Методы повышения энергоэффективности компрессорных станций при реконструкции магистральных газопроводов (стр. 1 )

На правах рукописи
ЗЮЗЬКОВ ВИКТОР ВИКТОРОВИЧ
Методы ПОВЫШЕНИя энергоэффективности компрессорных станций при реконструкции магистральных газопроводов
Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и газовой промышленности.
АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва – 2011
Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ».
Научный руководитель	доктор технических наук
Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор кандидат технических наук
Ведущая организация:	«Российский государственный университет нефти и газа имени »
Защита состоится «___» декабря 2011 г. в 1330 на заседании диссертационного совета Д 511.001.02, созданного при ВНИИГАЗ» по адресу:  147717, Московская обл., пос. Развилка, ВНИИГАЗ».
С содержанием диссертацией можно ознакомиться в библиотеке  ВНИИГАЗ».
Автореферат разослан «___» ноября 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Энерговооруженность газовой промышленности определяется потребностями технологических процессов добычи, транспортировки, хранения, переработки и распределения природного газа. При этом основная часть расхода энергоресурсов (топлива и электроэнергии) приходится на магистральный транспорт газа.

Для повышения энергоэффективности  компрессорных станций (КС) в проектах новых отечественных магистральных газопроводов (МГ) применены следующие технико-технологические решения: повышение рабочего давления газа, снижение гидравлического сопротивления линейной части (за счет применения труб с внутренним покрытием), применение газоперекачивающих агрегатов (ГПА) повышенной эффективности (эффективный КПД 32-39 %) и др.

Одновременно с проектами нового строительства для поддержания надежности и повышения энергоэффективности эксплуатируемых МГ реализуются программы реконструкции, использующие технические решения, которые в настоящее время не полностью реализуют технико-технологический потенциал по повышению энергоэффективности КС.

Как показывает практика, в условиях увеличения объемов добычи и транспорта газа при нарастающих темпах морального и физического старения эксплуатируемого компрессорного парка, программы реконструкции необходимо дополнить новыми методами повышения энергоэффективности КС, обоснование которых должно проводиться с учетом переменных режимов работы МГ.

Поэтому разработка и обоснование новых методов повышения энергоэффективности КС при реконструкции эксплуатируемых МГ с учетом режимно-технологических показателей транспорта газа является актуальной задачей исследования.

Целью диссертационной работы является разработка и обоснование новых методов повышения энергоэффективности КС при реконструкции МГ на основе совершенствования схем компрессорных цехов (КЦ) при выборе типов газотурбинных ГПА и мероприятий по реконструкции линейной части, обеспечивающих снижение потребности в газоперекачивающем оборудовании и затрат топливного газа. 

Задачи исследования

1. Провести анализ влияния производительности газопровода на потребляемую мощность КС с учетом переменных режимов работы МГ.

2. Определить снижение потребляемой мощности и расхода топлива КС при реконструкции линейной части МГ с применением труб с внутренним покрытием. 

3. Провести анализ режимов работы ГТС трансгаз Югорск» для обоснования возможности использования метода реконструкции КС многониточных систем МГ, работающих в едином гидравлическом режиме, с применением ГПА увеличенной единичной мощности (32 МВт).

4. Выполнить расчетно-экспериментальную оценку изменения показателя удельной энергоэффективности и технико-экономическую оценку стоимости жизненного цикла (СЖЦ) для обоснования наиболее целесообразного метода реконструкции КС многониточных систем МГ. 

5. Выполнить теоретическое обоснование применения методов повышения энергоэффективности газотурбинного привода на КС: определить эксплуатационные характеристики ГТУ сложных термодинамических циклов; проанализировать особенности использования парогазового теплоутилизационного контура (ТУК), работающего совместно с ГПА на переменных режимах и генератора собственных нужд (ГСН) для индивидуального электроснабжения модульного ГПА.

Научная новизна работы

Уточнена взаимосвязь между производительностью газопровода и потребляемой мощностью КС, позволяющая определить изменение энергоемкости станции при переменных режимах работы МГ.

Обоснован энергосберегающий эффект от применения труб с внутренним покрытием при реконструкции линейной части эксплуатируемых МГ.

Впервые обосновано применение метода реконструкции КС многониточных систем МГ, работающих в едином гидравлическом режиме, с применением ГПА мощностью 32 МВт; создана математическая модель, позволяющая рассматривать варианты реконструкции КС с применением ГПА различных технологических схем.

Для определения изменения выходных параметров в процессе работы проведен анализ эксплуатационных свойств ГТУ сложных термодинамических циклов, подтверждающий преимущества их применения по сравнению с ГТУ простого цикла. 

Разработана методика определения выходных параметров парогазового теплового утилизационного контура для расчета располагаемой мощности паротурбинной установки (ПТУ), располагаемой мощности и эффективного КПД парогазовой установки (ПГУ) при переменных режимах работы с ГПА.

Защищаемые положения:

1. Обоснование уточненной взаимосвязи между производительностью газопровода и потребляемой мощностью КС.

2. Обоснование энергосберегающего эффекта при ремонте линейной части участка газопровода с использованием труб с внутренним покрытием.

3. Метод реконструкции КС многониточных систем МГ, работающих в едином гидравлическом режиме, с применением ГПА увеличенной единичной мощности. Результаты расчетно-экспериментальной оценки показателя удельной энергоэффективности и технико-экономической оценки методов реконструкции КС с применением ГПА различных технологических схем.

4. Результаты анализа эксплуатационных свойств ГТУ сложных термодинамических циклов, позволяющие определить изменение располагаемой мощности и эффективного КПД при изменении эксплуатационных условий. Методика определения выходных параметров парогазового ТУК для расчета располагаемой мощности ПТУ, располагаемой мощности и эффективного КПД ПГУ при переменных режимах работы ГПА.

5. Обоснование номинальной мощности ГСН и энергосберегающего эффекта при его применении.

Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при разработке программ реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта газа, энергосбережения и повышения энергоэффективности ГТС  . Разработанные методики и результаты анализа работы ГТС и эксплуатационных характеристик ГТУ сложных термодинамических циклов могут быть использованы производственными и проектными организациями.

На основе полученных результатов разработаны рекомендации по повышению энергоэффективности КС МГ, вошедшие в отчет о НИР «Анализ применения современных технологий и технических решений при реконструкции и новом строительстве компрессорных станций», в отчет о НИР «Разработка концепции и основных технико-технологических решений применения агрегатов мощностью  32-35 МВт для реконструкции КС эксплуатируемых систем газопроводов» и в «Концепцию применения ГПА мощностью 32-35 МВт для реконструкции КС», утвержденные  . Результаты работы использованы при разработке  Р Газпром 2-3.5-438-2010 «Расчет теплотехнических, газодинамических и экологических параметров газоперекачивающих агрегатов на переменных режимах», а также  при разработке «Концепции реконструкции компрессорных станций трансгаз Югорск» с применением ГПА «Ладога - 32 РП».

Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на III Международной конференции «Газотранспортные системы: Настоящее и будущее», II Научно-практической молодежной конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» ( ВНИИГАЗ»,  2009-2011 гг.), на Международном симпозиуме «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования» (2010-2011 гг.), на LV и LVII Научно-технической сессии по проблемам газовых турбин (при Комиссии Российской Академии Наук по газовым турбинам, 2010-2011 гг.), на  всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Новые решения и технологии в газотурбостроении» (ЦИАМ, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, из них 3 в журналах, входящих в «Перечень…» ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 78 наименований. Работа изложена на 133 страницах, включая 49 рисунков и 27 таблиц.