Применение газозаправочного оборудования на объектах магистральных газопроводов

В статье показана возможность применения отечественного оборудования в технологии подготовки КПГ для использования в качестве моторного топлива. Речь, в частности, идет об использовании газозаправочного оборудования производства ООО Объединение «Компрессор» (г. Пенза) на пунктах заправки автомобилей газом при разработке проектов, инвестируемых ПАО «Газпром», а также в проекте «Реконструкция компрессорных станций системы газопроводов Северный Кавказ -Центр на участке Привольное - Моздок».

__Ключевые слова:

стационарные модули, газомоторное топливо, эффективность импортозамещения, компрессорные установки.

И.Р. Ганиев, исполнительный директор ООО Объединение «Компрессор» (Пенза), И.Ф. Малёнкина, к.т.н.,

И.М. Коклин, профессор, зав. филиалом кафедры РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, д.т.н., А.М. Короленок, профессор, зав. кафедрой РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, д.т.н., Л.И. Кугрышева, доцент, инженер Невинномысского отделения Центра подготовки кадров ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», к.т.н.

ак в промышленности страны в целом, так и в газовой отрасли в частности остро стоят вопросы повышения эффективности работы за счет применения отечественного оборудования. Особо это значимо для разработки антикризисных мер по укреплению экономики и социальной сферы.

Компрессорные заправочные модули ООО Объединение «Компрессор» изготавливаются в стационарном исполнении (МКЗ) и передвижном (МКЗ П). Стационарные модули нашли широкое применение на магистральных газопроводах ПАО «Газпром» (табл. 1).

Передвижные заправщики - важное технолого-энергетическое звено передвижных автогазозаправщиков (ПАГЗ), которым отводится значительная роль в развитии региональных систем [1].

Модули предназначены для установки на объектах системы ПАО «Газпром», в которых располагаемый потенциал избыточного давления природного газа находится в пределах 3,0...7,5 МПа [2]. В перспективе они могут найти широкое применение для сельхозмашин с использованием компримированного природного газа (КПГ) [3].

На фото показан заправочный модуль, смонтированный на КС «Сальская» ООО «Газпром трансгаз Ставрополь».

На этой станции исследованы режимы работы, определяющие производительность установки в зависимости от входного давления на КС, выполнен анализ загрузки, подготовлены предложения по ее увеличению за счет роста ведомственного транспорта, а также возможности заправки автомобилей работников КС.

Таблица 1

Места эксплуатации стационарных модулей

Наименование Место эксплуатации

МКЗ-50 М1 У2 Пензенское ЛПУ МГ, с. Старая Каменка

МКЗ-50 М1 У2 Шеморданское ЛПУ МГ, ГКС «Арская»

МКЗ-50 М1 У2 ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», Привольненское ЛПУ МГ, ГКС «Сальская»

МКЗ-50 М1 У2 СПК «Воронежский», с. Б. Кузьминское, Владимирская обл.

МКЗ-50 М1 У2 Волгоградское ЛПУ МГ, п. Комсомольский

МКЗ-50 М1 У2 Новгородское ЛПУ МГ, Валдайская промплощадка

МКЗ-50 М1 У2 ЛПУ МГ «Торжокское», ГКС «Мышкинская»

МКЗ-50 М1 У2 Можгинское ЛПУ МГ, г. Можга, Удмуртия

МКЗ-50 М1 У2 Ольховское ЛПУ МГ, с. Ольховка, Волгоградская обл.

МКЗ-50 М1 У2 Котельниковское ЛПУ МГ, г. Котельниково, Волгоградская обл.

МКЗ-50 М1 У2 ООО «Газпром трансгаз Ухта», ГКС «Вуктыльская», Республика Коми

МКЗ-50 М1 У2 Жирновское ЛПУ МГ, Волгоградская обл., п. Линево, КС «Жирновская»

МКЗСА-50-2 У1 Усть-Бузулукское ЛПУ МГ, станица Усть-Бузулукская, Волгоградская обл.

МКЗСА-50-2 У1 Калачеевское ЛПУ МГ, г. Калач, Воронежская обл.

МКЗСА-50-2 У1 Барабинское ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Томск», Кожурлинская ГКС, г. Братск, Иркутская обл.

МКЗСА-50-2 У1 Барнаульское ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Томск»

МКЗСА-50-ВП У1 Комплекс автозаправок корпорации «РОСНЕФТЕГАЗ», ЯНАО, г. Новый Уренгой

МКЗСА-100/30-250-2 У1 Иркутское ЛПУ МГ, Братская промплощадка

МКЗСА-150/12-100 У1 Площадка РЭП г. Цхинвал, Южная Осетия

МКЗСА-50 ВП-2 У1 Бабаевское ЛПУ МГ, газопровод «Северный поток»

МКЗСА-50 ВП-2 У1 ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», КС Портовая, газопровод «Северный поток»

МКЗСА-50 ВП-2 У1 КС Елизаветинская, газопровод «Северный поток»

МКЗСА-50 ВП-2 У1 КС Волховская, газопровод «Северный поток»

МКЗСА-50 ВП-2 У1 КС Шекснинская, газопровод «Северный поток»

МКЗСА-50 ВП-2 У1 КС Пикалевская, газопровод «Северный поток»

МКЗПА-50 У1 (ПВиАГ) Краснотуринская автоколонна Югорского УТТиСТ

Заправочный модуль на КС «Сальская»

НП «Национальная газомоторная ассоциация»

Импортозамещение

жиж

\

Благодаря использованию КПГ на промплощадке КС «Сальская» высвобождается до 70 тыс. л жидких топлив, при этом снижается себестоимость пробега, и экономия расходов на топливо достигает 500.700 тыс. руб./год [4,5].

Произведены расчеты экологической составляющей использования КПГ в качестве моторного топлива на ГКС «Сальская», которые подтвердили эффективность эксплуатации АГНКС [6].

Резкий рост цен на жидкое топливо за последние годы вызвал повышенный интерес к компримированному природному газу. С учетом того, что использование КПГ имеет целый ряд преимуществ (в частности, приводит к улучшению экологии, долгосрочно обеспечивает транспорт и сельскохозяйственную технику дешевым, но пока еще труднодоступным видом топлива, а также снижает затраты предприятий на его приобретение),

следует считать, что расширение сети АГНКС является стратегической государственной задачей.

Одновременно с этим развитие и строительство АГНКС в РФ ставит перед производителями данного оборудования все новые требования. Полномасштабное серийное производство такой продукции на российских предприятиях повышает требования к ее качеству, потребительским свойствам и безопасности при эксплуатации.

С момента выпуска первой компрессорной установки высокого давления для сжатия метана до 25 МПа Объединением «Компрессор» прошло уже почти 20 лет, а первой модульной АГНКС под маркой МКЗ-50 - 15 лет. Об экономических и эксплуатационных показателях этого модуля можно судить по данным, полученными в период наблюдения ООО «Газпром трансгаз Казань» (табл. 2).

Таблица 2

Экономические и эксплуатационные показатели заправочного модуля МКЗ-50

Наименование Годы

2002 2003 2004 2005 2006

Наработка, ч 523 737 819 843 866 3788

Реализовано КПГ, тыс. м3 122 217,374 272,47 272 250,173 1134,017

Производительность компрессора, м3/ч 233,3 294,9 332,7 322,7 288,9 299,4

Давление всасывания, МПа 5,3 5,3 7,25 7,25 7,25 -

Давление нагнетания, МПа 19,6 19,6 24,5 24,5 24,5 -

Работа с аккумулятором газа Нет Да Да Да Да -

Число заправок, тыс. 4,16 6,464 7,521 7,595 7,144 32,885

Расход масла, кг/год 4,7 7,5 8,8 9,4 9,5 33,9

Удельный расход масла кг/1000 м3 0,0043 0,0034 0,0030 0,0031 0,0035 0,0033

кг/ч 0,0090 0,0102 0,0107 0,0112 0,0110 0,0105

Расход электроэнергии (с учетом затрат на привод электродвигателя, освещение площадки, отопление операторной и др. нужды), кВт-ч 22989 32960 37660 36380 38400 168389

Удельный расход электроэнергии кВт-ч/1000 м3 188,4 151,6 138,2 133,8 153,5 148,5

кВт-ч/ч 44,0 44,7 46,0 43,2 44,3 44,5

Данные эксплуатационных испытаний модулей в ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» и ООО «Газпром трансгаз Казань» позволили разработать технические условия на модернизацию ряда узлов и систем.

Изначально, при формулировании технического задания совместно с ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Объединение «Компрессор» придерживалось следующих позиций - компрессорная установка должна быть как можно более простой, иметь наилучшие эксплуатационные характеристики, эргономику, высокий показатель безопасности и удовлетворять следующим требованиям:

1. Компрессор должен иметь как можно более простую систему смазки криво-шипно-шатунного механизма. Данное требование было направлено на упрощение конструкции установки.

2. Система смазки цилиндров и сальников по возможности должна отсутствовать совсем, а в качестве поршневых и сальниковых колец должны использоваться фторопласт или материалы на его основе.

3. Наличие воздушного охлаждения цилиндров и сальников. Это решало сразу несколько задач - упрощало конструкцию и технологию изготовления компрессора и в целом установки, снижало текущие расходы при эксплуатации и себестоимость оборудования.

4. Система смазки кривошипно-ша-тунного механизма должна присутствовать в виде смазки разбрызгиванием (масляный туман) находящегося в картере компрессора масла.

Кроме вышеизложенного, требовалось также применение воздушных одноконтурных газоохладителей.

Итак, с учетом этих подчас противоречивых требований и была создана модульная компрессорная установка под маркой МКЗ-50 У1, ставшая прародительницей всей линейки компактных компрессорных установок высокого давления для АГНКС.

Надо заметить, что водородные компрессорные установки производства ООО Объединение «Компрессор», разработанные на базе вышеописанного компрессора, показывают высокую надежность. Достаточно сказать, что в результате гидроудара, полученного из-за неотрегулированного технологического процесса на нефтеперерабатывающем заводе, потребовалось заменить только штоки поршней и их крепление (поршни и зеркала цилиндров не пострадали), после чего компрессорная установка была восстановлена.

За 18 лет эксплуатации компрессорных установок ООО Объединение «Компрессор» получены положительные отзывы и замечания с предложениями по доработке некоторых узлов. Например, вместо пары палец-шток в шатунно-поршневом узле было внедрено шарнирное соединение, немного усложнившее конструкцию крейцкопфа, но при этом увеличившее надежность и ресурс соединения.

Для повышения надежности модуля в целом и снижения риска аварий было принято решение оснащать компрессорную установку системой вибромониторинга, которая предназначена для остановки компрессора и подачи сигнала аварии при превышении допустимого уровня вибрации. Тем самым данная система предотвращает дальнейшее разрушение узла, повышенная вибрация которого была зарегистрирована, и позволяет избежать гораздо более сложного ремонта.

Внедрение системы контроля уровня масла позволяет не допускать перегрева и разрушения подшипников в результате масляного голодания.

С мест эксплуатации объектов, находящихся в районе Крайнего Севера, приходят предложения оснастить компрессор системой подогрева масла путем установки в картер теплоэлек-тронагревателя или греющего кабеля.

НП «Национальная газомоторная ассоциация»

т у

Импортозамещение

m\\\\\\\\\\\\\\\\\v

Таблица 3

Сравнительные характеристики оборудования производства Объединения «Компрессор» и КапоЬох фирмы GaШeo

Технические Galileo Объединение «Компрессор»

характеристики Nanobox МКЗ СА-50 2У1 МКЗ СА-100/30-250-2У1

Суточная производительность, м3/день 3000 5760 10800

Длина, мм 2360 2500 2500

Ширина, мм 870 2000 2000

Высота, мм 2040 2400 2400

Общий вес, кг 2090 3200 3200

Компрессорный блок

Тип компрессора Без масла, без соединительных стержней 2ГУ2-0,05/20/200-250 У1 поршневой, У-образный, без смазки цилиндров 2ГУ2-0,1/30/100-250 У1 поршневой, У-образный, без смазки цилиндров

Число ступеней 2...5 ступеней (в зависимости от входного давления) 1.2 ступени (в зависимости от входного давления) Двухступенчатый

Потребляемая мощность, кВт 22 12 20

Частота вращения, мин1 1500.1800 985 985

Разгрузка на всех ступенях, Разгрузка на всех ступенях, Разгрузка на всех ступенях,

Система стартера автоматическое автоматическое воздушное автоматическое воздушное

воздушное охлаждение охлаждение охлаждение

Система охлаждения Автоматическое воздушное охлаждение Воздушная Воздушная

Автоматическая

Система смазки с помощью внутреннего масляного насоса Разбрызгивание Разбрызгивание

Напорные клапаны НоегЫдег Всасывающие Всасывающие

Клапаны компрессора и нагнетательные клапаны НоегЫдег и нагнетательные клапаны НоегЫдег

Входное давление, МПа От 0,002 до 6 2.10 2.10

Максимальное рабочее давление, МПа 25 25 25

Привод

Привод Электродвигатель Электродвигатель Электродвигатель

Мощность, кВт 22 22 37

Частота вращения, мин-1 1500/1800 1500 1500

Частота, Гц 50/60 50 50

Напряжение, В 380/440 380 380

Стартер Система мягкого старта Нет Нет

Сцепление Прямая сцепка Ременная передача Ременная передача

Система газовых аккумуляторов

Объем в литрах (водный эквивалент) 840 1600; 2400; 3200 1600; 2400; 3200

Полезный объем, м3 150 440; 600; 880 440; 600; 880

Рабочее давление, МПа 25 25 25

Заправочное устройство

Шланги 1 - 2 шланга высокой пропускной способности 1 каскад или непосредственно компрессором 1 каскад или непосредственно компрессором

Максимальная производительность, м3/ч 20 240 450

Метод наполнения Система 3-4-каскадных емкостей 1 каскад или непосредственно компрессором 1 каскад или непосредственно компрессором

Система клапанов Вращающиеся клапаны Galileo Шаровые клапаны фирмы «Гирос», электромагнитные клапаны фирмы «Сенсор» Шаровые клапаны фирмы «Гирос», электромагнитные клапаны фирмы «Сенсор»

Заправочный штуцер NVGl/вилка Устройство газозаправочное УГЗ-08М Устройство газозаправочное УГЗ-08М

Заправочные шланги Внутренний диаметр 3/8 дюйма, длина 3,5 м CNG1 В сборе с разрывной муфтой, 3,5 м В сборе с разрывной муфтой, 3,5 м

Идентификация транспортного средства Встроенная RF-система Нет Нет

Блок программного управления

Блок программного управления 25,8 MHz 1,6 GHz 1,6 GHz

Память 8 Mb SRAM 1 Gb DDRII 1 Gb DDRII

Backup батарея Есть Есть Есть

Дисплей 5,6 дюйма, графический 17 дюймов, жидкокристаллический 17 дюймов, жидкокристаллический

Разрешение 320x240 синий/белый экран 1/4 VGA 1280x1024 1280x1024

Метод ввода данных Сенсорный экран Сенсорный экран Сенсорный экран

Передача данных

Технология BlueTooth Modbus Modbus

Стандартный сетевой порт Ethernet Ethernet Ethernet

Интернет-сервер Графический интернет-сервер Netscape/Explorer 6/0 совместимый Explorer Explorer

Контрольные сенсоры

Давление На входе; выходное 1-й ступени; выходное 2-й ступени; выходное 3-й ступени; выходное 4-й ступени; выходное 5-й ступени; в каскадных емкостях; заправки На входе; выходное 1-й ступени; выходное 2-й ступени; в аккумуляторе; заправки На входе; выходное 1-й ступени; выходное 2-й ступени; в аккумуляторе; заправки

Температурные датчики Масла/корпуса Газа на входе, нагнетании 1 и 2 ступеней, на выходе масла в картере Газа на входе, нагнетании 1 и 2 ступеней, на выходе масла в картере

Контроль уровня Масла Масла Масла

Управление приводом Текущий контроль; активная мощность; реактивная мощность; коммутатор И Текущий контроль Текущий контроль

Управление заправкой Поток, объем, температура, плотность Поток, объем, температура, плотность Поток, объем, температура, плотность

Стоимость, руб. 5.400.000 10.200.000 14.000.000

НП «Национальная газомоторная ассоциация» (НГА) ijpil

"^еоци»^

Импортозамещение

m\\\\\\\\\\\\\\\\\v

Это позволит уйти от использования зимнего и летнего масла и дать возможность применять одну универсальную марку, хотя и увеличит себестоимость изготовления. На данный момент подогрев масла обеспечивается за счет подачи горячего воздуха под картер компрессора.

В табл. 3 приведены сравнительные технико-экономические показатели отечественного оборудования, изготавливаемого ООО Объединение «Компрессор», и модуля Nanobox фирмы Galileo (Аргентина).

На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Текущая экономическая ситуация стимулирует предприятия ТЭК использовать оборудование отечественных производителей, предоставляя им более гибкие и выгодные формы подачи документов на тендер и оплаты поставленного товара, но вполне обоснованно предъявляя требования к качеству, надежности и безопасности.

2. Данные эксплуатации компрессорных заправочных блоков, изготовленных ООО Объединение «Компрессор», подтверждают их эффективность и надежность.

3. Проведенный технико-экономический анализ отечественного оборудования позволяет рекомендовать его к использованию на объектах ПАО «Газпром», в частности, на компрессорных станциях, реконструируемых по проекту системы газопроводов Северный Кавказ - Центр на участке Привольное - Моздок.

4. В целях поддержки отечественного производителя в рамках промышленной политики страны и с учетом выполнения законов и принятых решений (Закон № 261, Распоряжение Правительства РФ от 13.05.2013 г. № 767, протоколы совещания у председателя совета директоров ПАО «Газпром» от 09.02.2013 г.) необходимы разработка и принятие экстренных мер по практическому внедрению на объектах ПАО «Газпром» подобного оборудования.

_ Литература

1. Коклин И.М., Потапенко М.С, Малёнкина И.Ф. Развитие региональных систем газоснабжения для обеспечения потребителей газомоторным топливом // АГЗК+АТ. - 2013. - № 5. - С. 18

2. Яшин В.В. Основные эксплуатационные показатели станции МКЗ-50 с высоким входным давлением. НТС ОАО «Газпром», июнь 2009 г.

3. Савельев Г.С. Проблемы перевода на КПГ автотранспортных средств и сельскохозяйственной техники в дочерних обществах ОАО «Газпром». НТС ОАО «Газпром», июнь 2003 г.

4. Коклин И.М., Потапенко Е.С., Штепа М.В., Малёнкина И.Ф. Использование мини-АГНКС на компрессорных станциях // Транспорт на альтернативном топливе. - 2010. - № 6. - С. 61-63.

5. Коклин И.М., Потапенко Е.С., Потапенко М.С., Штепа М.В., Пономарёва А.А. Компрессорные заправочные на магистральных газозаправках - путь к снижению затрат // АГЗК+АТ. - 2011. - № 1. - С. 3-6

6. Коклин И.М., Потапенко Е.С., Морозова А.М., Штепа М.В. Эколого-эконо-мическая эффективность эксплуатации мини-АГНКС на магистральных газопроводах // АГЗК+АТ. - 2011. - № 6. - С. 12-13.