Введение к работе
Актуальность темы исследований.
Эксплуатация газоперекачивающих агрегатов на дожимных компрессорных станциях газовых месторождений обладает рядом специфических особенностей в сравнении с компрессорными станциями магистральных газопроводов. Это в первую очередь: компримирование сырого и неочищенного газа, приводящая к снижению технического состояния газоперекачивающих агрегатов в процессе эксплуатации; большая неравномерность переменных режимов работы газоперекачивающих агрегатов на дожимных компрессорных станциях в зависимости от условий потребления газа; расположение компрессорных станций в районе сложных климатических и геокриологических условий Крайнего Севера. Проектные решения, заложенные при строительстве большинства существующих дожимных компрессорных станций газовых месторождений на поздней стадии разработки основаны на научно-технической базе 70-80гг. и прогнозных темпах снижения пластового давления газа на начальных этапах разработки месторождений. Их характерной особенностью является необходимость увеличения напора по мере снижения пластового давления газа для обеспечения его дальнейшего транспорта. ГПА эксплуатируются с крайне низким коэффициентом полезного действия.
В этой ситуации остро стоит проблема повышения энергетической эффективности, экологической безопасности и эксплуатационной надежности установленного оборудования, проведения своевременной модернизации и технического перевооружения ДКС с учетом их технического уровня, свойств и специфики. Проводимые исследования направлены на реализацию «Концепции энергосбережения и повышения энергоэффективности на период 2011-2020гг.» и Экологической политикой ОАО «Газпром». Рассмотрение ряда этих вопросов, образующих пути решения проблемных ситуаций, являются актуальным как с научной, так и с практической точек зрения.
Цель работы - повышение эффективности подготовки к транспорту газа на дожимных компрессорных станциях месторождений, находящихся на поздней стадии разработки.
Идея работы заключается в применение новых методов и технологий повышения энергетической эффективности, экологической безопасности и надежности оборудования дожимных компрессорных станций на месторождениях газа, находящихся на
поздней стадии разработки.
Задачи исследований
1 .Разработать технологию перевооружения
газоперекачивающих агрегатов типа ГТН-6, установленных на дожимных компрессорных станциях (ДКС) месторождения «Медвежье» на основе использования энергоэффективных сменных проточных частей (СПЧ) центробежных компрессоров (ЦБК).
2. Разработать технологию компримирования газа на дожимных компрессорных станциях с обеспечением полной загрузки газоперекачивающих агрегатов применительно к газовому промыслу № 3 Бованенковского месторождения на всех стадиях разработки.
3.Провести анализ и определить эмпирические зависимости основных экологических и теплотехнических параметров ГПА-16«Урал», установленных на дожимных компрессорных станциях Юбилейного и Ямсовейского месторождений, на основе мониторинга энергомеханических и экологических показателей газотурбинной установки.
4.Разработать метод обеспечения устойчивой эксплуатации газоперекачивающих агрегатов дожимных компрессорных станций на основе проведения периодических помпажных тестов с целью коррекции границ расходной газодинамической характеристики центробежного компрессора.
5.Разработать метод оценки качества ремонта газоперекачивающих агрегатов, для обеспечения надежной их работы в течение межремонтного периода.
Методы решения поставленных задач
В диссертации при разработке комплекса технико-
технологических методов повышения энергоэффективности и
эксплуатационной надежности высоконапорных ДКС в качестве
общеметодологической основы использовались методы системного
анализа и синтеза, математическое моделирование,
производственный эксперимент, экспертные оценки, теория технических систем, теории надежности, старения машин и механизмов.
Научная новизна работы
1 .Установлены эмпирические зависимости концентрации и мощности выбросов вредных загрязняющих веществ от степени загрузки и технического состояния газотурбинной установки газоперекачивающих агрегатов.
2. Разработан метод обеспечения устойчивой работы
газоперекачивающих агрегатов, основанный на проведении корректирующих помпажных тестов при снижении уровня технического состояния центробежных компрессоров в условиях сезонных и годовых изменений объемов транспорта газа.
3.Разработан комплекс критериев, позволяющих осуществить интегральную оценку качества ремонта газоперекачивающих агрегатов с целью обеспечения его энергоэффективной и надежной эксплуатации.
Защищаемые научные положения
1 .Установленные зависимости концентрации и мощности выбросов вредных (загрязняющих) веществ от степени загрузки и технического состояния позволяют оптимизировать режимные параметры газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата.
2.Устойчивая работа газоперекачивающего агрегата при снижении уровня технического состояния центробежного компрессора в условиях сезонных и годовых изменений объемов транспорта газа достигается проведением корректирующих помпажных тестов.
3. Надежная работа газоперекачивающих агрегатов достигается путем применения обобщенного показателя качества ремонта, учитывающего комплекс относительных единичных критериев.
Достоверность научных положений, выводов и
рекомендаций подтверждается использованием известных методов,
алгоритмов и стандартов для оценки технического состояния
газотурбинной установки; достаточной сходимостью теоретических
и фактических показателей эффективности эксплуатации
газоперекачивающего агрегата; достаточным объемом
экспериментальных исследований и оценкой результатов по критериям математической статистики; экспериментальными данными, полученными с применением специальной измерительной аппаратуры, прошедшей метрологическую поверку; статистической обработкой результатов по методикам Госстандарта РФ.
Практическое значение работы
l.Ha 15-ти газоперекачивающих агрегатах месторождения «Медвежье» проведен комплекс работ по установке четырехступенчатых СПЧ, интегрированных в прежнем «коротком корпусе» одноступенчатого центробежного компрессора и обеспечивших высокую эффективность выполнения плановых заданий по добыче газа в период 2009-2013г.г.
2.Предложено альтернативное технико-технологическое
решение по использованию в составе ГПА центробежных компрессоров, имеющих двухкорпусное исполнение с промежуточным охлаждением применительно к оснащению ГПА ГП-3 Бованенковского НГКМ, которое позволит в условиях изменяющихся параметров перекачиваемого газа обеспечить на дожимных компрессорных станциях эффективное использование располагаемой мощности газоперекачивающих агрегатов путем замены традиционного способа строительства на месторождениях вторых очередей ДКС для их последовательной работы.
3 .Установленные эмпирические зависимости эколого-теплотехнических параметров позволяют с достаточной для инженерных расчетов точностью получать оперативные и прогнозные значения основных показателей выбросов вредных (загрязняющих) веществ - концентрации и мощности выбросов оксидов азота в зависимости от степени загрузки и технического состояния газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата. Полученные данные используются для принятия управленческих решений в соответствие с планами транспорта газа в целях снижения и предотвращения негативного воздействия на окружающую среду путем своевременного проведения мероприятий по улучшению технического состояния ГТУ и перераспределения загрузки ГПА в цехе с учетом энергоэффективности проведения данных мероприятий.
4.Проведение корректировки и повторной настройки системы антипомпажного регулирования на газоперекачивающих агрегатах ДКС Юбилейного и Ямсовейского месторождений позволило исключить перерасход топливного газа на компримирование (до 15%), связанный с работой ГПА на частично открытых антипомпажных регуляторах.
5. Разработанная и внедренная в качестве стандарта организации СТО Газпром добыча Надым 025-2010 - «Методика оценки качества ремонта» обеспечила энергоэффективную и надежную их работу в течение межремонтного периода в соответствии с современными требованиями.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы
докладывались на: XXXI тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов компрессорных станций» ДОАО «Оргэнергогаз», Небуг, 2012г., IV научно-практической молодежной конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2012г., IX научно-
практической конференции молодых специалистов ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», 2012г., XVII международном симпозиуме «Потребители - производители компрессоров и компрессорного оборудования 2012», Санкт-Петербург, 2012г., Юбилейной десятой всероссийской конференции молодых учёных, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика), Москва, 2013 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, 3 из которых в издании, входящем в перечень научных изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертационной работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения. Она изложена на 213 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка, 21 таблицу, список литературы 109 наименований и 5 приложений.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю, члену-корреспонденту РАН, д.т.н., профессору О.М. Ермилову, коллективу кафедры транспорта и хранения нефти и газа Национального минерально-сырьевого университета «Горный», к.э.н. С.Н. Меньшикову, к.т.н. И.С. Морозову, к.т.н. СЮ. Сальникову, к.т.н. П.С. Коротееву, В.В. Денисенко, А.Г. Журину, С.С. Кильдиярову, Ю.В. Шереметинскому, В.Ю. Глазунову.
