Porshakov_B.P._Osnovnye_napravl._razrabotki_energosbereg._tehnologiy_truboprovod._transporta
.pdfАкадемические чmei/ШI
Academic lectш·ing
1\'IINISIJ{YOf [[)LICЛTION 01THI::: RLISSIAN FП)[RЛТION
TI-IE GUBKIN'SRUSSIAN STATE UNIVERSIТY
OF OIL AND GAS
В. Р. PORSHAKOV
BASIC TRENDS OF DEVELOPING ENERGY SAVING TECHNOLOGIES FOR NATURAL GAS PIPELINING
PL1Ьiis\1ers <<Oil апd Gas>>
GL1bkiп Rllssiaп State Uпiversity of Oi\ апd Gas
Moscow, 2002
МИIIИСТГI'СПЮ OI>I'A3011ЛIIИ}I I'ОССИ~/СКОЙ ФЕ!!ЕI'ЛШН1
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УН И IЗЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГА'ЗА им. И.М. ГУБКИНА
Б. П. ПОРШАКОВ
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
РАЗРАБОТКИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮШИХ
ТЕХНОЛОГИЙ ТРУБОПРОВОДНОГО
ТРАНСПОРТА ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ
'~
Издатсльстuо <<Нефть 11 Пll>> РГУ нефти 11 Г(IJa шt. И. М. Губкина
Москна. 2002
УДК 51.1!01.57
Поршаков Б. П. Осно13ные напра13лении разработки энсргосбе
реi·аюiШIХ тсх11олоп1й трубопроводного трансrюрт<t пpиpOJliiЫx r<t- ЗOI3 (Серии <•Академические чте11ин•>, 13ЫП. 24). - М.: ГУП Изд-130 <•Нефп, 11 ПIЗ•> РГУ нефт11 и газ<~ им. И. М. Губкин<~, 2002. - 24 с.
Доклал сщ:тоялсн 15 ~tapтu 2001 г. Доклад•tик - доктор тcxtlll'tccкиx ваук.
акадсмвк Мсжлунарощюii акадс\11111 информапiJ<IUIIИ. з;шсдуюшнii кафсдроii тcp ~HJДII!IaMIIKII 11 TCIIЛOBI>I:X ДIHIГaTC,lCii PoCCИiicKOI"O ГOCYil<I[!CTBCI\IIOГO YIIIIBC[!CIIТCT<l
нсфт11 11 r:1·1a IlM. И. [\.·1. Гyбк!lllil. nрофессор Б. П. Поршаков.
Рассмотрс111>1 IIO!Ipocы разработки :тсргосбсрсгаюшiiХ тсх1юлоп1ii nри рсконст
РУКL\1111, мo;tcpiii!Jaщlll 11 :.Jксn.lуат:шии октсм тру,1оnровощюго тра11спорт:1.
Рсдак[щошшя коллсrия
А. 11. Владимиров Д. 11. Левитский Г М. Copoкtm
И. Г Фукс
Редактор серии -А. С. J/OJ/AТJI/1
©Б. П. Порш::~ков. 2002
tD Гocyд::~pcтuciiiJOC унитарвос предnрияп1с
Издатст,стlю <•Нефть и газ•> РГУ всфти и газа им. И. М. Губкищ, 2002
Среди множестuа rrpoбJicм, стоншнх IICJKJL r·юorюii IIJI0~11>1IIIJreii
"ocтыo И, l3 Зll<lЧИTeЛLIIOii стеnени, O!IpeдCIOIIOIЩIX IICJKIIeKTJilll,J се
лалыrсйшего развитин, без прсувсли•rсiнrн мож11о на:шал, IIJIOfiлe~IY
CIIИЖCIIИSI расходов пpr1pOдiiOIO rаза 11а 11ужлы отрасл11. 13 IIастон
шсе врсш1, коша отrаслL лобываст IICMIIOП1 м более 500 MjJJ1JL \1 1 ,-а Ja
В 1'011И ИМеет На 60ЛI>ШIIHCTLIC гаЗОВЫХ MCCTOJIOЖJLeitнii IIaJШIOIILYIO
JL06Ы'IY, СЖСГОДНО расходун На COбCТIICIIIIЫC IIYЖJLЫ OKOJIO 45-5()
млрл мJ тза, этu пробле~1а ВL>Iглнлит особенно остро. Если к ло~1у
добаLНПЪ, ЧТО !IpHpOдHЫii газ ПрИIIад.г!СiКИТ К IICBO'I06IIOIIJIHel-lbl~l
ресурсам страны, что OCIIOLНIЫC газовые мссторождСIIШI уже в Зllа
ЧIПелыюй степени выработаiiЫ, а те, ЧТО llрИдСТСН OCII<IIIII<ПЪ В бюrжаiiшис годы- 1ra морс, гнс стоимос1ъ добывасмоп> кубомет
ра в нссколr,ко раз uыше, че\1 на ра-зрабатываемых лсiiствуюiних
месторождсниих, вonpoci,I эко1ю~rии добываемого 1аза требуют к себе CaMOI'OcephCJIIOГO OTHOIUCIIШI.
Анализ структуры и ~rасшл.tбов nотрсблеliШI TOIIJIIШllo-·JIICpн:
пi'Iecкиx ресурсов по отрасли сшшстс.·н)ствует о то,\1, •по 11х расхо
ды СОСТаUЛНЮТ ОКОЛО 80 \IЛН Т у. Т., ИЮI !lpИ~IC[1HO 9% BCCIO 11<11111-
0II<UibiiOГO пoтpcб;IeншiiicpuiiЧIIЫX энср1орссурсов. При ТIО\1 рас
хал. энергоресурСОВ В HallбO.lbl!leЙ CTeiiCIIИ ll['>IIXOJIIIТC51 11(1 \laiiiCT- p;Hli>IIЫЙ траНСПОрТ газа IП OT.JaJieHHblX paiiOIIOII CTp<llll,l 11 llCIIT- paЛl>IIЫe и nромышленнi>Iе репюн1,1 России (ciJЫIIIC !\0%).
Отсюла следует, что nроблс\rа СI1иженш1 затрат 'Jiicpгopccypcoв
по отрасли u nервую очсреш, дo;Iжlla быть 11а11равлсна 11а rювшtic IIIte эффеКП1ВНОСТ11 рабОТЫ КО\1ПрСССОр11ЫХ CT<lllllИii С 011Т11\11П~\ ШIСЙ рсжимоu работы 11 повыше\IJ!е\1 КПД ycтaiiOШICIIIJыx 11а IIIIX rюопсрекачиваюших агрегатов. Эта задача в зна•I!пслыюi-i cтcllc
HII усложннетен, есл11 nриннть uo ШIII\I<IIIИC, что КПД эксплуаiii
русм ых 11а ,·азопро13одах газотурб111111 ых устано1юк, cy\I \Iарнан .\IOIILIIOCTb КОТОрЫХ СОСТi1Ш151СТ СНЫШС 1\0% ОТ MOШIIOCПI UCCX друГИХ устанонленных Jгрег~поu, по разным объекпанiЫ\1 nричlнlа:\1 'Iас то НаХОдiiТСЯ На ypOLIIIe 20-22%, 11 CCJIII IIpИЗH<lTb П[1<lBOI\1CpHЫ~I
утверждение, что зanacou nриродного гюа u стране, при сжегол
IIОЙ его добыче на уровне 530 1\IЛp;r м) о IОд, хuапп нешюп1~1
более чем на 20-25 лет (u условинх, что nримерно 10-13% газа
остается в пл <1стс).
IЗ силу того, что основные rilзouыe месторождении России llа
ходнтсн вдали от основных потребителей и газ нельзн н достато•I
ном количестве трансnортиронзть только за счет nластового лuв
леllин, nодача природного газа н uентра.1ьные и ГIJюмышлеllные
5
раi'юны стр<t11ы. а также в бmiЖIICC 11 ш1лы1се Jарубсжьс осущестн
Шiстсн 110 M<liiiCip<!!IbllblM ПIЗOII\IOIIO}\aM раЗЛИЧIIОГО llllaMCTpa С
помошыо гaзoiicpcК<I'IItllaiOIШIX <tгрсгатов, устанав:н1ваемых 11а
KOI\IIIpcccopiiыx станшtнх через каж;tые 100-\50 км.
При IIaJLeiiии пластоiюi·о ;щuлсниs1 1·аза на месторождениях око;ю
н11х стронт так 11азыuаемые дo.JIC/l.HIIЬ!e компрессорflые cma11цuu, mc
I\aHЛCIIIIC ГаЗа IICpeд ПOJla'IeЙ его Н МаГИСТр<UlЬНЫЙ ГЮОП(ЮLIОД ГIОЛ
НИМаСТСН до уrюв11н 5,5-7.5 МП<t.
Именно зяесь, около п1зовых месторожлс11нй, IIOJHИK<teт олн<t
из первых r1роблсм, свнзанная с эффективностью работы uccii
газотранспортноii системы стр<tны. Стремление к повышению
добычи га1а во что бы то ни стало привод1п к отклонс11ию от оппtмалi,IIОГО режима работы скuажины, рюрушению се при забоi1но~i зоны 11, как следстuис, выносу излишнего количе ства песка 11 разрушенноii породы на поверхность. В свою оче рею, :но вызынает необходимость в обеспечении повышенной
очистки газа от песк<t и шлаl\1<1 перед полачей его в газопровод.
Трудносп1 с обеспечением качественной очистки и nодготов
ко!i газа к транспорту на головных комnрессорных станциях
нриводнт к необходимости устанавливать очистные устройства на каждоii последуюшей CTJHUИI1, чтобы, по возможности, из
бежать из11оса газотранспортного оборудования компрессор
IIЫХ станций, СIIизить загрязнсн11с проточноii части газопро нода, yucJHI'IИU тем самым его пропускную способность, и зна
читс;Iыю CIIИЗIIТL, затраты энсрп1н 11а перекачку тр<tнспорти
руемого гю<t.
Вес это свидетельствуст о том, что транспорт гюа н<t большие
расстояния прсдстаuляет собой весьма сложную техническую за ШI'Iу, от решсннн которой во многом зависит развитие газовоi'I
промышленносп1 11 экономики страны в целом. а сама Компрес
сорнан станвин - это сложное инженерное сооружение, nризван
IIОС обссrн~чивать все основные технологичсск11е процессы по под
готоuке и транспорту природного г;э.за.
Режим работы современного крупного г<tзоnроuода хар<tк
теризустся нер<tв11омерностью подачи газа как в течение года,
так и из года в год. В зимнее время газопроводы работ<tют, как nравило, в режиме максимальной подачи газа, а в летнес врс
мн, когда nотребление газа снижается,- в режиме минималь
ной 110д<tчи газа.
6
Оборулоuа1111С 11 обнизка KO\IItpeccopllыx cтatlttllii 11p11Ctюco6-
:Iclll•l, в ollpcлeлCIIIIOii ~1срс. к IICpC~ICIIItoмy режиму рабо1н l·a·ю llpouoлa. Кот1чеслю газа. 11срска•111Васмого чсрсJ ком11рсссор11ую
CTaHILИIO, рсгуЛ11руСТСИ 1\KJIIO'ICIIIICM11 OTKJIIO'ICIIIICJ\1'IIICJI;tрабта
ЮЩИХ 1а:юперска•1иваю1шtх агрстатов, IIJMCIICIIttcl\1 частоты вра
ШСIIИИ IIСIIТробсжного l!aгt!eтalcmt ,-,па и т. п. Ою1ако во всех cJJy- 'I<HIXСТрС~НПСИ К TOI\Iy, ЧТООЫ !IC06XOJIII\IOC KOJIII'ICCТI\0 !<На IICpc-
кa•laTb Mef!ЫLJIIM 'IIICJIOM aгpC!aTOII, 'ПО. CCICCТIICIIIIO, llpli!IO!llll К
\lel!bllJCMY paCXOJlY TOIIJIIII\1101'0 1·аза 11<1 II}'Жlll>l IICJ1CK<I'IKII 11, как
слсдслнtс, к yвcJIII'ICIIИIO I!Oll<t'llt 1ouap110to t·aJa IIOipcбитc:I}t\1.
Ce·юl!!ll>IC кo:tcбalltHt в tiO,'ta•tc taJa 110 IaJo!lpoвoлy. и·J-Ia !!Cpati-
I!Oмcptюl·o noтpcбnci!ШI Н TC'ICIIIIC 1o:ta IIJIO~Il>IIIIJICIIIIЫ\111, KO\I\Iy- l!<l.JIЫI0-6ЫTOBЫMII И друГИМИ IIOTpcбti!CJIН\111, 11J1111IO)l}IT К i!Cp<111110- \1Cp110\IY испол1.зова1111ю ycтaнoв,'ICIIIIOI о обору;юва1111И, ct о IIJIOcтoю, CII!IЖCIII110 CpCдHCГO,'lOBOii 1<11T>YЗKII laJOIICpCK<I'II11\<ll011lll.\<ll- pcгaTOB И, КаК C.JieдCТIJIIC, llepcpaCXO,'lYTOIIJIIIIJIIOIO la·Ja 11 pc-Jy.'IIII<!- TC OTI<..ilOIICIIШI peЖli~IOU ра601 Ы CT<ll!llllll ОТ OIITil\la:IЫIЫX.
Колебанин \lcж;ry \laкcllчa:Iыtoii IIOJl<t'lcii1aJa 11 HШI!tlii 1н:р11о.t
11 1\IIIIIИJ\IaJIЫIOii IIO,bl'ICiiСГО 1J .lCTI!IIii 110 o·I;Ic;lt,!IJ..,I\1 Ia·JOIIJIOIIOJla\1
\ЮЖСТ ;юсп1гатL> вc:III'IIIIIЫ 1.5--2.0. Пр11 так11х кo;lcбaiiHSI.\ 11 IIO,'ta-
чc га"Jа 110 K0\1ПpcccopiiOi.l cтaiiilllll ко:1сба1111Н в ·1атратс ~ЮIIli!OCIII
а1·рсгатов 11а 11срскачку га'Jа .1ОСП1гают t!CJII1'11111Ы IJOP}I;tкa 4.0--6.0,
'ITO,CCTCCTHCIIIIO, ПpiiiiOДIIТ К HC;LOИCIIOoii>JOB<liiiiiO }'CiilllOII:ICIIIIOii
:\IOШIIOCПI KO,\IIIJ1CCCOpiiOii CT<l!lllllll, рабо!С at·pclaiOB IIJ111 'I<ICHI'I- III>IX нагружах и, как С1С.1СПНIС. псрсрасхолу :тсрп1и 11а IIYЖ'll·l
псрекачки.
Од11им 111 способон cтaбlt.lll'J<tllllll пола•111 га-за 110 гa·юiiJ10LIO,'t<t\l
в течение года нu:1нстсн. в •1астности. сооружс111tс 11 IICIIO.'ti,JOBa-
шte ПОДЗСМIIЫХ XJ1<1HIIJIIIIJI U paiiO!I<1X СГО кру1111010 1101pc6;1CIIJI}I.
Прн HaJHIЧИII IIOJJC\IIIЫX xpallll,'IIJШ 11 :1етн11ii IICpllOJl 11 1111х ·Jака
чивастсн оnре:rеленнос ко~111чсстuо 1·aJa. а ЗII.\Юi'l. ко1ла IIOtpcбllocл, в 1·азс возрастает. IIJ10IICXOJIП отбор 1аза 1п xpa1111..'111lll.
Нарнду с :.>Tit\1, в yc:IOUIIHX, когза 1aJ исrю;Jьзустоl как TOit-
ЛIIt.IO 11<1 ТСПЛОВЫХ J;ICKTJIOCT<IIIШIHX, 11\)11 O!lpC;Ie;ICIIIIЫX !.!СНаХ 11<1 :meprOHOCiiTC!III, BOJJ\IOЖCH 11 такоii peЖII~I рабОЛ>I: 11 'JII\IlllliiIIС
риод ко~шрессор11ыс cгal!Llllt1 по;u1ют ra'JoctiOIIIIЫ\1 rютрс611тс ю1м, тсnлонан электростанш1я работает либо на Ж11дКО~1, либо
на твердом тоrJливе, et в летниii период эксп:1уатаLtии. nри Оllрс
делснном избытке природ11ого газа, э,1ектростаннин \tожет IIС
рсхолить на гю.
7
На компрессорных станниях ОАО <<Гюпром•> в нZ~стояшее вре
мя u эксплуаташ1и находится более 4000 ГПА различных типов с
обшеii устаiюшtеllной мощностыо сuыше 41 млн кВт. НZ~иболь
шиii удсльныii вес в структуре парка ГПА имеют при :лом газо
турбинные Zlгрсгаты -около 74% (из которых примерно 66% вы
ПОЛIIСIIО на базе станионарных гZ~зотурбинных установок и около
34% - на базе аuиаuионных и судоuых).
Электроttриво;шые ГПА состаDляют почти 18,5%, а газомото комllрессоры (поршttе13ые компрессоры с приводам от двигателей внутреннего сгорания, работаюшие на газе) - около 7,3% от об
щего числJ установленных агрегатов.
По YCTZIIIOШieltHOЙ MOЩIIOCПI газотурбинные агрегаты COCTZILI-
ШIIOT примерно 86% от обшей мощности всего пщжа агрегато13; электроприводвые - около 13%, а газомотокомпрессоры - 1%.
КСТZIШIОНарным газотурбинным устанонкам, спеuиально
спроектированным для использовZ~ния на газопроводах, отно
снтся установкн Уральского турбомотарного завода (УЗТМ): ГТ-6-750, ГП~-6. ГТК-16, ГТН-25; Невского машиностроитель ного заuода им. IЗ.И. Ленина (НЗЛ): ГТК-5, ГТ-700-5, ГТ-750-6. ГТК-10-2, ГТК-10-4, ГТНР-10, ГТК-16, ГТН-25. На КС эксплу
атируются и стаuионарные устаноuки импортного произuодства
типа ГТК-IОИ (MS-3000) и ГТК-25И (MS-5000), выпускаеl\1ые по mщензии фирмы <<Дженерал Электрик•> (США), а также уста нонки типа <<Аврора•>, <<Дон- 1, -2 и -3•>, изготовленные Брненс ким заводом (г. Брно, Чехия).
К ;:шиаприводным относятсн ГПА, где приводам нагнетателя яuляется гJзовая тypбtttia авиzшионного типа, спеuиально рекон струироваttНШI для использования на компрессорных станuиях. К
установкам этого типа следует отнести ГПА-U-6,3; ГПА-U-6,3/76
н ГПА-U-6,3/125 с днигателем НК-12СТ, ньшускаемые Самарс ким моторастроительным объединением им. Фрунзе и Сумсю11\t машиtюсrроительным объединением. Последним осушествляетсн
и сборка ГПА типа ГПА-U- 16 с двигателем НК16СТ, выпускае
мым Казанским моторастроительным объединением.
Типы и характеристики газотурбинных агрегатов, используе
мых на газопроводах, приведеныв табл. 1.
К ttреимушсствам ГПА с газотурбинным типом приuода следу
ет отнести: uысокую удельную мошность на единицу массы, uоз
можность регулировании подачи технологического газа за счет
изменения частоты врашенил силовой турбины, относительно
8