Повышение энергетических показателей проточных частей нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, применяемых на предприятиях ОАО "Газпром" тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.06, кандидат технических наук Шайхутдинов, Александр Зайнетдинович

• Шайхутдинов, Александр Зайнетдинович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шайхутдинов, Александр Зайнетдинович

Условные обозначения

Введение.

Глава 1. Современное состояние и пути совершенствования газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом.

1.1. О состоянии и перспективах развития газовой промышленности в России.

1.2. Состояние транспорта газа в ОАО "Газпром".

1.3. Особенности применения газоперекачивающих агрегатов в технологических процессах газовой отрасли.

1.4. Высокоэкономичные газотурбинные установки для механического привода, предлагаемые зарубежными фирмами.

1.5. Предложения отечественных производителей ГПА.

1.6. Состояние совместного производства ГПА.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение энергетических показателей проточных частей нагнетателей газоперекачивающих агрегатов, применяемых на предприятиях ОАО "Газпром"»

Роль природного газа в структуре первичных энергоносителей непрерывно растет. Основной объем его добычи и транспортирования в России принадлежит акционерному обществу "Газпром" (ОАО "Газпром"). Протяженность магистральных газопроводов ОАО "Газпром" составляет более 150 тыс.км, на них установлено более 4-х тысяч газоперекачивающих агрегатов различных мощностей и конструкций. Система газопроводов непрерывно увеличивается, что требует создания новых ГПА и оснащения ими КС вновь создаваемых газопроводов. Новые ГПА требуются также для реконструкций уже действующих КС по причине изменения технологических параметров, моральному старению и физическому износу установленного оборудования.

Переход экономики России на рыночные отношения открыл новые возможности в вопросе создания высокоэффективных ГПА. Это связано с включением в решение этой проблемы конверсионных предприятий оборонного комплекса. Используя высокий научно-технический и производственный потенциал этих предприятий, ОАО "Газпром" имеет возможность получать ГПА по техническому уровню не уступающие зарубежным аналогам и при этом обеспечивать свою независимость от зарубежных поставщиков. Такое сотрудничество очень выгодно и предприятиям-производителям ГПА, т.к. они имеют возможность не только сохранять, но и наращивать свой научный, технический и производственный потенциал, сохранять рабочие места.

Перед этими предприятиями ставится задача по разработке и созданию отечественных ГПА, не уступающих по техническому уровню зарубежным аналогам. Эта задача успешно решается. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет ГПА-12"Урал" и ГПА-16"Волга". ГПА-12"Урал" разработан и выпускается НПО "Искра" (г.Пермь), ГПА-16"Волга" разработан АОЗТ "НИИтурбокомпрессор, а серийный выпуск его организован на Казанском моторостроительном объединении.

Разработки технических требований, технических заданий, основных технических решений этих агрегатов производились под непосредственным руководством и личном участии автора.

Реализация требований технических заданий на ГПА потребовала проведения обширного комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ:

- в части создания, доводки и освоения в серийном производстве двигателей нового поколения (работы по повышению коэффициента полезного действия, надежности общетехнического ресурса, уровня экологически вредных выбросов, ремонтопригодности и т.д.); в части создания нагнетателей (разработка, исследования новых высокоэффективных проточных частей, магнитных подвесов ротора, "сухих" газодинамических уплотнений, вопросов динамики роторов, разработка вопросов унификации и т.д.); в части создания и внедрения систем автоматического управления нового поколения; систем пожаротушения; в части создания высокоэффективных систем всасывания и выхлопа, включая решение проблемы утилизации тепла выхлопных газов; комплекс работ по компоновочным решениям ГПА в целом и т.д.

Часть работ из перечисленного комплекса, касающиеся вопросов унификации нагнетателей, создание новых высокоэффективных проточных частей, создания сменных проточных частей для реконструкции существующих ГПА, выполнялись под непосредственным руководством и личном участии автора. Результаты этих работ являются основой настоящей диссертационной работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение диссертации по теме «Вакуумная, компрессорная техника и пневмосистемы», Шайхутдинов, Александр Зайнетдинович

1.7. Основные выводы. Цели и задачи

Анализ состояния парка ГПА в системе транспорта газа, анализ специфики и перспектив применения ГПА в технологических процессах газовой отрасли позволяют сформулировать следующие выводы:

1. Газовая промышленность является динамично развивающейся отраслью народного хозяйства, ее развитие характеризуется тенденцией роста парка ГПА с газотурбинным приводом, что вызвано как потребностями нового строительства, так и заменой морально устаревших и физически изношенных ГПА на действующих КС.

2. Динамика развития газовой промышленности, темпы освоения новых месторождений, создание новых КС, реконструкция действующих, требуют ускорения процесса создания новых ГПА, разработки новых подходов к их проектированию.

3. Технический прогресс в области создания ГПА с газотурбинным приводом идет по пути увеличения их экономичности, роста экологической безопасности, увеличения надежности, повышения уровня автоматизации, удешевления и ускорения строительно-монтажных работ, применение принципов унифицирования, агрегатирования, блочно-контейнерного исполнения.

4. Необходимость использования ГПА в различных технологических процессах требует универсальных конструкций агрегатов на основе унификации баз и узлов.

5. Повышение экономичности ГПА обеспечивается повышением КПД термодинамического цикла ГТУ; повышением аэродинамического совершенства проточных частей ГТУ и нагнетателя; повышением степени регенерации и утилизации тепла выхлопных газов; созданием эффективных вспомогательных агрегатов и систем; применением современной САУ.

6. Отечественные производители ГПА максимально приблизились к началу серийного выпуска агрегатов нового поколения, соответствующих по параметрам мировому уровню.

В части создания нагнетателей для ГПА, следует указать задачи, требующие решения:

1. Активизация работ по совершенствованию аэродинамики проточной части, включающих как экспериментальные исследования, так и дальнейшее развитие расчет-но-теоретических методов.

2. Переход к проектированию газовых компрессоров применительно к конкретной гидравлической сети.

3. Взаимозаменяемость нагнетателей различных фирм или различных модификаций одной фирмы при их использовании с приводом определенной мощности, в том числе, как с газотурбинным так и электрическим.

4. Реализация ряда технологических модификаций нагнетателей путем замены сменных проточных частей в заданном (унифицированном) корпусе.

5. Применение секционной компоновки компрессорной установки с внешним переключением секций с параллельной на последовательную схему работы и обратно. Данное решение существенно расширяет диапазон работы установки на переменных режимах. (В качестве секции в данном смысле может служить корпус, содержащий несколько ступеней).

6. Создание и освоение в серийном производстве компрессоров на выходное давление 150-300 атм с возможностью осуществления параллельно-последовательного процесса сжатия.

7. Создание и освоение в серийном производстве "сухих" (безмасляных) компрессоров с "сухими" газодинамическими уплотнениями и магнитными подвесами ротора.

8. Создание и освоение в серийном производстве герметичных компрессоров, в которых передача крутящего момента от приводного двигателя к валу компрессора передается через магнитную муфту. Для этой цели необходимо провести комплекс работ по созданию такой муфты.

Данная работа направлена на решение научно-технических проблем по созданию ГПА нового поколения.

Целью работы является: на основе проведения комплекса расчетно-теоретических и экспериментальных работ, создание и внедрение в сжатые сроки новых высокоэффективных проточных частей для нагнетателей природного газа, которыми комплектуются ГПА.

Для достижения указанной цели были сформулированы следующие задачи:

Глава 2. Разработка газодинамических схем линейных нагнетателей для ГПА

2.1. Постановка задачи

В настоящее время Управлением транспорта газа и газового конденсата ОАО "Газпром" реализуется программа по созданию ГПА нового поколения, которая включает создание газотурбинных двигателей нового поколения (ГТД-СТ) с увеличенными КПД, существенно улучшенными экологическими показателями, показателями надежности, а также высокоэффективных центробежных йагнетателей. Примером таких ГПА могут служить ГПА-16 "Волга" и ГПА-12 "Урал".

В данном разделе работы предложен системный подход к проектированию нагнетателей, который позволяет установить взаимосвязь проектных параметров и их влияние на конструкцию установки "нагнетатель-двигатель" в целом. Предложенный подход может быть весьма полезным при решении вопроса унификации нагнетателей, создаваемых для приводного двигателя определенной мощности.

В основе предлагаемого подхода лежат следующие посылки. Рассмотренные потребностей предприятий ОАО "Газпром" в центробежных нагнетателях [29] позволяет сделать заключение, что диапазон потребностей в центробежных нагнетателях очень широк. Это линейные нагнетатели, нагнетатели дожимных компрессорных станций (ДКС), нагнетатели агрегатов, работающих на станциях подземного хранения газа (ПХГ), и нагнетатели, предназначенные для обратной закачки газа в пласт (сайклинг-процесс). Технологические параметры назначения ГПА представлены в табл.2.1.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шайхутдинов, Александр Зайнетдинович, 2000 год

1. Шайхутдинов А.З. О состоянии и перспективах развития газовой промышленности России. Доклад на 11 международной научно-технической конференции по компрессорной технике 27-29 мая 1998 г. г.Казань.

2. Седых А.Д., Гриценко А.И., Галиуллин З.Т. Магистральный транспорт газа в XXI веке. Наука о природном газе. Сборник научных трудов. М., 1998 г., стр.389 РАО "Газпром" ВНИИГАЗ.

3. Барцев И.В., Музалевский В.И., Пятахина Т.Т., Теребина М.Г. Развитие технологии транспорта газа с применением центробежных компрессоров. Наука о природном газе. Сборник научных трудов. М., 1998 г., стр.435. РАО "Газпром" ВНИИГАЗ.

4. Грищенко А.И., Галиуллин З.Т., Комягин А.Д. Оптимизация режимов газотранспортных систем в условиях падающего газопотребления. Наука о природном газе. Сборник научных трудов. М., 1998 г., стр.402, РАО "Газпром" ВНИИГАЗ.

5. Галиуллин З.Т., Леонтьев Е.В., Нейтур С.Х. Влияние проектных параметров на энергоемкость транспорта газа. Газовая промышленность 1982г. №9 стр.27-29.

6. Галиуллин З.Т., Васильев Ю.Н. Научно-технические разработки в магистральном транспорте газа. Газовая промышленность 1982 г. №3, стр.27-29.

7. Апанасенко А.И., Малюшенко В.В. Газоперекачивающие агрегаты для газовой промышленности. М., 1985г.-50с. (Обзорная информация. ЦИНТИхимнефте-маш.сер. ХМ-5).

8. Синицын С.Н., Леонтьев Е.В. Технология компримирования газа центробежными компрессорами на подземном хранилище.М., 1981-27с. (Обзорная информация. ВНИИЭгазпром. Сер. Транспорт и хранение газа. Вып.6.).

9. Васильвев В.Г., Ермаков В.И., Жабрев И.П. Газовые и газоконденсатные месторождения М., Недра. 1983 г.

10. Аулова В.Н., Бобошко A.B., Ковалко М.Н. и др. Сайклинг-процесс на Новотроицком ГКМ: опыт, выводы. Газовая промышленность. 1984 г. №2, стр. 16-И 9.

11. Щуровский В.А., Проклов И.А., Корнеев В.И., Кузнецов В.А. Технические решения по реконструкции и переоснащению газотурбинных компрессорных узлов. Обзорная информация. Государственный газовый концерн "Газпром". ВНИИЭгазпром, Москва, 1990 г.

12. Disel and Gas Turbine World wide Catalog, v. 62. 13555 Bishoop's Court, Brookfield, wl 53005-6286. USA. 1998.

13. Шнепп В.Б. Конструкция и расчет центробежных компрессорных машин. М., Машиностроение. 1995 г. 240 с.

14. Мифтахов A.A., Зыков В.И. Входные и выходные устройства центробежных компрессоров. Изд-во "Фэн". Казань, 1996г. 198с.

15. Кулицкий О.Т. Бесконтактные уплотнения EG and SEALOL для центробежных газовых компрессоров. Труды III международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования-1997г." 18-20 июня 1997 г.стр. . СПбГТУ. 1997г.

16. Блочно-комплектный газоперекачивающий агрегат ГПА-12 "Урал". РАО "Газпром". Информационно-рекламный центр газовой промышленности. Москва, 1996 г.

17. Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры, Л., Машиностроение 1982 г.,270с.-4кк

18. Исследование ступени с повышенным коэффициентом расхода для УЦКМ. Отчет СКБ-К №2305-85. Казань, 1985 г. 380с.

19. Вячкилев O.A. Аналитическое описание формы центробежных рабочих колес с пространственными лопатками. Проектирование и исследование компрессорных машин.-Сборник научных трудов под ред.В.Б.Шнеппа. Казань, 1982 г. стр.65-72.

20. Разработка и исследование ступеней центробежных компрессоров с рабочими колесами осерадиального типа. Отчет СКБ-К №878-75. Казань, 1975 г. 194 с.

21. Разработка методики и программы расчета на ЭВМ осесимметричного потока газа в аэродинамических каналах центробежных компрессоров конструкции СКБ-К. Отчет СКБ-К №1376-80, Казань. 1980 г. 65с.

22. Разработка метода теоретического анализа трехмерного потока в элементах ступени центробежных компрессоров с применение ЭВМ. Отчет СКБ-К. №1607-82. Казань.1982 г. 140 с.

23. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. 2-ое издание перер. и доп. Л., Машиностроение, Ленинградское отделение. 1986 г., 392 с.

24. Лифшиц С.П. Аэродинамика центробежных компрессорных машин. М.-Л., Машиностроение 1966 г., 340 с.

25. Течение в решетках. А.Р.Хауэлл. Аэродинамика больших скоростей и реактивная техника. Том X. Аэродинамика турбин и компрессоров. Под ред. Ч.Р.Хауторна. Перевод с английского. Под ред. В.С.Бекнева и В.Т.Митрохина. М.Машиностроение, 1968 г. стр.335-387.

26. Никитин A.A., Цукерман C.B. Расчет потерь в выходном устройстве компрессора. В кн. Повышение эффективности паровых и газовых холодильных машин.-Л., 1989 г. с.58-65.

27. Разработка методики и программы оптимизации проточной части ступени ЦКМ на основе поиска минимума функции многих переменных. Отчет "НИИтурбокомпрес-сор". №29992-90. Казань, 1990 г. 77 с.

28. Проккоев В.В., Солтеев II.B., Хисамеев И.Г. и др. Информационно-измерительный комплекс для исследования компрессорных ступеней центробежного типа. Компрессорная техника и пневматика. Вып.4-5, стр.68, г.Санкт-Петербург, 1994 г.