газотранспортных систем (ГТС), эксплуатируемых в едином гидравлическом режиме, что обеспечивает возможность взаимного резервирования компрессорных цехов за счет межцеховых перемычек; -  ГТУ и газовый компрессор интегрально аккумулируют синергетический эффект качества: в классе 25 – 40 МВт достигается максимальный КПД при соизмеримых уровнях термодинамических параметров.

Область применения: Технологические объекты добычи, транспорта и хранения природного газа

Приоритетные направления реализации технологии применения ГПА укрупненной мощности (ГПА 32 -35): применение ГПА – 32-35 для реконструкции КС многониточных систем магистральных газопроводов (как минимум двух цеховая КС); -  достижение требуемого уровня резервирования ГПА 32-35 за счет объединения технологических структур КС; -  управление мощностью, в том числе маневрирование, путем перебрасывания 30-32 МВт между соседними цехами за счет использования межцеховых перемычек DN 1000; -  комбинирование в единый мощностной поток КЦ (КС) ГПА 32-35 с агрегатами меньшей мощности.

На основе этой технологии разрабатывается газотурбинный привод ГТУ– 32П на базе авиадвигателя четвертого поколения Д – 30Ф6 мощностью 33 МВт с КПД 38,5 %. Существует реальная возможность его развития по мощности 40 МВт с КПД 40 %. Первый пилотный образец ГТУ – 32П планируется установить на действующей КС в составе ГПА – 32 «Урал».

Экономия. Период окупаемости: Технологический эффект применения газотурбинных ГПА укрупненной мощности обеспечивается за счет: -  повышения эффективности ГПА при более высоком КПД 35,5 %; -  сокращение количества и стоимости ГПА в КЦ; -  с увеличением единичной мощности удельная стоимость газоперекачивающего оборудования существенно снижается: статистически цена 1 кВт ГТУ 10 МВт на 17 % больше типоразмера 25 МВт;

Продолжение таблицы 6.2

-  экономического эффекта от внедрения современных ГПА, состоящего в экономии потребления топливного газа на собственные нужды за счет применения газотурбинных двигателей и газовых компрессоров с более высоким эффективным и политропным КПД и сокращения выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания; -  сроки окупаемости ГПА укрупненной мощности составляет 5,5 – 7 лет; -  существуют пути снижения сроков окупаемости за счет правильно выбранной в каждом конкретном случае финансовой политики при реализации проекта; -  снижение числа вспомогательных технологических элементов КС; -  уменьшение протяженности трубопроводной обвязки КС и количества запорно – регулирующей арматуры; -  сокращение числа обслуживающего персонала КС и соответствующей инфраструктуры и создание условия по реализации малолюдных технологий; -  сокращение площадей застройки; -  повышение интенсификации процесса реконструкции КС при реализации технологии применения ГПА укрупненной мощности.

Разработчик технологии: Технология разработана: Холдинг», ОАО «Авиадвигатель».

Промышленное освоение технологии: Технология в настоящее время полностью разработана. В 2014 г. следует разработать комплексную программу реконструкции ГТС трансгаз Югорск» с учетом применения ГПА единичной мощностью 32-35 МВт. В период 2015-2025 гг. осуществить реализацию этой программы. В 2015 г. планируется разработать и реализовать пилотный проект реконструкции КС с сооружением двухцеховой КС на примыкающей площадке с применением ГПА – 32 «Ладога» в существующей конфигурации; в этом проекте будут отработаны технологические задачи и проектные решения – для их последующей унификации и стандартизации.

Этапы внедрения технологии: Технологию применения газотурбинных ГПА укрупненной мощности целесообразно массово внедрять на технологических объектах нефтегазового сектора России.

Продолжение таблицы 6.2

Приоритетным объектом для реализации ГПА – 32 для реконструкции КС является газотранспортная система ЕСГ. В частности в трансгаз Югорск», включающая компрессорный парк с установленной мощностью 15,5 млн. кВт, оснащенный, преимущественно, (710 из 1151 ед.) агрегатами типа ГТК – 10 и ГПА – Ц – 16 мощностью 10 и 16 МВт поставки 1975 – 1985 гг. Дальнейшая эксплуатация этой системы будет осуществляться в следующих условиях: прогнозируется снижение потоковой загрузки системы, начиная с 2025 г.; парк агрегатов ГТК – 10 (305 ед.) практически выработал назначенный ресурс - средняя наработка составляет 130 тыс. ч; возрастают риски безопасной эксплуатации технологических коммуникаций, оборудования и систем КЦ. В перспективе применение технологии целесообразно функционально расширить, включая возможность ее более широкого применения в других видах деятельности нефтегазового сектора. С этой целью необходимо организовать выполнение соответствующих НИР и ОКР, в которых разработать основное содержание по обоснованию и расчетам этапов проектов реконструкции с применением ГПА – 32-35: -  модернизировать ГТУ MS5002E в соответствии с программой Холдинг» в целях повышения уровня локализации производства и сокращения стоимости продукции, повышения параметров (КПД и мощность);

-  создать высокоэффективные центробежные компрессоры с осевым входом с достижением КПД 90 %; -  изготовить и провести испытания первого образца газотурбинного привода ГПА – 32 «Урал»; -  разработать проект реконструкции КС на базе ГПА – 32 «Урал»; -  разработать и утвердить технические требования на поставку агрегатов ГПА – 32-35 для реконструкции; -  исследовать формы комбинации применения ГПА – 32-35 и ГПА меньшей мощности; -  разработать агрегатную систему электроснабжения ГПА от генератора собственных нужд;

Продолжение таблицы 6.2

-  определить объекты применения ГПА – 32 промышленного или авиапроизводного типа с учетом природно – климатических условий и особенностей технического обслуживания и ремонта; -  реализация инвестиционных проектов реконструкции КС «под ключ» с оптимизацией показателей их финансирования;

-  снижение потенциальной возможности для регулирования работы КЦ за счет дискретного включения/выключения ГПА; -  увеличение времени работы ГПА укрупненной мощности на режиме частичной производительности газопровода; -  необходимость обеспечения системно – технологической надежности КС при укрупнении единичной мощности ГПА.

Потенциальный технологический эффект в перспективе может составить: -  снижение потребления топливного газа ГПА на 60 – 75 %; -  исключение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух; -  сокращение стоимости жизненного цикла ГПА укрупненной мощности на 10-24 %, в зависимости от инфляции и цен на оборудование и услуги; -  развитие ГПА -32 «Ладога» позволит поэтапно увеличить КПД ГТУ до 36,5 % и далее до 38,0 %, упростить компоновку агрегата и сократить габаритные размеры.

Эксплуатационные затраты при внедрении технологии на единичном объекте: Единовременные затраты при покупке и внедрении данной технологии в единичном дочернем обществе могут составить 30 % от годовых эксплуатационных затрат на КС. Среднегодовые затраты на техническое обслуживание и ремонт ГПА – 32-35 на протяжении жизненного цикла могут составить 5-10 % от его первоначальной стоимости

Потенциальные барьеры при реализации технологии: Технология соответствует современным требованиям, предъявляемым к научно-техническому уровню в нефтегазовом комплексе и рекомендована для внедрения на объектах нефтегазового сектора.

На определенных этапах реализации технологии могут возникнуть потенциальные барьеры: -  усложнение решение проблемы резервирования ГПА в интересах обеспечения надежности транспортировки природного газа;

Таблица 6.3 – Технология запуска газовой турбины газоперекачивающего агрегата на основе применения воздушной компрессорной силовой установки