Энергоэффективность технологии компримирования

Энергосбережение в ГП, как приоритетная стратегическая задача развития отрасли была обозначена в середине 80 гг. [1]. Ряд проблем повышения энергоэффективности ГПА были рассмотрены и решены ранее, в рамках задач выбора типа привода, компрессоров для оснащения ГПА, конструктивного совершенствования узлов (агрегатов) ГПА [2].

Основные направления повышения энергоэффективности технологии компримирования [2,3,4,]:

• -рациональный выбор основного газоперекачивающего оборудования: согласование параметров режимов работы и оптимальной области характеристики ГПА;

• - повышение энергоэффективности схем компримирования;

  -повышение эффективности работы основного газоперекачивающего оборудования - увеличение КПД привода и компрессора, снижение интенсивности ухудшения технического состояния, оперативное регулирование работы ГПА, с целью минимизации энергозатрат.

Задача сравнения различных видов компрессорных машин и приводных двигателей впервые была научно поставлена и решена Б.П. Поршаковым в 1961 г [5,6]. Также вопросами выбора типа машин и определением области их применения в различное время занимались Генкин К.И., Белоконь Н.И., Поршаков Б.П., Промтов А.И., Семичев В.Г., Доброхотов В.Д, Смерека Б.М., Аркский А. К. [6].

В разные периоды развития ГП рассматривалась возможность использования различных типов компрессорных машин (КМ): поршневых [7]; ЦБК с радиальным входом, ЦБК с осевым входом и регулируемым входным направляющим аппаратом [8]; осевых компрессоров природного газа [9]. А также различных типов привода: поршневой двигатель, паровая турбина, электродвигатель, газотурбинный двигатель (простого цикла одновальный, со свободной турбиной, с регенерацией тепла выхлопных газов).

Научное обоснование критериев оценки энергоэффективности режимов работы и принципов регулирования ГПА было выполнено Н.И.

Белоконём в 1964-69 гг. [6,8]. Это послужило базисом при решении задач оперативного контроля режимов работы и технического состояния газотурбинных ГПА [10], создания систем управления [11].

Определению оптимальной схемы компримирования посвящены работы [1,2]. В ООО «Газпром ВНИИГАЗ» изучению проблем энергосбережения посвящены работы Галиуллина З.Т., Леонтьеа Е.В., Хворова Г.А., Огнева В.В., Стурейко О.П., Щуровского В.А., Веретельника А.В. На основании результатов исследований разработаны Программы энергосбережения в ОАО «Газпром» на 2002-2003 гг., на 20042006 гг., на 2007-2010 г., а также нормативные документы, определяющие порядок нормирования и контроля потребления ТЭР [12].

В качестве наиболее значимых результатов научных исследований, применительно к энергоэффективности компримирования природного газа следует выделить следующие:

• 1)    Определены наиболее целесообразные типы компрессоров и двигателей для удовлетворениия потребности технологических процессов (поршневые и центробежные компрессоры, ГТД и ЭД:) и области их преимущественного использования [10]:

• -    поршневые - различные технологические модификации с широким диапазоном степеней сжатия и давлений при относительно небольших объемных расходах и единичных мощностях (до 2,0 МВт);

• -    газотурбинные ГПА с ЦБК - линейные и дожимные компрессорные станции на крупных газотранспортных системах;

• -    электроприводные ГПА - КС в районах крупных энергосистем.

• 2)    В области магистрального транспорта газа: обоснование типоразмерного ряда ГПА, оптимальности полнонапорной технологии компримирования для отечественных газотранспортных систем (конец 60х - начале 70-х годов, Е.В. Леонтьев, С.Н. Синицын, И.В. Барцев). Экономическая целесообразность применения полнонапорной схемы

обусловлена упрощением общей схемы КС, сокращением количества установленных ГПА, снижении величины гидравлических потерь, более высокой эффективностью на переменных режимах работы.

• 3)    Для промысловых ДКС [1, 10]: методическое сопровождение использования и обоснование типоразмерного ряда ГПА (СПЧ), построение и исследование функции суммарных затрат на создание и эксплуатацию ДКС [13].

В рамках решения проблемы энергосбережения в настоящее время вновь возник интерес к применению ГТУ «сложного» цикла (с регенератором, парогазовый цикл), электродвигателя с регулируемым приводом, ЦБК с осевым входом, ЦБК с регулируемым сопловым аппаратом, осевого газового компрессора [14]. Также стала очевидной необходимость системного подхода для решения существующих задач и применения методов многопараметрической оптимизации. Однако в настоящее время, в основном реализуется более простая локальная оптимизация, которая имеет незначительный потенциал для улучшения показателей эффективности, например, как при оперативном регулировании работы КС [1].

Можно выделить ряд работ (Завальный П.Н., Калинин А.Ф., Ярунина Н.Н., Веретельник А.В.) в отдельное направление, посвящённое формализации и алгоритмизации системного подхода и адаптации методик многокритериальных оптимизации для технологических объектов ГП [15].

Одной из причин препятствующей повышению эффективности работы является неприспособленность существующих технических решений к работе на нерасчётных режимах, возникающих из-за отличия фактических параметров работы технологического оборудования от проектных значений [16]. Это не позволяет реализовать на практике потенциал эффективности, заложенный при проектировании. Поскольку потенциал повышения энергоэффективности путём оперативного регулирования мал (порядка 1,0 - 2,0 %) [14], то существенное улучшение энергетических характеристик системы возможно только за счёт её адаптации всей системы к фактическим условием эксплуатации (реконструкция, техническое перевооружение). Это требует дополнительных временных и финансовых затрат. Поэтому необходима разработка технических решений, показатели эффективности которых в наименьшей степени чувствительны к отклонению фактических показателей от проектных.