Аналитика - Актуальный вопрос

Опыт эксплуатации ГПА-4РМП производства ОДК в составе Калининградского ПХГ

20.12.21 16:06

Новые подходы при строительстве подземных хранилищ газа в соляных кавернах потребовали нестандартного мышления от поставщиков оборудования. Компания «ОДК – ГТ» (входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха) предложила «Газпрому» современное решение.

На Калининградское ПХГ были поставлены шесть агрегатов c поршневыми компрессорами. Впервые в отечественной практике для хранилищ газа в разработана модификация агрегата - ГПА-4РМП. Сегодня компрессорная станция Калининградского подземного хранилища газов, созданная на базе газоперекачивающих агрегатов рыбинского предприятия «ОДК-Газовые турбины» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Ростеха) надежно обеспечивает регион голубым топливом. В 2025 году количество резервуаров для хранения газа в Калиниградской области планируется увеличить до 14, тем самым будет достигнута проектная мощность: объем оперативного резерва газа – 800 млн куб. м.

«Газпром» уделяет особенное внимание развитию газоснабжения самой западной территории России — Калининградской области. Напомним, как все начиналось. В сентябре 2013 года состоялся торжественный ввод в эксплуатацию первой очереди Калининградского ПХГ. Газ в Калининградском ПХГ хранится в соляных кавернах - подземных пластах, из которых вымыта соль.

В 2017 г. были введены в эксплуатацию два новых подземных резервуара на подземном хранилище газа, что увеличило объем оперативного резерва газа в ПХГ более чем в два раза — с 70 до 156 млн м³. Построено два газопровода-отвода к новым электростанциям в городах Гусев и Советск. ПХГ подключено к введенному в эксплуатацию в 2019-м году терминалу по приему, хранению и регазификации сжиженного природного газа в Калининградской области.

Подземные хранилища газа позволяют оперативно вводить режимы закачки и переключаться на режимы отбора газа. Это дает больше возможностей для наиболее полного обеспечения топливом всей области. Опыт создания таких хранилищ в соляных пещерах Газпромом был применен впервые, сейчас он используется при строительстве аналогичных объектов в России.

Цель создания ПХГ – обеспечить запасы газа для покрытия суточной и сезонной неравномерности потребления, а также его резервирования на случай аномально холодных зим, а также возможных аварий.

Новые подходы при строительстве подземных хранилищ газа потребовали иного мышления и от поставщиков оборудования для таких объектов. Компания «ОДК – ГТ» (входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха), являясь комплексным поставщиком эффективного энергетического и газоперекачивающего оборудования, предложила ПАО «Газпром» современное решение.

Для применения в подземных хранилищах газа на предприятии серийно изготавливается газоперекачивающий агрегат ГПА-4РМ номинальной мощностью 4 МВт. Впервые в отечественной практике разработана модификация агрегата - ГПА-4РМП. Это комбинированный газоперекачивающий агрегат с газотурбинным двигателем в качестве привода поршневого компрессора.

Он создан специально для объектов, где требуется работа в широком диапазоне давлений при высоких степенях сжатия природного газа, в том числе для ПХГ в отложениях каменной соли.

К преимуществам ГПА-4РМП с поршневым компрессором относится:

а) возможность работы с высоким КПД практически в любом диапазоне изменения отношения давлений;

б) простота регулирования производительности;

в) отсутствие сложных антипомпажных систем.

Режимы работы подземного хранилища газа в соляных кавернах достаточно широки. В процессе наполнения резервуаров газ закачивается большими объемами с относительно низким давлением. По мере наполнения объемы газа снижаются, а давление растет.

Например, для Калининградского ПХГ поршневые компрессоры в составе ГПА-4РМП работают при степенях сжатия от 1,2 до 10,7. Центробежные лопаточные машины в таком режиме являются низкоэффективными, так как ограничены зоной устойчивой работы, границей помпажа, что требует постоянной смены проточной части при существенном изменении параметров работы. Таким образом, применение поршневого компрессора является наиболее эффективным решением.

С другой стороны, в качестве привода для ГПА-4РМП применяется именно газотурбинный двигатель, который обеспечивает весь диапазон работы ГПА-4РМП по потребляемой мощности поршневого компрессора (от 1 до 4 МВт) в зависимости от режимов закачки/отбора газа. Для сравнения: поршневой двигатель, как правило, не рекомендуется запускать с нагрузкой менее 50 % на продолжительное время, иначе неминуем выход его из строя. Кроме того, ГТД сопоставимой мощности имеет гораздо меньшие габариты, массу и низкий уровень вибраций, чем газопоршневой двигатель, в результате заказчик может значительно сэкономить на фундаментах и общестроительных работах.

Применение на компрессорной станции комбинированного ГПА-4РМП позволяет совместить в одном агрегате преимущества поршневого компрессора и газотурбинного двигателя. Для России это абсолютно новая техника. Предприятию «ОДК-Газовые турбины» удалось решить главную задачу при проектировании такого оборудования – соединить два принципиально различных агрегата в единое целое.

На сегодня ГПА-4РМП можно считать предпочтительным вариантом оснащения ПХГ в соляных кавернах. На Калининградское ПХГ поставлены шесть агрегатов c поршневыми компрессорами. Они позволят обеспечить развитие Калининградского ПХГ до проектного активного объема 800 млн м³ газа.

Среди преимуществ поршневого компрессора (относительно центробежного) нужно отметить:

возможность работы с высокими значениям отношения давлений в одной ступени сжатия (до З и более) - одна ступень ПК может выполнять работу 9 ступеней сжатия ЦБН;
высокие значения адиабатического КПД (0,82...0,87) по сравнению с ЦБН (0,76...0,81);
возможность работы с высоким КПД в широком диапазоне изменения отношения давлений;
простота регулирования производительности, в т.ч. отсутствие сложных антипомпажных систем;
низкая чувствительность к изменению температуры и плотности газа на всасывании.

Основные параметры ГПА-4РМП

В качестве привода поршневого компрессора в составе новой модификации ГПА-4РМП применяется высокоэффективный сертифицированный газотурбинный двигатель ГТД-4РМ, серийно производимый ПАО «ОДК - Сатурн». Привод имеет номинальную мощность 4,1 МВт и КПД 32,4 % (согласно ISO). Газогенератор двигателя включает осевой однокаскадный 9-ступенчатый компрессор, кольцевую прямоточную камеру сгорания и осевую реактивную двухступенчатую турбину высокого давления. К газогенератору пристыкован модуль двухступенчатой силовой турбины. В нижней части переднего корпуса компрессора крепится коробка агрегатов двигателя. Частота вращения газогенератора – 14 440 об/мин, расход воздуха – 21,7 кг/с, степень сжатия компрессора – 12,1.

Компоновка ГПА-4РМП выполнена с использованием готовых модульных решений (блок ГТД, электротехнический блок, маслоблоки и др.). Учитывая габариты поршневого компрессора и необходимость размещения и обслуживания систем редуктора и поршневого компрессора, отсек компрессорной части ГПА-4РМП выполнили ангарным.

Базовый комплект поставки агрегата ГПА-4РМП включает:

газотурбинный двигатель ГТД-4РМ на раме;
блок ГТД с системами освещения, отопления, вентиляции и т.д.;
блок электротехнический, в том числе отсек НКУ - шкафы РУ-04;
отсек САУ - шкафы системы управления МСКУ 5000;
всасывающий тракт ГТД с комплексным воздухоочистительным устройством и шумоглушением;
тракт выхлопа - дымовая труба со вспомогательным шумоглушителем и котлом-утилизатором (при необходимости);
подсистема топливопитания, блок фильтров, расходомер (при необходимости) и регулирующая арматура;
аппараты воздушного охлаждения масла для ГТД, редуктора и компрессора;
ангар под компрессор.

Уникальные технические характеристики ГПА-4РМП предполагают и более широкое их применение. В частности, это оборудование способно решить проблемы добычи на низкодебитных месторождениях газа, где наблюдается падение пластового давления. Эффективно использование ГПА-4РМП и при строительстве дожимных компрессорных станций на газопроводах попутного нефтяного газа.

Таким образом, выполнив техническое задание «Газпрома», предприятию Ростеха удалось не только помочь своему партнеру решить государственную задачу бесперебойного снабжения регионов газом, но и создать уникальное оборудование дополнительного спектра применения.

Фото ПАО «Газпром»