CC BY
168
Ключевые слова:
газораспределительная станция, проектная производительность, методы увеличения производственной мощности, резервы пропускной способности, технически возможная пропускная способность, техническое перевооружение, компьютерное моделирование.
УДК 621.644
Малозатратные способы увеличения производственной мощности эксплуатируемых газораспределительных станций
А.В. Белинский1, О.И. Ребров1*, С.Н. Речинский1
1 АО «Газпром промгаз», Российская Федерация, 142702, Московская обл., г. Видное, ул. Вокзальная, д. 23 * O.Rebrov@promgaz.gazprom.ru
Тезисы. В статье приведено описание двух новых малозатратных методов увеличения производственной мощности эксплуатируемых газораспределительных станций с высокой степенью фактической загрузки, имеющих ограничения по подключению новых потребителей. Первый метод заключается в выявлении и вовлечении в газоснабжение ранее незадействованных резервов пропускной способности станций без какого-либо их переустройства. Второй метод предусматривает устранение в ГРС локальных узких мест путем технического перевооружения - замены отдельных узлов новыми, более производительными. Оба метода предполагают широкое использование компьютерного моделирования и оптимизацию режимов работы ГРС.
Одной из основных характеристик газораспределительной станции (ГРС) является проектная производительность (0пр). Она устанавливает максимальный расчетный объем газа, который можно поставить потребителям через ГРС в расчетных условиях, заданных при проектировании станции. При оценке эффективности работы ГРС и степени ее загрузки принято соотносить фактически достигнутый объем поставки газа через станцию за последние несколько лет с Qпр.
Тем не менее особенности российского законодательства в области газоснабжения порой приводят к ситуациям, когда загрузка ГРС превышает ее Qпр. Так, потребители, чей максимальный перспективный часовой расход газа не превышает 300 м3/ч, не обязаны1 согласовывать с газотранспортными предприятиями техническую возможность поставки газа через подводящие магистральные газопроводы, газопроводы-отводы и ГРС. В этих случаях газотранспортные предприятия не имеют рычагов для ограничения подключения новых потребителей с учетом значения Ор эксплуатируемых станций. Число таких потребителей достаточно велико, поэтому в отношении многих ГРС (в последние годы это примерно 300 станций) суммарный расход газа в зимний период превысил 0 При этом зачастую потребители предъявляют дополнительный спрос на газ от этих ГРС. Эксплуатирующие организации в соответствии с законодательством о промышленной безопасности вынуждены отказывать им в технической возможности подачи газа и предоставлении технических условий на подключение (технологическое присоединение) объектов капитального строительства к системам газоснабжения (далее - ТУ).
Необходимо учитывать еще одну особенность законодательства, связанную с неполным выполнением потребителями выданных им ТУ (так называемая проблема «бумажного газа»). Большое число ГРС, по факту не достигших 100%-ной загрузки, ограничены для подключения новых потребителей. Это обусловлено тем, что потребители, ранее получившие ТУ, в реальности лишь частично используют заявленный в них объем газа. Юридический механизм перераспределения этих объемов существует, однако используется редко. Потребители, ранее получившие ТУ, но использующие их не в полном объеме, часто отказываются переуступать другим потребителям неиспользуемые лимиты на газ. Эксплуатирующие организации в соответствии
1 См. Правила подключения (технологического присоединения) объектов капитального строительства к сетям газораспределения / утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 30.12.2013 № 1314.
с правилами1 также вынуждены отказывать новым потребителям в подаче дополнительных объемов газа от таких станций.
До настоящего времени по таким ГРС, где объем фактической поставки газа (с учетом выданных ТУ) приближался к Qпр, запускался инвестиционный процесс, конечная цель которого состояла в реконструкции станции с целью увеличения ее производительности. Длительность процесса зависела от индивидуальных особенностей ГРС, однако в среднем срок проведения реконструкции от момента включения объекта в инвестиционную программу до его сдачи в эксплуатацию занимает три-пять лет. На практике реконструкция ГРС фактически означает строительство новой станции или полную замену основного и вспомогательного оборудования на новое.
Широкое распространение указанных проблем сдерживает реализацию региональных социальных и коммерческих проектов и развитие рынка газа, поэтому необходимо искать пути их эффективного решения.
В 2014-2015 гг. АО «Газпром пром-газ», ООО «Газпром трансгаз Москва» под руководством профильного департамента ПАО «Газпром» в рамках Программы научно-исследовательских работ (НИР) ПАО «Газпром» выполнили НИР, направленную на исследование проблем эксплуатации ГРС с превышением производительности, установленной в проектной документации. Получен имеющий важное прикладное значение результат: установлено, что повышение расхода газа через ГРС свыше паспортного (номинального) значения не означает, что ГРС эксплуатируется с нарушениями технологических ограничений или на запредельных с точки зрения промышленной безопасности режимах [1]. Другими словами, технически возможная пропускная способность (ТВПС) ГРС может быть существенно выше значения производительности, зафиксированной в проектной документации. Этот факт позволяет для многих ГРС, ограниченных для подключения новых потребителей, отказаться от «традиционной» полномасштабной реконструкции за счет более эффективного использования существующих резервов производственных мощностей.
В развитие выполненной НИР предложены два подхода к малозатратному увеличению пропускной способности действующих ГРС. Первый предусматривает выявление
резервов ГРС и вовлечение их в газоснабжение без какого-либо переустройства станций; второй - локализацию узких мест ГРС (элементов трубопроводной обвязки (ТПО), отдельных узлов оборудования), ограничивающих пропускную способность станции, и их устранение за счет технического перевооружения станции. Практическое применение этих подходов для действующих ГРС позволяет оперативно снять ограничения на подключение новых потребителей, увеличить объем реализации газа на внутреннем рынке, оптимизировать капитальные вложения в реконструкцию ГРС, увеличить загрузку производственных мощностей системы газоснабжения.
В настоящей статье рассмотрены основные результаты разработки и апробации предложенных методических подходов.
Методы и средства обоснования технически возможной пропускной способности эксплуатируемых ГРС
Под технически возможной пропускной способностью ГРС - ТВПС ГРС - будем понимать расчетное количество газа, которое может быть поставлено потребителям через эту ГРС с учетом ее фактического технического состояния, имеющихся технологических ограничений и режимов работы станции и смежных с ней участков системы газоснабжения. Существуют несколько причин, по которым значение ТВПС ГРС может превышать ее проектную (номинальную) производительность. Так, зачастую в ранее выполненных проектах задано единственное значение Qпр. Однако известно, что пропускная способность ГРС зависит от параметров газа и газового потока на входе и выходах станции, в частности, от давления, температуры, состава газа. Поскольку эти параметры меняются в процессе эксплуатации, то и пропускная способность ГРС не является величиной постоянной, а зависит от условий ее работы.
Например, для ГРС типа «АГРС-10» пропускная способность при уровне давления газа на входе/выходе 1,2/0,3 МПа составляет 11 тыс. м3/ч, а при уровне 5,4/1,2 МПа этот показатель достигает 38 тыс. м3/ч без нарушений нормального режима работы. Аналогично для ГРС типа «Урожай-2» при уровне давлений 1,2/0,6 МПа пропускная способность составляет 10 тыс. м3/ч, а при 7,4/1,2 МПа - 40 тыс. м3/ч. Фактически проектную производительность следует рассматривать не как максимально
возможную, а как номинальную производительность станции [1].
Другая причина заключается в том, что при проектировании и строительстве ГРС в основном используются типовое технологическое оборудование и технические решения, как правило, рассчитанные на большую пропускную способность, чем указанная в заданиях на проектирование [1, 2]. Имеется также и ряд других причин, обусловливающих возможности эксплуатации ГРС с превышением производительности, обозначенной в проекте или паспорте ГРС. Основные факторы, которые следует учитывать при определении ТВПС, приведены на рис. 1.
Всесторонний учет указанных факторов предусматривает проведение комплексного анализа технических характеристик и режимов работы ГРС с применением современных программных комплексов моделирования и оптимизацию технологических режимов работы объектов и систем газоснабжения. В основу предлагаемого методического подхода к определению ТВПС ГРС положены два основных принципа [1, 3]:
• рассмотрение каждой конкретной ГРС как структурно сложной технической системы, состоящей из элементов, обладающих индивидуальными особенностями и взаимодействующих друг с другом в едином технологическом процессе;
• математическое (компьютерное) имитационное моделирование технологических режимов ГРС и принятие решений о допустимых режимах работы станции по результатам моделирования.
Основные этапы работ по определению пропускной способности ГРС, реализующие указанные принципы, приведены на рис. 2.
Следует отметить три основных этапа реализации предлагаемого подхода:
1) анализ технико-технологических характеристик ГРС;
2) компьютерное моделирование режимов работы ГРС;
3) обоснование промышленной безопасности эксплуатации ГРС с увеличенными расходами газа.
Рассмотрим их более подробно.
Определение ТВПС предусматривает весьма детальный анализ технического состояния, технических характеристик и режимов работы исследуемой ГРС. Состав необходимой для проведения этого этапа исследования информации разнообразен и включает паспортную и конструкторско-технологическую документацию, сведения о проектных (заводских) режимно-технологических характеристиках ГРС и эксплуатационных режимах, результаты регламентных и специальных диагностических обследований узлов и устройств ГРС. Исходные данные должны включать множество параметров, достаточное для последующего компьютерного моделирования режимов работы ТПО и каждого узла ГРС, а также параметры, необходимые для моделирования ГРС в целом. Как правило, обработка этой информации позволяет определить основные ограничения, влияющие на пропускную способность станции.
Центральным этапом анализа ГРС являются компьютерное моделирование и оптимизация режимов ее работы. Моделирование выполняется с целью определения таких параметров функционирования оборудования, при которых обеспечивается максимальный объем подачи газа через станцию. Расчетная
( Пропускная способность и уровень^ рабочего давления распределительных газопроводов после ГРС )
Давление, состав, температура газа на входе, давление газа на выходах ГРС
Пропускная способность, уровень рабочего давления газопровода-отвода
Допустимые скорости газа в трубопроводах ГРС
Конструктивные особенности | и состояние оборудования и ТПО I
С Пропускная способность узлов Л ГРС (согласно паспортам
оборудования) )
Рис. 1. Факторы, влияющие на ТВПС ГРС
Рис. 2. Основные этапы определения ТВПС ГРС
модель ГРС в специализированном программном комплексе представляется в виде графа сетевой топологии, ребрами (дугами) которого являются моделируемые объекты (трубопроводы, регуляторы давления газа, фильтры, узлы учета газа и др.), а вершинами - места соединения объектов, узлы слияния или разделения потоков газа. Расчетная модель сопровождается паспортными параметрами оборудования и дополняется режимно-технологическими параметрами - состоянием объектов (в работе / отключен), фактическими параметрами газа и газового потока на входе и выходе ГРС, параметрами окружающей среды. Соответствие результатов расчетов фактическим режимам течения газа может быть обеспечено путем идентификации эмпирических неизмеряемых параметров модели.
Цель расчетов состоит в определении параметров работы регуляторов давления (РД) газа
и положений запорно-регулирующей арматуры (ЗРА), обеспечивающих предельно возможный расход газа на выходах станции с учетом технологических ограничений и технического состояния ГРС. Основными ограничениями являются разрешенные значения давления газа в ТПО и узлах ГРС, максимальная скорость потока газа в ТПО, предельные значения скорости газа в фильтрах/сепараторах, а также температура газа на выходах ГРС, которая в соответствии с нормативами не должна опускаться ниже минус 10 °С.
Моделирование работы ГРС осуществляется путем балансирования потоков газа по дугам в узлах расчетного графа (например, с помощью метода узловых потенциалов). Математические модели течения газа в трубопроводах и отдельных узлах ГРС представлены в работах С.А. Сарданашвили, М.Г. Сухарева, Р.В. Самойлова [4, 5].
Рис. 3. Пример расчетной схемы ГРС в ПВК «ГРС»
В результате технологических расчетов вычисляются распределения и параметры газовых потоков во всех узлах и ТПО ГРС, а также параметры управления РД и ЗРА, при которых осуществляется предельный (технически возможный) расход газа на выходах ГРС при соблюдении баланса потоков газа во всех элементах расчетной схемы и с учетом заданных технологических ограничений.
Моделирование ГРС требует применения в исследованиях специализированных программных комплексов. Такие комплексы должны обеспечивать возможность анализа ГРС произвольной конфигурации без ограничений на характеристики и конструктивные решения ТПО и узлов ГРС, а также другие технологические факторы. Расчетные схемы должны соответствовать фактическому отражению связей указанных объектов без упрощений, а реализованные вычислительные алгоритмы - обеспечивать решение имитационных (включая адаптацию модели к фактическим режимам работы станции) и оптимизационных задач. Примером такого комплекса может служить ПВК «ГРС», разработанный в АО «Газпром промгаз». Экранная форма этого комплекса показана на рис. 3.
Эксплуатация ГРС с предельной пропускной способностью на уровне ТВПС требует обоснования промышленной безопасности ГРС как опасного производственного объекта (ОПО). Такой документ должен содержать2:
• общие сведения об ОПО (в том числе схемы, паспортные и режимно-технологические характеристики оборудования и трубопроводов ГРС, описание технологических процессов, условий эксплуатации и др.);
• результаты оценки риска аварии на ОПО и связанной с ней угрозы;
• описание методологии анализа опасностей и оценки риска аварии и связанной с ней угрозы (в том числе метода анализа условий безопасной эксплуатации, результатов идентификации опасности, результатов оценки риска аварии и связанной с ней угрозы, перечня наиболее значимых факторов риска аварии на ГРС и др.);
• условия безопасной эксплуатации ОПО (сведения о режимах нормальной эксплуатации ГРС с указанием предельных значений параметров эксплуатации, перечень организационных и технических мер безопасности, набор параметров и основных показателей безопасной эксплуатации, обоснование решения о безопасной эксплуатации ГРС и др.);
• требования к эксплуатации, капитальному ремонту, консервации и ликвидации ОПО.
Получение положительного заключения экспертизы промышленной безопасности и внесение его в реестр Ростехнадзора обеспечивает возможность эксплуатации ГРС с предельной пропускной способностью, равной ТВПС, при условии реализации необходимых компенсирующих мероприятий.
См. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Общие требования к обоснованию безопасности опасного производственного объекта» / утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15.07.2013 № 306.
Пример апробации методического подхода к определению ТВПС
Иллюстрацию практического применения методического подхода к определению ТВПС ГРС выполним на примере действующей станции,
Основные характеристики оборудования ГРС
Узел Тип оборудования Рпр, МПа Qпp, тыс. м3/ч Количество, ед. Завод-изготовитель Примечание
Очистки Фильтр-сепаратор ФС-50-80 8,0 8,2 2 ЗАО «Уромгаз», г. Екатеринбург -
Емкость сбора конденсата ЕСК-2125212 8,0 - 1
Предотвращения гидратообра- зований Подогреватель газа ПГ-80/80 8,0 16 2 ЗАО «Уромгаз», г. Екатеринбург -
Редуцирования Регулятор РДМ-50/150-К08 8,0 30 2 Каменск-Уральский литейный завод Две линии редуцирования
Клапан-отсекатель 8,0 - 2
Замера газа Счетчик газа Тг/Иих 0-160 1,6 2 1 ООО «Эльстер Газэлектро-ника», г. Арзамас Турбинные счетчики, комплекс измерительный микропроцессорный «Суперфлоу-ПЕТ»
Счетчик газа Т7Мих1 0-650 1,6 8 1
расположенной в Северо-Западном федеральном округе России. Тип ГРС - «Урожай-5» (ЗАО «Уромгаз»), срок эксплуатации - 11 лет. Проектная производительность станции составляет 5 тыс. м3/ч, а фактическая пиковая загрузка в зимний период достигла 54 %. Все узлы и системы ГРС (таблица) находятся в работоспособном состоянии.
Новые потребители продолжают обращаться за выдачей ТУ на подключение к системе газоснабжения. Однако, несмотря на имеющий запас Qпр, эксплуатирующая организация вынуждена отказывать им, так как ранее выданные ТУ полностью исчерпали резерв ГРС. При этом, согласно схеме газификации, перспективный спрос на газ от этой ГРС значительно превышает ее проектную производительность.
Традиционное решение сложившейся проблемы предполагало два варианта: проведение реконструкции ГРС с увеличением значения Qпр либо строительство многокилометрового распределительного газопровода, кольцующего газораспределительные сети этой станции с близлежащей ГРС, имеющей достаточный запас по проектной производительности. Очевидно, что реализация обоих вариантов потребовала бы значительных капитальных вложений и временных затрат.
Экспресс-оценка ТВПС показала, что проектная пропускная способность отдельных узлов рассматриваемой ГРС значительно превышает их номинальную (проектную) производительность. Так, если для
станции Qпр = 5 тыс. м3/ч, суммарная пропускная способность узлов замера составляет 10 тыс. м3/ч, а основной узел ГРС (узел редуцирования) в соответствии с паспортом оборудования имеет значительно большее значение Qпр = 30 тыс. м3/ч (см. табл. 1).
Результаты теплогидравлических расчетов позволили обосновать значение ТВПС ГРС с учетом различных факторов, влияющих на ее работу. Граничные условия приняты согласно технологическому режиму работы смежных с ГРС участков системы газоснабжения в период пиковых нагрузок:
• давление газа на входе ГРС - 2,98 МПа;
• уставка выходного давления для регуляторов давления газа - 0,78 МПа;
• температура газа на входе ГРС - 5 °С;
• температура окружающей среды -минус 12 °С.
Принципиальная схема ГРС с результатами технологического расчета пропускной способности приведена на рис. 4.
В соответствии с требованиями СТО Газпром 2-3.5-051 и СТО Газпром 2-2.3-11223 в расчетном режиме задействованы две линии очистки и подогрева газа, одна линия редуцирования (вторая линия выведена в резерв), одна
См. СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов; СТО Газпром 2-2.3-1122-2017. Газораспределительные станции. Правила эксплуатации.
1 узкое место ГРС
Рис. 4. Принципиальная схема ГРС типа «Урожай-5» с результатами гидравлического расчета ТВПС: ЕСК - емкость сбора конденсата; К - клапан предохранительный сбросной; КО - клапан-отсекатель; ПГ - подогреватель газа; СГ - счетчик газа; ФС - фильтр-сепаратор; D - наружный диаметр трубы, мм; V- скорость газа, м/с; Q - расход газа, тыс. норм. м3/ч; P - давление газа, кгс/см2 (изб.); T - температура газа, °С; % - степень открытия РД, %; ТВПС - расчетное значение ТВПС; V^ - максимальная достигнутая скорость газа
замерная линия Ду150 (замерная линия Ду804 выведена в резерве). Предусмотрен отбор газа на собственные нужды ГРС. Согласно результатам расчета РД работают с большим запасом (степень открытия составляет не более 35 %). Технически возможная пропускная способность смежного участка газотранспортной системы (региональных магистральных газопроводов и газопровода-отвода к ГРС) достаточна для увеличения поставки газа на ГРС, что подтверждено соответствующими технологическими расчетами.
Расчетное значение ТВПС станции превышает Qпр на 1,5 тыс. м3/ч (или на 30 %). Выявленный резерв пропускной способности позволяет, к примеру, подключить к системе газоснабжения до 1000 новых домовладений со средней отапливаемой площадью 80.. .90 м2. Завод-изготовитель ГРС (ЗАО «Уромгаз») подтвердил возможность эксплуатации ГРС с производительностью 6,5 тыс. м3/ч при принятых в расчете граничных условиях. Обоснование безопасности ОПО ГРС, устанавливающее
требования к ее эксплуатации с пропускной способностью 6,5 тыс. м3/ч, разработано в соответствии с нормативными документами5 и получило положительное заключение экспертизы промышленной безопасности.
Таким образом, выявленные резервы позволяют увеличить поставку газа через рассмотренную ГРС на 30 % по сравнению с ее номинальной (проектной) производительностью без капитальных вложений в реконструкцию станции. Результаты оценки других ГРС показывают, что резервы пропускной способности составляют обычно от 20 до 80 % QI¡¡I. Однако встречаются ситуации, при которых ТВПС ниже 0 (в основном это обусловлено низким
4 Ду150, Ду80 и далее по аналогии - стандартные
обозначения условного прохода трубы в миллиметрах.
5 См. сноски 2-3, а также Федеральные
нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности для опасных производственных объектов магистральных трубопроводов» / утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 06.11.2013 № 520); Федеральный закон от 21.07.1997 № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»; Руководство по безопасности «Методические основы по проведению анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах» / утв. приказом Ростехнадзора от 11.04.2016 № 144 и др. стандарты.
уровнем входного или выходного давления газа на ГРС).
В связи со сказанным предлагается новая трактовка термина «резерв ГРС»: если ранее под резервом понималась разница между Qпр и фактической загрузкой ГРС в определенный период, то в настоящее время резервом следует считать разницу между ТВПС и фактической загрузкой ГРС. В этом контексте можно утверждать, что резервы многих эксплуатируемых станций в настоящее время недооценены.
Научно-методические основы концепции технического перевооружения ГРС
Ранее упоминалось, что результаты расчетно-технологического анализа ГРС позволяют выявить узкие места, ограничивающие пропускную способность станции. Под узким местом ГРС далее будем понимать часть технологической схемы ГРС (узел, устройство, участок трубопровода), технические характеристики или техническое состояние которого ограничивают технически возможную пропускную способность станции.
На примере рассмотренной ранее ГРС «Урожай-5» можно видеть, что в данном случае узким местом, ограничивающим ТВПС, является участок трубопровода Ду50 (протяженностью 4,2 м) после крана 5 до КО-1 (см. рис. 4): на нем предельная скорость газа достигает 25 м/с. Все остальные узлы и участки трубопроводов ГРС имеют большой запас.
Нормативное ограничение максимальной скорости газа в ТПО ГРС первоначально установлено Общесоюзными нормами технологического проектирования в 1980-х гг. и оттуда перешло в СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Отраслевые архивы не сохранили результатов исследований, на основании которых это значение было определено. Однако в этом ограничении таится существенный резерв повышения ТВПС ГРС. Можно привести примеры расчетов для той же ГРС «Урожай-5» при Qпр = 5,0 тыс. м3/ч и различных скоростях потока газа. Например, при аналогичных граничных условиях транспортировка газа через ГРС в объеме 8,0 тыс. м3/ч приведет к увеличению скорости потока газа в узком месте до 30,9 м/с (при этом все остальные технологические ограничения будут соблюдены), а в объеме 10 тыс. м3/ч - до 38,7 м/с. Заметим, что согласно тому же СТО Газпром 2-3.5-051-2006 допускается повышение
скорости газа до 50 м/с при его подаче по обводной линии.
АО «Газпром промгаз» провело экспертный опрос 25 специалистов газотранспортных обществ, эксплуатирующих ГРС в разных регионах страны, на тему, допустима ли с точки зрения промышленной безопасности эксплуатация ГРС с такими значениями скорости газа в ТПО? Мнения по поводу безопасности увеличения скорости газа в ТПО ГРС свыше 25 м/с разделились примерно поровну, т.е. значительное число экспертов подтверждают такую возможность. При этом эксперты едины во мнении, что основными негативными факторами при повышении скорости являются повышение вибрационных нагрузок и шумовых воздействий, а при недостаточной очистке газа - повышенный эрозионный износ.
Очевидно, что ответ на вопрос, допустима ли эксплуатация ГРС при скоростях газа в ТПО, превышающих 25 м/с, требует детальных исследований, вычислительных и натурных экспериментов. Но в случае положительных результатов этих экспериментов (т. е. обоснования повышения скорости) было бы возможно существенно увеличить разрешенную пропускную способность эксплуатируемых ГРС без проведения их реконструкции.
Пока того же увеличения ТВПС можно достичь путем замены отдельных элементов ГРС. Например, для рассмотренной ГРС «Урожай-5» представляется логичным увеличить в узком месте диаметр трубопроводов и шаровых кранов. Численная оценка прироста пропускной способности в новой технологической схеме может быть выполнена теми же методами, которые используются при расчете ТВПС ГРС.
Основная идея предлагаемого методического подхода заключается в выявлении «узких» мест ГРС на основе результатов технологических расчетов ТВПС, разработке технических решений по их устранению и выполнении мероприятий по замене отдельных элементов с целью увеличения производительности станции в целом в рамках малозатратного технического перевооружения. Реализация таких мероприятий позволяет оперативно обеспечить прирост производственных мощностей ГРС при значительно меньших капитальных вложениях по сравнению с реконструкцией.
Анализ наиболее часто встречающихся узких мест позволяет предложить типовые мероприятия по техническому перевооружению
ГРС с целью увеличения их пропускной способности. Например, часто проектное выходное давление ГРС составляет 0,6 или 0,3 МПа. Его увеличение до 1,2 МПа путем реализации нескольких несложных операций (предусматривающих перенастройку и частичную замену элементов регулирующей арматуры, предохранительной арматуры, датчиков давления) приводит к значительному повышению ТВПС станции. Конечно, пропускная способность сетей газораспределения после ГРС должна быть в этом случае также рассчитана применительно к давлению 1,2 МПа, однако нередки случаи, когда исполнение сетей позволяет увеличить давление газа, а настройки выходных параметров ГРС - нет.
Другая группа типовых компоновок ГРС предусматривает установку основных узлов с проектной пропускной способностью, существенно превышающей пропускную способность ТПО. Лишенными технологического смысла выглядят ситуации, когда узлы с пропускной способностью, например, 10 тыс. м3/ч соединены трубопроводами Ду50 (как в рассмотренном примере). Естественным мероприятием в этом случае становится замена элементов ТПО, ограничивающих пропускную способность ГРС.
В ряде случаев отдельные узлы ГРС ограничивают ТВПС ГРС, при этом их замена также приводит к существенному росту пропускной способности станции. Некоторые ГРС имеют сбалансированные компоновки, для которых частичное переустройство менее эффективно.
Малозатратные мероприятия по переустройству станции можно теоретически проводить сколь угодно долго, постепенно наращивая ее производственную мощность. Однако следует помнить, что ГРС является частью системы газоснабжения и технологически взаимосвязана с газотранспортной системой и последующей сетью газораспределения. В определенный момент общая пропускная способность всего технологического комплекса достигает баланса, при котором дальнейшее увеличение ТВПС ГРС не дает возможности увеличить поставку газа потребителям. В этом случае проблематика локализации узких мест расширяется. Требуется системный анализ технологического режима работы всех взаимосвязанных объектов определенного фрагмента Единой системы газоснабжения. В таких системных исследованиях необходимо
учитывать, что увеличение объемов подачи газа через ГРС может привести к проявлению узких мест в других частях газотранспортной системы. Это особенно актуально при рассмотрении крупных ГРС, режимы работы которых оказывают существенное влияние на работу региональной газотранспортной системы.
Реализация мероприятий по переустройству локальных объектов станции требует соответствующего проектного обеспечения. До настоящего времени подобные мероприятия рассматривались исключительно в контексте проектов реконструкции. Объем и процедуры подготовки проектной документации для этого установлены Правительством РФ6. Документация должна пройти все предусмотренные этапы разработки, рассмотрения, согласования и утверждения.
Однако законодательство предусматривает еще одну возможность увеличения производительности - техническое перевооружение. Ст. 257 Налогового кодекса РФ к техническому перевооружению относит комплекс мероприятий по повышению технико-экономических показателей основных средств или их отдельных частей на основе внедрения передовой техники и технологий, механизации и автоматизации производства, модернизации и замены морально устаревшего и физически изношенного оборудования новым, более производительным. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» определяет техническое перевооружение ОПО как приводящие к изменению технологического процесса на ОПО внедрение новой технологии, автоматизацию ОПО или его отдельных частей, модернизацию или замену применяемых на ОПО технических устройств.
Малозатратные мероприятия по переустройству ГРС, нацеленные на увеличение ТВПС, отвечают законодательным определениям технического перевооружения. Важные преимущества технического перевооружения ГРС заключаются в упрощении процедур подготовки документации (согласно ст. 8 и п. 1 ст. 13 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» документация на техническое перевооружение
6 См. постановление Правительства Российской Федерации от 16.02.2008 № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».
подлежит экспертизе промышленной безопасности) и реализации технических мероприятий (отсутствие необходимости получения разрешения на строительство). Поэтому предлагаемый подход к техническому перевооружению обеспечит существенное сокращение времени осуществления мероприятий по увеличению пропускной способности (от года до полутора лет с учетом подготовки соответствующей документации технического перевооружения), а также, что немаловажно, сокращение стоимости подготовки документации по сравнению со стоимостью разработки проектов реконструкции.
Дискуссионным остается вопрос о составе документации на техническое перевооружение, так как обязательные требования к ней законодательством не установлены. Учитывая малый объем предлагаемых работ
в области малозатратного технического перевооружения ГРС, состав документации, по мнению авторов, может быть сокращен до обоснованно необходимого уровня. Также очевидно, что для более полного использования потенциала технического перевооружения объектов газовой отрасли в целом и ГРС в частности необходимо разработать соответствующую нормативную базу, регулирующую те или иные вопросы подготовки такой документации. Однако временное отсутствие нормативов не является ограничением для развития этого направления.
Укрупненный алгоритм реализации технического перевооружения приведен на рис. 5. (Более подробно преимущества и проблематика методического подхода к разработке малозатратных мероприятий рассмотрены в предыдущих публикациях [2, 6, 7].)
С
Наличие запросов потребителей на выдачу ТУ
1
Расчетные ТВПС ГРС
Прогнозный спрос на газ обеспечивается пропускной способностью ГРС?
Нет
Да
Установление разрешенной пропускной способности, равной ТВПС, выдача ТУ
)
Рис. 5. Укрупненный алгоритм реализации технического перевооружения ГРС № 2 (34) / 2018
Апробация методического подхода к малозатратному техническому перевооружению ГРС
Проиллюстрируем процесс малозатратного технического перевооружения на примере ГРС типа «Урожай-5». В качестве исходных приняты те же данные, что и ранее. Напомним: узким местом, ограничивающим ТВПС ГРС, является участок трубопровода Ду50 до узла редуцирования - от крана 5 до КО-1 (см. рис. 4).
Технологические расчеты показывают, что замена на этом участке ТПО Ду50 на Ду80 (с увеличением диаметра) обеспечит прирост пропускной способности ГРС до 10,0 тыс. м3/ч (рис. 6). При таком объеме газа соблюдаются все требуемые технологические ограничения, а РД работает со значительным запасом регулирования (открытие составляет 41,2 %). Таким образом, замена 4,2 метров ТПО и четырех шаровых кранов на Ду80 увеличивает производительность рассмотренной ГРС на 100 %.
Следующее узкое место - узел замера: его предельная пропускная способность (при работе двух линий замера) составляет 10 тыс. м3/ч. Устранение этого узкого места за счет замены двух счетчиков на более производительные позволяет увеличить пропускную способность ГРС до 13 тыс. м3/ч. Необходимо отметить, что возможность увеличения объема подачи газа до 13 тыс. м3/ч по региональной газотранспортной системе также подтверждается результатами гидравлических расчетов.
Таким образом, путем замены отдельных элементов ТПО и оборудования рассмотренной
ГРС возможно значительно увеличить ее ТВПС. Традиционная реконструкция путем достройки потребовала бы капитальных вложений на два порядка выше тех затрат, которые требуются для реализации разработанных мероприятий. К тому же срок реализации малозатратных мероприятий составляет ориентировочно три-четыре месяца при том, что срок реконструкции такой ГРС может составить до 5 лет.
***
По результатам проведенных исследований можно сделать несколько выводов и рекомендаций:
1) целесообразно усовершенствовать существующие правила принятия решений о подаче дополнительных объемов газа потребителям через ГРС, о реконструкции и новом строительстве станций. В основу таких решений рекомендуется положить принципы максимального вовлечения в газоснабжение незадействованных резервов действующих ГРС. Определение этих резервов может быть выполнено с использованием методических подходов, предложенных в настоящей статье;
2) рекомендуется провести оценку резервов эксплуатируемых ГРС, прежде всего имеющих высокий уровень фактической загрузки. Кроме того, представляется логичным изменение в нормативных документах дефиниции термина «резерв»: фактическую загрузку следует сопоставлять не с проектной производительностью, а с ТВПС;
0 , тыс. м3/ч ТВПС, тыс. м3/ч Мероприятие
5,00 10,00 (+100%к0 ) * пр' Замена участка ТПО от выходных фланцев ПГ-1иПГ-2 до входных фланцев КО-1 и КО-2 с увеличением диаметра с Ду50 до Ду80 (суммарно 4,2 м труб, 4 крана)
Рис. 6. Схема с результатами технологического расчета для ГРС при замене участка ТПО: см. экспликацию к рис. 4
3) рекомендуется широкое внедрение методов малозатратного технического перевооружения действующих ГРС. Реализация мероприятий по техническому перевооружению обеспечит оперативное снятие ограничений на поставку газа через ГРС, сокращение сроков реализации работ с нескольких лет до нескольких месяцев, упрощение процедур разработки документации и реализации мероприятий, поэтапное увеличение производительности по мере роста спроса на газ, существенную экономию капитальных вложений;
4) целесообразно разработать и внедрить систему нормативных документов, которые определят процедуры обоснования ТВПС действующих станций и порядок их технического перевооружения, в том числе разработки и согласования документации технического перевооружения;
5) целесообразно провести научно-исследовательские работы, в рамках которых детально рассмотреть влияние скорости газа в ТПО на надежность ГРС, и по их результатам
пересмотреть (или обоснованно отклонить пересмотр) максимально допустимую скорость газа в ТПО ГРС. В случае увеличения нормативного значения скорости газа в ТПО необходимо пересмотреть резервы пропускной способности эксплуатируемых ГРС.
Вместе с тем нужно отметить, что применение предложенных методических подходов не способно решить всех задач, которые обычно решаются при полной реконструкции ГРС. В некоторых случаях общее старение производственных мощностей ГРС и ухудшение технического состояния может обусловить экономическую целесообразность реконструкции станции в целом, а не замены отдельных элементов. Тем не менее во многих случаях предложенные подходы могут позволить достаточно быстро и с минимальными капитальными вложениями увеличить поставки газа потребителям, создать условия для реализации инвестиционных и социально-ориентированных региональных проектов.
Список литературы
1. Михаленко В. А. Методология определения резервов пропускной способности газораспределительных станций
ПАО «Газпром» / В. А. Михаленко,
B.В. Тарасов, А.В. Кузема и др. // Газовая промышленность. - 2015. - № 12. - С. 40-44.
2. Белинский А .В. Разработка и апробация методического подхода к обоснованию мероприятий по малозатратному техническому перевооружению газораспределительных станций / А.В. Белинский, О.И. Ребров // Территория Нефтегаз. - 2016. - № 12. -
C. 54-61.
3. Ребров О.И. Основные положения научно-методического подхода к определению резервов пропускной способности действующих газораспределительных станций / О. И. Ребров // Наука и техника в газовой промышленности. - 2016. - № 3. - С. 52-59.
4. Сарданашвили С. А. Расчетные методы
и алгоритмы (трубопроводный транспорт газа) / С. А. Сарданашвили. - М.: Нефть и газ, 2005. - 577 с.
5. Сухарев М. Г. Анализ и управление стационарными и нестационарными режимами транспорта газа / М. Г. Сухарев, Р.В. Самойлов. - М.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2016. - 399 с.: ил.
6. Михаленко В. А. Научно-методические основы концепции малозатратной реконструкции и технического перевооружения газораспределительных станций ПАО «Газпром» / В.А. Михаленко, А.В. Белинский, Н.В. Варламов и др. // Газовая промышленность. - 2016. - № 9. - С. 72-81.
7. Белинский А.В. Технико-экономические аспекты технического перевооружения газораспределительных станций /
А.В. Белинский, С.Н. Речинский, О.И. Ребров и др. // Территория Нефтегаз. - 2017. - № 10. -С. 24-31.
Low-cost ways to increase productive capacity of gas-distributing stations in operation
A.V. Belinskiy1, O.I. Rebrov1*, S.N. Rechinskiy1
1 Gazprom Promgaz JSC, Bld. 23, Vokzalnaya street, Vidnoye, Moscow Region, 142702, Russian Federation * O.Rebrov@promgaz.gazprom.ru
Abstract. The article describes two novel low-cost methods aimed to increase productive capacity of working gas-distributing stations which are factually highly loaded and limited in linking of new customers. The first method supposes revealing and involvement into gas supply of previously idle stations' transfer capacity reserves without any rearrangement of such stations. The second method consists in elimination of the so-called bottlenecks in the networks of gas-distributing systems by means of technical upgrade, i.e. replacement of separate units with the more productive ones. Both methods suppose wide application of computer simulators and optimization of stations' working modes.
Keywords: gas-distributing station, design output, methods for increasing productive capability, reserves of discharge capacity, technically possible discharge capacity, technical upgrade, computer simulation.
References
1. MIKHALENKO, V.A., V.V. TARASOV, A.V. KUZEMA et al. Methodology for determination of transfer capability reserves of the Gazprom PJSC gas-distributing stations [Metodologiya opredeleniya reservov propusknoy sposobnosti gazoraspredelitelnykh stantsiy PAO "Gazprom"]. Gazovaya Promyshlennost. 2015, no. 12, pp. 40-44. ISSN 0016-5581. (Russ.).
2. BELINSKIY, A.V., O.I. REBROV. Development and approbation of a methodical approach to substantiation of measures for low-cost technical upgrading of gas-distributing stations [Razrabotka i aprobatsiya metodicheskogo podkhoda k obosnovaniyu meropriyatiy po malozatratnomy tekhnicheskomu perevooruzheniyu gazoraspredelitelnykh stantsiy]. TerritoriyaNeftegaz. 2016, no. 12, pp. 54-61. ISSN 2072-2745. (Russ.).
3. REBROV, O.I. Basic provisions of a scientific-methodical approach to determination of reserves in transfer capability of working gas-distributing stations [Osnovnyye polozheniya nauchno-metodicheskogo podkhoda k opredeleniyu reservov propusknoy sposobnosti deystvuyushchikh gazoraspredelitelnykh stantsiy]. Nauka i Tekhnika v Gazovoy Promyshlennosti. 2016, no. 3, pp. 52-59. ISSN 2070-6820. (Russ.).
4. SARDANASHVILI, S.A. Calculative methods and algorithms (pipeline gas transportation) [Raschetnyye metody i algoritmy (truboprovodnyy transport gaza)]. Moscow: Neft i gaz, 2005. (Russ.).
5. SUKHAREV, M.G., R.V. SAMOYLOV. Analysis and control of stationary and non-stationary modes of gas transportation [Analiz i upravleniye statsionarnymi i nestatsionarnymi rezhimami transporta gaza]. Moscow: Gubkin Russian State University of Oil and Gas (national research university), 2016. (Russ.).
6. MIKHALENKO, V.A., A.V. BELINSKIY, N.V. VARLAMOV et al. Scientific-methodical basics of a concept for low-cost reconstruction and technical upgrade of the Gazprom PJSC gas-distributing stations [Nauchno-metodicheskiye osnovy kontseptsii malozatratnoy rekonstruktsii i tekhnicheskogo perevooruzheniya gazoraspredelitelnykh stantsiy PAO "Gazprom"]. Gazovaya Promyshlennost. 2016, no. 9, pp. 72-81. ISSN 0016-5581. (Russ.).
7. BELINSKIY, A.V., S.N. RECHINSKIY, O.I. REBROV et al. Feasibility aspects of gas-distributing stations technical upgrading [Tekhniko-ekonomicheskiye aspekty tekhnicheskogo perevooruzheniya gazoraspredelitelnykh stantsiy]. Territoriya Neftegaz. 2017, no. 10, pp. 24-31. ISSN 2072-2745. (Russ.).
