Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов

Анализируются основные направления модернизации газотранспортной системы Украины.

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Костенко, Д.А., Романов, В.В., Халатов, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2011
Назва видання:	Промышленная теплотехника
Теми:	Теплоэнергетические установки
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60316
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов / Д.А. Костенко, В.В. Романов, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 41-45. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-60316
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-603162014-04-15T03:01:18Z Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов Костенко, Д.А. Романов, В.В. Халатов, А.А. Теплоэнергетические установки Анализируются основные направления модернизации газотранспортной системы Украины. Аналізуються основні напрями модернізації газотранспортної системи України. The main directions of the Ukrainian pipeline network rehabilitation are analyzed. 2011 Article Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов / Д.А. Костенко, В.В. Романов, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 41-45. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60316 532.516; 536.24.01 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теплоэнергетические установки Теплоэнергетические установки
spellingShingle	Теплоэнергетические установки Теплоэнергетические установки Костенко, Д.А. Романов, В.В. Халатов, А.А. Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов Промышленная теплотехника
description	Анализируются основные направления модернизации газотранспортной системы Украины.
format	Article
author	Костенко, Д.А. Романов, В.В. Халатов, А.А.
author_facet	Костенко, Д.А. Романов, В.В. Халатов, А.А.
author_sort	Костенко, Д.А.
title	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов
title_short	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов
title_full	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов
title_fullStr	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов
title_full_unstemmed	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов
title_sort	модернизация газотранспортной системы украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Теплоэнергетические установки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60316
citation_txt	Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов / Д.А. Костенко, В.В. Романов, А.А. Халатов // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 2. — С. 41-45. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT kostenkoda modernizaciâgazotransportnojsistemyukrainyproblemysozdaniânovyhgazoperekačivaûŝihagregatov AT romanovvv modernizaciâgazotransportnojsistemyukrainyproblemysozdaniânovyhgazoperekačivaûŝihagregatov AT halatovaa modernizaciâgazotransportnojsistemyukrainyproblemysozdaniânovyhgazoperekačivaûŝihagregatov
first_indexed	2025-07-05T11:27:14Z
last_indexed	2025-07-05T11:27:14Z
_version_	1836806134788259840
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 41 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ УДК 532.516; 536.24.01 Костенко Д.А1., Романов В.В2., Халатов А.А3. 1ВНИПИТрансГаз 2Сумское НПО им. М.В. Фрунзе 3Институт технической теплофизики НАН Украины МОДЕРНИЗАЦИЯ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ УКРАИНЫ: ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ Аналізуються основні напря- ми модернізації газотранспортної системи України. Анализируются основные на- правления модернизации газотранс- портной системы Украины. The main directions of the Ukrainian pipeline network rehabilitation are analyzed. Газотранспортная система (ГТС) Украины создавалась более 50 лет назад и в настоящее время требует серьезной модернизации, на ко- торую по разным оценкам требуется от 6 до 16 млрд. долл. США. Больше всего средств пой- дет на реконструкцию и строительство комп- рессорных станций, главным образом, для замены газотурбинных приводов, где необхо- димо заменить более 200 морально устарелых и физически изношенных газоперекачиваю- щих агрегатов, модернизацию линейной части газопроводов и подземных хранилищ газа. Политика использования импортного обо- рудования для модернизации ГТС Украины поставит страну в серьезную зависимость от зарубежного производителя, т.к. покупка запас- ных частей, обслуживание и периодический ре- монт оборудования потребуют серьезных фи- нансовых затрат, соизмеримых со стоимостью основного оборудования. В то же время Украина входит в шестер- ку ведущих стран мира, обладающих полным циклом проектирования и производства про- мышленных газовых турбин мощностью от 1,5 до 110 МВт. В инфраструктуру украинского газотурбокомпрессоростроения входят всемир- но известные предприятия: Государственное предприятие (ГП) Научно-производственный комплекс газотурбостроения (НПКГ) «Зоря»- Машпроект» (Николаев), ГП «Ивченко- Прогресс» (Запорожье), ОАО «Турбоатом» (Харьков), «МНПО им. М.В. Фрунзе» (Сумы) и некоторые другие. Поэтому, первоочередной задачей является широкое вовлечение украинс- ких машиностроительных предприятий в про- грамму модернизации украинской ГТС. Для транспортирования газа по магистраль- ным газопроводам диаметром 700…1420 мм в Украине и в странах СНГ преимущественное применение получили газотурбинные газопере- качивающие агрегаты (ГПА) с центробежными компрессорами. Сегодня газотурбинные ГПА в составе ГТС Украины составляют более 82 % от мощности установленных ГПА, в составе российской ГТС доля газотурбинного привода достигает 87 %. Более чем 50-летний опыт экс- плуатации газотурбинных ГПА на магистраль- ных газопроводах различных стран мира (Рос- сия, Украина, Иран, Европа, Канада) показал их высокую экономичность и эксплуатационную надежность. Одним из наиболее важных вопросов мо- дернизации украинской ГТС является разра- ботка надежного газотурбинного привода для ГПА с высоким эксплуатационным ресурсом (до 150 тыс. часов). Детальный анализ, пред- ставленный в концепции модернизации газо- турбинного привода ГПА [1, 2], показывает, что на первом этапе для украинской ГТС наи- более целесообразно применение газотурбин- ных двигателей регенеративного и просто- го цикла с последующим их усложнением. В настоящее время на основе разработанной Концепции уже разрабатываются высоко- эффективные промышленные ГТД ново- го поколения – регенеративный ГТУ-16Р мощностью 16 МВт с проектным КПД 40,3 % («Зоря»-Машпроект», Николаев) и ГТД АИ-312 простого цикла мощностью 12 МВт с КПД 38 % (ГП «Ивченко-Прогресс», ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №242 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Запорожье). Однако, эти разработки ведут- ся за счет внутренних резервов предприятий и пока не имеют государственной поддержки. Подробный перечень первоочередных научно- технических проектов в интересах промыш- ленного газотурбокомпрессоростроения Укра- ины был разработан Комиссией по промыш- ленным газовым турбинам и электроприводам при Отделении физико-технических проблем энергетики НАН Украины и представлен в ра- боте [2]. Поршневые ГПА с приводом от двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и интегрированные газомотокомпрессоры применяются в Украи- не, как правило, на газопроводах-ответвлениях диаметром менее 700 мм и на компрессорных станциях (КС) подземного хранения газа, где требуется высокая степень сжатия газа. При этом единичная мощность поршневых ГПА не превышает 3 МВт (10ГК, МК8, 10 ГКН), а об- щая мощность поршневых ГПА, установлен- ных на ГТС Украины, составляет менее 3 %. Поршневые ГПА широко применялись только на ранней стадии создания украинской ГТС, причем, имеющийся опыт показывает, что при мощности более 3 МВт их применение на магистральных газопроводах нерационально. Они имеют невысокую наработку на отказ, ко- Рис. Удельные массовые и габаритные характеристики газотурбинных (ГТД), газопоршневых двигателей (ГПД) и газоперекачивающих агрегатов (ГПА). торая в 10…15 раз меньше, чем у газотурбин- ных ГПА, большой расход смазочного масла (0,25…0,33 г/кВт·час), более высокие затраты на техническое обслуживание и текущий ре- монт. Удельная массовая характеристика газо- поршневых двигателей в 25...40 раз хуже, чем у газотурбинных двигателей и установок (рис.). Если для газотурбинных двигателей она сос- тавляет (0,25…1,0) кг на кВт установленной мощности, то для газопоршневых – (8…25) кг на кВт. Габаритные характеристики ГТД также на порядок лучше, чем у ДВС. Для ГТД они составляют (0,1… 0,25)· 10-2 м3/кВт, в то время как у ДВС – (0,02…0,06) м3/кВт. В США порш- невые ГПА в большом количестве используют- ся, главным образом, на газопроводах высокого давления и малого диаметра при этом их мощ- ность составляет от 1 до 5 МВт. В ряде работ, опираясь на опыт США, ста- вится вопрос об использовании двигателей внутреннего сгорания для привода компрессо- ров природного газа на компрессорных стан- циях магистральных газопроводов. При этом ссылаются на высокий КПД (более 40 %) и большой срок службы ДВС (до 200 000 часов). Как следует из данных приведенной таблицы, ГТС США и Украины различны по своей струк- туре. Средняя мощность газотурбинных ГПА, ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 43 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ установленных на ГТС Украины, составляет 9,85 МВт, что в 2,6 раза больше, чем в США (3,78 МВт). Анализ представленной таблицы позволяет также сделать следующие выводы. В ГТС США значительное количество порш- невых ГПА (5400 ед.) со средней мощностью 1,285 МВт. Небольшая мощность газотурбинных и поршневых ГПА в ГТС США обусловлена тем, что газотранспортная система США состоит в основном из газопроводов небольшого диамет- ра и распределительной сети, тогда как в ГТС Украины транзит газа преобладает над собст- венным потреблением. Анализ тенденций развития мирового рын- ка показывает [3], что общий заказ привод- ных газопоршневых двигателей в мире для механического привода в 2007-08 г.г. составил 6851 ед., причем 6688 из них – мощностью 0,5…2,0 МВт и только 154 ед. – в диапазоне 2,…3,5 МВт. Интересно отметить, что Север- ная Америка, где широко используются газоп- роводы малого диаметра, заказала 4825 двига- телей мощностью 0,5…2,0 МВт (70,4 %), в то время как страны Западной Европы – только 930 ед. Таким образом, обосновывать приме- Таблица № п/п Показатели ГТС США ГТС Украины 1 Общая протяженность 300 000 миль 36 тыс. км 2 Объем транспорта, млрд. м3/год 540 194* 3 Расход топливного газа: млрд.м3/год % от объема транспорта 15,8 2,92 4,53* 2,34 4 Количество КС 1200 73 5 Средняя производительность КС, млн. м3/сутки 1,233 7,3 6 Производительность наибольших компрессорных станций, млн. м3/сутки 124 295,5 7 Общая мощность ГПА, МВт 12353,3 5660 8 Поршневые ГПА (ПГПА) 8.1 Количество ПГПА 5400** 144 8.2 Средняя мощность, МВт 1,285 1,263 8.3 Общая мощность, МВт 6939 182 9 Газовые турбины (ГТ) 9.1 Количество, ед. 1000 469 9.2 Количество КС с ГГПА, ед. 473 69 9.3 Общая мощность, МВт 5292 4620 9.4 Средняя мощность, МВт 3,78 9,85 9.5 Более 50 % мощности менее 3,78 МВт 50 % нет 9.6 Диапазон мощности ГТУ, МВт 1,34…26,5 6,3…25 10 Электропривод 10.1 Общая мощность, МВт 122,3 828 10.2 Количество ЭГПА, ед. Нет данных 160 * – Cредний за 2006-2007 г. ** – 2/3 ПГПА установлены до 1970 г. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №244 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ нение ДВС на КС магистральных газопроводов Украины на основе опыта США не вполне кор- ректно. Анализ, выполненный в работе [4], пока- зывает, что условия совместной работы ГПА и газопровода являются более важными, чем эффективность самого привода. При стацио- нарных условиях существует однозначная и не- линейная связь между расходом газа через га- зопровод и степенью сжатия компрессора. Если сравнивать характеристики газотурбинного привода и газопровода, то можно видеть, что характер их рабочих характеристик примерно одинаков и по этой причине газотурбинный привод работает при оптимальных условиях в широком диапазоне изменения расхода газа че- рез газопровод. В то же время, центробежный компрессор с приводом от ДВС функционирует в условиях далеких от оптимальных, посколь- ку характеризуется примерно постоянным рас- ходом при изменении степени сжатия. В целом, средняя эффективность системы «газопровод- привод от ДВС» составляет около 79 %, а сис- темы «газопровод-газотурбинный привод» – 85…88 % [4]. В настоящее время на украинской ГТС установлено 158 электроприводных газопере- качивающих агрегатов (ЭГПА) общей мощнос- тью 820 МВт, что составляет 14,6 % мощности всех ГПА, установленных на компрессорных станциях ГТС Украины. Однако, фактически в эксплуатации находятся 7…10 ГПА, которые используются на 15…18 %. Во Франции, где производится большое количество электричес- кой энергии на атомных электростанциях, в по- давляющем большинстве используются ЭГПА мощностью 3…7 МВт. Однако, ГТС Франции фактически не содержит магистральных тру- бопроводов, а представляет собой систему относительно коротких газопроводов неболь- шого диаметра, соединенных между собой в единую газотранспортную сеть. Как следует из таблицы, количество электроприводных ГПА, установленных в США, весьма незначительно, они составляют около 1 % от общей мощности ГПА и устанавливаются только в местностях с жесткими требованиями по экологии (шум, вы- бросы NOx и COx). При существующем соотношении цен на природный газ и электричество масштабный перевод на ЭГПА в Украине оправдан толь- ко при цене топливного газа более $ 450 за 1000 м3 газа [5, 6]. При этом для широкого при- менения ЭГПА в Украине необходимо освоить производство электродвигателей мощностью 12, 16 и 25 МВт с регулируемой частотой обо- ротов, которые сегодня производятся только за- рубежными фирмами («Siemens AG», «ABB», «Transresch» и др.). Для надежной работы ЭГПА требуется электроснабжение первой категории (от двух независимых источников), что значительно усложняет условия эксплуа- тации агрегатов. Следует также помнить, что КПД системы «ТЭЦ–ЛЭП–КС–ЭГПА» состав- ляет только 26…27 %, поэтому с точки зре- ния более полного использования химической энергии топлива применение электричества может оказаться неэффективным. Срок окупае- мости проектов по переводу ГТС Украины на электропривод достаточно большой и состав- ляет около 10 лет. В перспективе ЭГПА с регулируемой час- тотой оборотов нагнетателя могут получить развитие на компрессорных станциях магист- ральных газопроводов Украины − в регионах с избыточным производством электричества. В частности, применение электропривода на ГТС Украины перспективно на газопроводе «Киев- Запад Украины» (КС «Бердичев», «Красилов», «Тернополь», «Рогатин») [7]. В настоящее вре- мя Сумское НПО им. М.В.Фрунзе разрабаты- вает электроприводной агрегат ГПА-Ц-12,5Р с регулируемыми оборотами мощностью 12,5 МВт. Для украинской промышленности это первый безмаслянный («сухой») ЭГПА с магнитными подшипниками электродвигателя и компрессора и «сухими» газодинамическими уплотнениями ротора компрессора и частот- ным регулированием оборотов. Альтернативой частотному регулированию ЭГПА является гидродинамическое регулиро- вание оборотов, осуществляемое с помощью ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №2 45 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ регулируемых гидромуфт или гидротрансфор- маторов. Преимущества гидродинамического регулирования проявляются уже для приводов мощностью более 700 кВт. Основные из них: меньшая стоимость, высокая надежность, про- стота эксплуатации, меньшая занимаемая пло- щадь. По эффективности гидродинамическое и частотное регулирование близки между собой, но частотное регулирование требует исполь- зования системы климат-контроля. Газпром (Россия) на двух агрегатах СТД-12500 Чебок- сарской КС-22 уже применил регулируемые гидромуфты фирмы «Фойт» (Германия), что обеспечило снижение потребления электро- энергии на 15,5 млн. кВт·час в год. В целом, современные нагнетатели для украинской ГТС должны создаваться на дав- ление 5,6-7,5-9,8-12-15-21 МПа, степень сжа- тия 1,25-1,35-1,5-1,7-2,2-3-5, а их конструк- ция должна отвечать требованиям стандарта АРІ 617. Конструкция нагнетателя должна включать магнитные подшипники с цифровой системой управления и тандемные «сухие» газодинамические уплотнения. Современные ГПА предпочтительно раз- мещать в индивидуальных зданиях ангарно- го типа без разделительной стенки между по- мещениями ГТД и газовыми компрессорами (нагнетателями). Для компрессорных станций подземных хранилищ газа, где при режимах работы закачки и отбора газа степень сжатия изменяется в широком диапазоне, необходи- мо создание центробежных компрессоров с параллельно-последовательной схемой рабо- ты, что может быть выполнено «Сумским НПО им. М.В. Фрунзе». Для разработки низконапор- ных месторождений газа, а также для обеспече- ния топливным газом газотурбинных электро- станций, необходима разработка дожимных компрессоров небольшой мощности. Для этих целей могут использоваться поршневые, цен- тробежные и винтовые компрессоры. Пред- почтение следует отдавать центробежным и винтовым компрессорам. В настоящее время в ГП «Ивченко-Прогресс» разрабатывается цент- робежный компрессор ДГК-30, однако из-за от- сутствия государственной поддержки эта раз- работка продвигается слишком медленно. Сегодня особенно важно внимание пра- вительства Украины к развитию газотурбо- компрессоростроения, которое пока остается конкурентноспособным на мировом рынке. В дальнейшем при отсутствии соответствующей поддержки возможна потеря лидирующего по- ложения отрасли, существенное уменьшение рабочих мест и снижение финансовых отчисле- ний в бюджет страны. ЛИТЕРАТУРА 1. Gailloreto G. Mechanical Drive Order Survey // Diesel & Gas Turbine Worldwide. – Dec. 2008.– P. 20-23. 2. Brun K., Kurz R. Pipeline compression: recipes vs. centrifugals // Turbomachinery International. September / October 2008. – P.34. 3. Патон Б.Е., Халатов А.А. Какие промыш- ленные газотурбинные двигатели нужны укра- инской ГТС? // Зеркало Недели. – № 26 (705). – 12.07.2008. 4. Патон Б.Є., Халатов А.А., Костен- ко Д.А., Письменний О.С. та ін. Промислові газотурбінні двигуни для газотранспортної си- стеми України: сучасний стан і проблеми роз- витку // Енергетика та електрифікація.– № 7. – 2008. – С. 20-22. 5. Патон Б.Є., Халатов А.А., Костенко Д.А., Письменний О.С. та ін. Концепція (проект) Державної науково-технічної програми ство- рення промислових газотурбінних двигунів нового покоління для газової промисловості та енергетики // Вісник Національної академії наук України. – № 4. – 2008. – С. 3-9. 6. Халатов А.А., Костенко Д.А., Парафей- ник В.П., Боцула А.Л., Билека Б.Д., Письменный А.С. Компрессорные станции ГТС Украины: Концепция модернизации газотурбинного при- вода газоперекачивающих агрегатов. Киев. – 2009.-52С. 7. Патон Б.Е., Халатов А.А. Помогут ли га- зовые турбины преодолеть проблемы энерго- системы Украины? // Зеркало Недели.– № 47 (726). – 12.12.2008. Получено 17.01.2011 г.

Модернизация газотранспортной системы Украины: проблемы создания новых газоперекачивающих агрегатов

Репозитарії

Схожі ресурси