Газоперекачивающее оборудование характеризуется большой технической сложностью, капиталоемкостью и технологической значимостью для системы транспортировки газа и дожимного комплекса газовых промыслов.
В ОАО «Газпром» эксплуатируется более 4100 ГПА суммарной мощностью 47,1 млн кВт. Общая стоимость газоперекачивающего оборудования составляет 10-15% стоимости всей газотранспортной системы (ГТС). Приводные двигатели ГПА потребляют около 8% объема транспортируемого газа, при этом в год в атмосферу выбрасывается 140 тыс. тонн оксидов азота, 270 тыс. тонн оксида углерода, 84,8 млн тонн диоксида углерода.
По действующим Комплексной программе реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта газа, дожимных и компрессорных станций и Комплексной программе синхронизации ввода мощностей в добыче и транспорте газа общая потребность ОАО «Газпром» в газокомпрессорном оборудовании до 2020 года оценивается в 100-125 ГПА суммарной мощностью 2000 МВт в год.
Эти цифры определяют важность и масштаб проблемы совершенствования и развития одного из важнейших технологических секторов основного производства ОАО «Газпром». Ее решение складывается из решения широкого круга задач и связано с анализом и учетом разнообразных аспектов технического, экономического, организационного, социального и политического характера.
В частности, должен быть сформирован не только технический облик оборудования, соответствующего перспективным потребностям ОАО «Газпром», но и определены подходы к формированию парка ГПА при реализации новых проектов и реконструкции действующих объектов ГТС, сформулированы принципы взаимоотношений ОАО «Газпром» с поставщиками оборудования, прежде всего отечественными, разработаны направления и формы участия в исследованиях и разработках, направленных на совершенствование газоперекачивающей техники.
Для организации комплексного и системного решения указанных вопросов в соответствии с постановлением Правления ОАО «Газпром» от 15 апреля 2008 года № 25 разработана Научно-техническая политика ОАО «Газпром» в области газоперекачивающей техники, определяющая направления, приоритеты, цели, задачи и формы деятельности по обеспечению потребностей в современном и высокоэффективном газоперекачивающем оборудовании до 2020 года.
Структура парка ГПА
Основная часть газоперекачивающего оборудования (около 90% мощностей) сосредоточена на линейных КС магистральных газопроводов, 9,2% — на промысловых дожимных КС и 1,6% — на КС станций подземного хранения газа.
В структуре парка ГПА основным является газотурбинный привод — 87,2%, электрический привод составляет 12,3%, газопоршневой привод ограниченно используется на станциях подземного хранения газа (0,5%).
Для формировавшегося в течение почти пятидесяти лет парка ГПА характерно большое разнообразие оборудования по типоразмерам и возрасту. В эксплуатации находятся 65 типов приводных двигателей, 102 модификации газовых компрессоров, 153 комбинации при-вод-компрессор, 8 типов систем автоматического управления (САУ) ГПА. Различны также компоновочные решения по размещению ГПА на КС — в общих или индивидуальных зданиях, в блочно-контейнерном исполнении.
Более трети машин (36%) разработаны в 1965— 1973 гг., 30% — в 1979-1983 гг., 7% агрегатов — до 1965 г. Доля современного оборудования, созданного за последнее десятилетие (ГПА серии «Урал», ГПА серии РМ, ГПА-Ц-16-АЛ и др.), не превышает 10%.
Современными системами автоматического управления оснащено 26% газоперекачивающей техники.
Около 30% ГПА превысили установленный для них ресурс и имеют наработку 100-130 тыс. часов.
Тенденции развития газоперекачивающей техники
Базой для развития технологий газоперекачки в мире остается газотурбинный двигатель простого цикла, который не исчерпал возможностей повышения экономичности. Уровень кпд современных газотурбинных приводов — 32-41% в диапазоне мощности
2...30 МВт и до 42% (с возможностью увеличения в ближайшей перспективе на 1,5-2%) в диапазоне
44...50 МВт.
Зарубежные производители наряду с производством ГПА средней мощности расширяют мощностной диапазон газотурбинных приводов и газовых компрессоров до 30-50 МВт.
Интенсивно разрабатывается большое число газотурбинных схем («сложные», «влажные», комбинированные бинарные, комбинированные с топливными элементами и др.). Однако промышленное применение имеют только комбинированные парогазовые установки мощностью свыше 60 МВт с кпд 45-52%, используемые для привода электрогенераторов. Парогазовые установки (или электропривод в сочетании с автономной электростанцией) увеличивают первоначальные капитальные затраты на сооружение КС на $400-600/кВт.
Основным направлением работ по снижению эмиссии загрязняющих веществ является создание серийных малоэмиссионных (в том числе каталитических) камер сгорания, применение которых позволит довести уровень эмиссии NOx до 15-20 мг/нм3. Технические решения по ограничению эмиссии С02 находятся в стадии проработки, и их промышленная реализация в рассматриваемый период не ожидается.
Зарубежные разработки газотурбинных приводов отличают следующие особенности:
■ конструкции авиационных ГТД специально и существенно дорабатываются для наземного применения с целью увеличения ресурса и учета специфических условий их эксплуатации на земле;
■ в промышленных газотурбинных приводах широко используются достижения авиационного дви-гателестроения с целью повышения их кпд;
■ большое внимание уделяется доводке конструкций газотурбинных приводов при их продвижении на рынок. Например, General Electric декларирует собственный стандарт NPI («ввод новой продукции»), в соответствии с которым требуется общая наработка 50 тыс. часов опытной партии из 10 образцов, из которых два должны иметь наработку по 8 тыс. часов.
Поршневые приводы ГПА в зарубежных газотранспортных системах широко используются, особенно в США, благодаря низкому уровню капитальных и эксплуатационных расходов и высокой надежности.
Электропривод в транспорте газа в зарубежной практике используется ограниченно из-за высокого уровня цен на комплектный электроприводной газоперекачивающий агрегат (ЭГПА) — около $900/кВт, включая преобразователь частоты.
Основное направление в области разработки комплектных ЭГПА единичной мощностью до 25 МВт — это создание высокооборотных регулируемых электроприводов с преобразователями частоты и синхронными электродвигателями, а также создание на этой основе высокооборотных герметичных безмасляных ЭГПА. Применение таких электроприводных ГПА возможно на подводных компрессорных станциях при строительстве трансконтинентальных газопроводов, освоении месторождений на шельфах морей.
Достижения в области аэродинамики турбомашин и их технологическая реализация обеспечивают получение кпд современных центробежных компрессоров на уровне 85-88%.
Созданы «сухие» уплотнения, способные работать в области высоких и сверхвысоких давлений (до 30-40 МПа).
Магнитные подшипники роторов входят в состав поставки (по требованию заказчика) большинства фирм.
Номенклатура выпускаемых за рубежом компрессоров основана на базовых конструкциях корпусов, число которых обычно не превышает пяти серий для компрессоров одного типа и назначения.
Реализуется общий принцип конструирования компрессоров по индивидуальным заказам и поставка однотипной продукции небольшими партиями. Уровень и качество проектирования позволяет без специальной подготовки производства поставлять центробежные компрессоры с технологическими параметрами под каждую конкретную КС.
Линейные низконапорные модификации (степень повышения давления до 1,35) имеют политропный кпд до 87-88%; модификации компрессоров со степенью повышения давления 1,4-1,7 — до 85-86%.
Развитие систем автоматического управления газоперекачивающей техники и диагностики идет по пути применения современных программно-технических средств с высоким быстродействием, надежных контрольно-измерительных приборов и исполнительных механизмов.
В области ремонтно-технического обслуживания перспективной считается система долгосрочных сервисных контрактов.
Условия и ограничения
Перспективы развития ГТС ОАО «Газпром» предопределяют потребность в новой газоперекачивающей технике, обеспечивающей:
■ транспортировку газа при повышенном давлении на морских и сухопутных газопроводах;
■ транспортировку газа с морских платформ, в том числе с подводным размещением ГПА;
■ производство сжиженного природного газа;
■ откачку газа передвижными компрессорными установками из участков магистральных газопроводов, предназначенных для ремонта;
■ утилизацию попутных нефтяных газов.
Реализация проектов новых ГТС в отдаленных и труднодоступных районах требует внедрения малолюдных технологий эксплуатации компрессорных станций.
Государственная политика в области экологии направлена на ужесточение норм на выбросы загрязняющих веществ. Постановлением Правительства Российской Федерации от 01.07.2005 № 410 плата за выбросы в пределах установленных норм увеличена в 1000 раз, а сверх установленных норм — в 1250 раз. После 2010 года возможно введение законодательных технических нормативов выбросов, основанных на принципе «наилучших доступных технологий», что может привести к резкому росту платежей за сверхнормативные выбросы загрязняющих веществ двигателями ГПА.
Основные направления научно-технической политики ОАО «Газпром» в области газоперекачивающей техники
Системное и комплексное решение проблемы обеспечения ОАО «Газпром» современным и высокоэффективным газоперекачивающим оборудованием предполагает формирование конструктивного облика и технико-экономических характеристик перспективных ГПА для применения на технологических объектах при реализации проектов нового строительства, реконструкции и технического перевооружения.
При этом должны быть установлены общие принципы формирования структуры парка газоперекачивающей техники для использования при разработке проектов нового строительства, реконструкции и технического перевооружения технологических объектов, а также при планировании потребности в ГПА.
Принципы взаимоотношений ОАО «Газпром» с поставщиками газоперекачивающего оборудования должны обеспечивать качество поставок, технического обслуживания и ремонта серийной техники. Должны быть определены формы и разработаны механизмы участия ОАО «Газпром» в создании новой специализированной газоперекачивающей техники.
Конструктивный облик и технико-экономические характеристики перспективных ГПА
Разработка требований к перспективным видам газоперекачивающей техники должна основываться на оценке совокупных затрат на всех этапах жизненного цикла действующего оборудования с целью выявления его неудовлетворительных характеристик, определяющих наибольшие потери (непроизводительные затраты) при эксплуатации.
В отношении таких характеристик должны быть выполнены исследования возможности и путей их улучшения с учетом достигнутого уровня и тенденций развития производства газоперекачивающей техники для определения прогрессивных значений и внесения соответствующих изменений в корпоративные требования.
Формирование требований к новым видам оборудования для реализации ранее не применявшихся в ОАО «Газпром» технологий транспортировки и комприми-рования природного газа необходимо основывать на анализе зарубежного опыта разработки и эксплуатации подобного оборудования и актуальной нормативной базы.
В общем случае при разработке требований к газоперекачивающей технике должны быть выполнены исследования и проведены оценки по следующим основным показателям:
■ экономичность по потреблению топлива и электроэнергии;
■ экономичность по расходным материалам, обслуживанию и ремонту;
■ надежность;
■ ресурс;
■ безопасность;
■ воздействие на окружающую среду;
■ унификация и взаимозаменяемость;
■ уровень автоматизации;
■ количество обслуживающего персонала;
■ степень заводской готовности и комплектность поставки.
При формировании требований к конкретным видам оборудования должна быть проведена оптимизация значений отдельных показателей с учетом их взаимного влияния с целью снижения стоимости полного жизненного цикла оборудования.
В целях поддержания требований ОАО «Газпром» к газоперекачивающей технике в актуальном состоянии с учетом длительности инновационного цикла создания подобного оборудования необходимо вести среднесрочное (до 10 лет) планирование работ по повышению технико-экономических показателей корпоративного парка ГПА.
При разработке требований к ГПА на долгосрочную перспективу (до 2020 г.) следует руководствоваться следующими ориентировочными параметрами ГПА:
■ привод преимущественно газотурбинный, стационарного, судового или авиационного типа, специализированный для работы в составе ГПА, со свободной силовой турбиной простого или регенеративного цикла с кпд в рабочей точке не менее 39-42%;
■ мощностной ряд приводных двигателей — 6/8/12/16/25/35 МВт (ГПА мощностью 1-6 МВт имеют ограниченное применение и будут использоваться в основном для замены морально и физически устаревших ГПА на станциях подземного хранения газа);
■ возможность комплектования ГПА разными ГТУ и ЦБК в рамках одного класса мощности;
содержание в выхлопных газах приводных двигателей оксидов азота не более 50 мг/нм3 к 2015 году и 30-25 мг/нм3 к 2020 году, оксида углерода — не более 100 мг/нм3;
■ безмасляные компрессоры в указанном диапазоне мощностей с политропным кпд в рабочей точке не менее 75-87 % в зависимости от степени повышения давления в компрессоре;
■ наработка на отказ — не менее 5000 часов;
■ общий ресурс — не менее 100 тыс. часов;
■ нагнетатели — в унифицированных корпусах и со сменными проточными частями для обеспечения степени повышения давления более трех или двухкорпусные компрессоры с промежуточным охлаждением газа и возможностью переключения с параллельной на последовательную схему работы;
■ модульная конструкция основных узлов (КВОУ, привод, газовый компрессор, аппарат воздушного охлаждения масла, САУ);
■ расположение ГПА преимущественно в индивидуальных зданиях (укрытиях);
■ возможность автономной работы ГПА при прекращении внешнего энергоснабжения;
■ адаптивные цифровые системы управления магнитным подвесом роторов;
■ электрозапуск;
■ поагрегатные системы подготовки топливного газа, газообнаружения и тушения пожара;
■ системы автоматического управления ГПА на основе единых цифровых программно-технических средств общепромышленного применения, реализующих расширенные функции контроля и управления, а также «полевого» оборудования, использующего цифровые протоколы обмена данными;
■ децентрализация управляющих и регулирующих функций САУиР, реализация распределенной интеллектуальной САУ с открытой архитектурой.
При разработке требований к газоперекачивающей технике для реконструкции и модернизации существующих компрессорных станций с учетом особенностей интеграции оборудования в действующие объекты необходимо предусматривать увеличение единичной мощности привода, производительности и кпд ГПА. При этом должны максимально использоваться существующие корпуса центробежных нагнетателей. Должны применяться частотно-регулируемые приводы аппаратов воздушного охлаждения газа и масла, устанавливаться маслонасосные станции блочного исполнения полной заводской готовности.
Формирование парка газоперекачивающей техники
Структура парка газоперекачивающей техники ОАО «Газпром» должна целенаправленно формироваться путем сокращения типоразмеров применяемого
оборудования за счет унификации проектных и технических решений; применения типовых решений, достаточно гибких для конкретных условий использования; унификации оборудования по территориальному признаку с целью организации централизованных ремонтных баз, в том числе обеспечения резервными двигателями, запасными частями и расходными материалами.
Решения по применению конкретных моделей оборудования должны приниматься на основе технико-эко-номического обоснования, выполненного на базе сравнительного анализа стоимости полного жизненного цикла оборудования. При этом использование продукции российского производства при прочих равных условиях должно быть приоритетным.
В технологически и экономически обоснованных случаях могут применяться ГПА с электрическим и поршневым приводом.
Для обеспечения возможности построения общих для компрессорных станций САУ должны применяться ГПА с унифицированными агрегатными цифровыми САУ.
Для станций подземного хранения газа — газовые компрессоры с последовательно-параллельным включением.
Должны использоваться сменные проточные части нагнетателей, в том числе применяться комплекты материальной части, обеспечивающие установку в базовые корпуса сменных проточных частей на пониженное до 0,3 МПа входное давление.
Взаимоотношения с поставщиками
Система взаимоотношений с поставщиками должна обеспечивать поставки серийного оборудования надлежащего качества в установленном количестве в установленные сроки и по оговоренной цене на основе следующих принципов:
■ поставки газоперекачивающего оборудования должны осуществляться на основании контрактов, определяющих стоимость, количество и комплектность оборудования, сроки и условия его поставки, а также требования к монтажу и наладке оборудования, порядку и условиям его доработки по результатам эксплуатации и внесения соответствующих изменений в техническую документацию, обслуживанию оборудования в гарантийный период;
■ система планирования поставок оборудования в ОАО «Газпром» должна исключать возможность нарушения установленных процедур приемки продукции;
■ обслуживание оборудования в процессе эксплуатации в послегарантийный период должно осуществляться в рамках специально заключаемых на длительный период сервисных контрактов;
■ предусматриваемая контрактом система расчетов за поставленную продукцию должна служить инструментом управления качеством поставок;
Участие ОАО «Газпром» в создании новой газоперекачивающей техники
Основной формой участия ОАО «Газпром» в создании нового оборудования и модернизации действующего является определение направлений развития парка ГПА и разработка технико-экономических требований к перспективным видам оборудования, на основе которых разработчики и производители газоперекачивающей техники за счет собственных (привлеченных) средств выполняют весь комплекс работ по постановке на производство новых образцов техники.
ОАО «Газпром» проводит приемку (аттестацию) готовых изделий, при соответствии которых установленным требованиям согласовывает разрешительную документацию на применение нового оборудования на объектах Общества, позволяющую поставщику продукции участвовать на конкурсной основе в поставках новой техники ОАО «Газпром».
С целью получения возможности приобретать и использовать газоперекачивающую технику, в наибольшей степени соответствующую требованиям ОАО «Газпром», возможно участие в создании новых образцов оборудования совместно с организациями-разработчи-ками и производителями путем вложения средств, организации и управления разработкой. Основным условием участия в разработке газоперекачивающей техники является учет интересов сторон и получение взаимной выгоды.
Степень и формы участия ОАО «Газпром» в создании нового оборудования определяются в каждом конкретном случае на основе технико-экономического обоснования, в котором должны быть проанализированы и оценены следующие факторы:
■ наличие технико-экономических требований ОАО «Газпром» к новому виду оборудования;
■ предполагаемый объем поставок серийного оборудования, подтвержденный программными документами ОАО «Газпром»;
■ планируемый период и план поставок оборудования;
■ наличие на рынке оборудования (в том числе импортного), соответствующего требованиям ОАО «Газпром», и условия его поставки;
■ наличие технического задания ОАО «Газпром» на разработку оборудования;
■ наличие интеллектуальной собственности ОАО «Газпром», которую предполагается использовать в разработке;
■ наличие разработчика (производителя) с научно-техническим, технологическим и производственным потенциалом, достаточным для создания требуемого оборудования;
■ предполагаемый срок разработки до стадии серийного производства;
■ возможность реализации определенных форм участия ОАО «Газпром» в создании нового оборудования и присущие им риски;
■ эффективность различных вариантов участия ОАО «Газпром» в создании нового оборудования, а также приобретения имеющегося на рынке (при наличии), определенная для полного жизненного цикла оборудования.
В обоснованных таким образом случаях ОАО «Газпром» может финансировать разработку технического задания на создание нового оборудования, технического проекта и опытного образца в рамках программы НИОКР с получением прав на результаты разработки в соответствии с установленными в ОАО «Газпром» принципами и правилами. При этом обязательным условием является конкурсный подход к выбору исполнителя работ на всех стадиях разработки, включая передачу технической документации в серийное производство.
Основные направления научных исследований, предполагаемые к финансированию:
■ определение тенденций развития техники и технологий в области энергетического оборудования для трубопроводной транспортировки и компримиро-вания природного газа с целью разработки научно обоснованных требований к перспективным видам оборудования и формирования политики участия ОАО «Газпром» в создании такого оборудования;
■ выявление проблем эксплуатации действующей газоперекачивающей техники с целью разработки средств для поддержания эксплуатируемого оборудования в работоспособном состоянии и сохранения на приемлемом уровне его технико-экономических показателей;
■ разработка САУиР комплексов ГПА на компрессорных станциях;
■ разработка методов и методик испытаний газоперекачивающей техники с целью повышения качества поставляемого оборудования за счет совершенствования средств и процедур оценки его соответствия требованиям ОАО «Газпром».
Приоритетным направлением взаимодействия ОАО «Газпром» с разработчиками и производителями оборудования является создание благоприятных инвестиционных условий для привлечения средств промышленных предприятий и сторонних организаций в разработку и создание новой техники для ОАО «Газпром», в том числе путем применения на стадии постановки задач механизма публичной оферты ОАО «Газпром» на закупку определенного количества газоперекачивающего оборудования при условии соответствия его требованиям ОАО «Газпром»; реализации венчурных моделей финансирования разработки сложного наукоемкого оборудования в рамках деятельности корпоративного Венчурного фонда инновационных технологий.
Комментарии 1