Модернизация компрессорной станции с применением теплофикационного теплообменника-регенератора

В настоящее время человечество потребляет больше всего ресурсов, чем когда-либо. Поэтому во всём мире важным объектом изучения стали вопросы ресурсосбережения и энергетики. Ограниченность ресурсов с одной стороны заставляет искать альтернативные источники энергии, а с другой максимально рационально использовать уже имеющиеся.Поэтому сырьевые и энергетический предприятия ведут политику по снижению энергии на самообеспечение, вдобавок ужесточение экологических требований заставляет компании вкладывать средства во внедрение более экологически чистого производства.
Проблема энергоэффективности не обошла газовый сектор стороной. Актуальным является вопросы повышения эффективности перекачки газа потребителям и снижение его расходов на собственные нужды.
В ходе эксплуатации магистрального газопровода основным потребителем газа является компрессорная станция, так как именно тут расположена газоперекачивающий агрегат, которому необходимо сообщить энергию для работы компрессора. В состав ГПА входит газотурбинная установка, использующаяся для привода центробежных нагнетателей газа. Именно ГТУ нашла широкое применение в нефтегазовой отрасли в настоящее время. Так, например, в ПАО «Газпром» доля компрессорных станций, оснащённых приводом ГТУ, составляет 85%[5].Оценка перспектив дальнейшего развития транспорта газа подтверждает преимущество газотурбинного вида привода над остальными.
Когда встаёт вопрос о повышении энергоэффективности процесса перекачки газа, то зачастую в качестве объекта модернизации выбирают ГТУ. Важными направлениями в данной сфере являются повышение КПД установки, либо снижение затрат на собственные нужды КС. Одним из способов модернизации является снижение потерь теплоты с уходящими из турбины газов. Тепловая энергия топлива, после камеры сгорания ГТУ зачастую просто выбрасывается в атмосферу, а это потери большого количества мощности, которую можно было использовать вторично. Поэтому всё чаще рассматривается вопрос внедрения систем рекуперации тепла уходящих газов. С одной стороны, это тепло можно пустить на увеличение КПД ГТУ, а с другой – всё более актуальны задачи, связанные с утилизацией сбросной теплоты на компрессорных станциях для обогрева служебных помещений, а также отоплением ближайших посёлков или тепличных хозяйств.

Введение 4
1 Общая часть 6
1.1 Общие сведения об объекте 6
1.2 Сведения о местности, где располагается объект 7
1.3 Актуальность утилизации тепла уходящих газов 9
1.4 Вариант модернизации ГКС «Сахалин» 12
2 Технологическая часть 14
2.1 Состав оборудования на рассматриваемом объекте 14
2.2 Агрегат газоперекачивающий ГПА-16 «Урал» 14
2.3 Установка газотурбинная промышленная ГТУ-16П 17
2.4 Компрессор НЦ-16ДКС/100 «Урал» 18
2.5 Система автоматического управления газоперекачивающим агрегатом АСУ ТП-САУ ГПА МСКУ-5000-01 19
3 Научная часть. Сравнительный анализ применения теплообменников рекуперативного и регенеративного типа в схеме ГТУ 21
3.1 Назначение и классификация теплообменных аппаратов 21
3.2 Основные проблемы эксплуатации теплообменников 23
3.3 Теплообменники регенеративного типа 24
3.3.1 Теплообменники регенеративного типа с неподвижной насадкой 25
3.3.2 Теплообменники регенеративного типа с подвижной насадкой 27
3.4 Теплообменники рекуперативного типа 28
3.4.1 Рекуперативные теплообменники кожухотрубные 28
3.4.2 Рекуперативные теплообменники пластинчатого типа 29
3.5 Сравнение регенеративного и рекуперативного теплообменных аппаратов 31
4 Расчётная часть 35
4.1 Расчёт параметров теплоносителей в водоподогревателе 36
4.1.1 Определение максимальной теплоты уходящих газов 36
4.1.2 Определение расхода теплоносителя 37
4.1.3 Определение температуры уходящих газов на выходе из теплообменника 37
4.2 Расчёт параметров теплоносителей в водоподогревателе после регенератора 38
4.3 Расчёт параметров и подбор пластинчатого водоподогревателя 39
4.4 Подбор насоса для перекачки горячей воды 40
5 Промышленная и экологическая безопасность 41
5.1.1 Процес эксплуатации ГПА на компрессорных станциях. 42
5.1.2 Предупреждение неустойчивой работы, предаварийной ситуации центробежных нагнетателей. 42
5.1.3 Предупреждение неустойчивой работы, предаварийной ситуации осевых компрессоров. 43
5.2 Экологическая безопасность 44
5.3 Пожарная безопасность 45
5.3 Расчет защитного заземления электросварочного агрегата 46
6 Экономическая часть 50
6.1 Технико-экономическое обоснование 50
6.2 Эксплуатационные затраты 50
6.2.1 Материальные затраты 51
6.2.2 Затраты на оплату труда 51
6.2.3 Амортизационные отчисления и текущий ремонт 52
6.2.4 Прочие затраты 53
6.3 Оценка экономической эффективности 53
6.3.1 Прибыль 54
6.6.2 Чистый дисконтированный доход проекта 54
6.6.3 Динамический срок окупаемости 57
Заключение 59
Список литературы 60

В данной работе будет рассмотрена в качестве объекта модернизации головная компрессорная станция «Сахалин», разобрана ситуация, когда на ГТУ в качестве модернизации используется рекуперация тепла уходящих газов. Данная тепловая мощность будет передаваться расположенному недалеко с компрессорной станцией тепличному хозяйству. Будут рассмотрены принцип работы такой установки, её основные преимущества. Подвергнется анализу эффективность внедрения данного метода с экологической, экономической, энергетической точки зрения.
В научно-исследовательской части будет произведено комплексное сравнение теплообменников рекуперативного и регенеративного типов в схеме ГТУ. Их принцип работы, основные преимущества и недостатки обоих методов.

1. СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». – М.: Минрегион России, 2011. – 109 с.
2. Боровков В.М, А.А. Калютик, В.В.Сергеев. Теплотехническое оборудование: учебник для студ. Учреждений средн. проф. Образования. – 2е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 192 с.
3. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов, – М.: Нефть и газ, 1999 – 463 с.
4. Рудаченко А.В., Н.В. Чухарева Газотурбинные установки для транспорта природного газа: учебное пособие 2-ое издание. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 217c.
5. Слесаренко В.В., Гульков А.Н., Соломенник С.Ф. Газотурбинные установки компрессорных станций магистральных газопроводов: учеб. Пособие для ВУЗов. – Владивосток: Дальнаука, 2017. – 277 с.
6. Глубокая утилизация тепла уходящих газов котлов и его аккумулирование / Киосов А.Д., Авруцкий Г.Д. // Теплоэнергетика. – 2011. - №11. – С. 60 – 63.
7. Утилизаторы теплоты уходящих газов газотурбинных установок на компрессорных станциях / Тяжельникова Е.Е., Баранова О.А. // Аллея науки. – 2018. - №5. – С. 254 – 259.
8. Регенерация теплоты уходящих газов ГПА на компрессорных станциях / Дашкин Р. Х., Душанбаев Т. А. // Аллея науки. – 2018. – №8. – С. 49 – 55.
9. Газпром Проектирование [Электронный ресурс]// Магистральный газопровод «Сахалин – Хабаровск – Владивосток» – Режим доступа: http://proektirovanie.gazprom.ru/(дата обращения: 14.05.2019).
10. Газпром [Электронный ресурс]// «Сахалин – Хабаровск – Владивосток» – первая на Востоке России межрегиональная газотранспортная система – Режим доступа:http://www.gazprom.ru/ (дата обращения: 18.05.2019).
11. Вестник Гипрогагцентра [Электронный ресурс]// Программа газификации востока России – Режим доступа: http://www.giprogazcentr.ru/ (дата обращения: 15.05.2019).
12. ПАО «НПО «Искра» [Электронный ресурс]// Газоперекачивающие агрегаты серии «Урал» – Режим доступа: http://www.npoiskra.ru/(дата обращения: 19.05.2019).
13. Атлас почв РФ [Электронный ресурс]// Сахалинская область – Режим доступа: https://soilatlas.ru (дата обращения: 22.05.2019).
2 Технологическая часть
14. ГОСТ Р 54404-2011 Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Общие технические условия. – Введ. 2012-06-01. – М.: Изд. ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ». – 2012. – 25 с. (Актуализация 01.01.2019)
15. СТО Газпром 2-3.5-138-2007 «Типовые технические требования к газотурбинным ГПА и их системам»
5. Слесаренко В.В., Гульков А.Н., Соломенник С.Ф. Газотурбинные установки компрессорных станций магистральных газопроводов: учеб. Пособие для ВУЗов. – Владивосток: Дальнаука, 2017. – 277 с.
16. АО «ОДК-Пермские моторы» [Электронный ресурс]// Промышленная газотурбинная установка ГТУ-16П – Режим доступа: http://www.pmz.ru/
17. АО «Корпорация «ВНИЭМ» [Электронный ресурс]// Активные электромагнитные подшипники – Режим доступа: http://www.vniiem.ru/
18. ООО «Джон Крейн – Искра» [Электронный ресурс]// Сухие газодинамические уплотнения – Режим доступа: http://www.vniiem.ru/
19. НПФ «Система-Сервис» [Электронный ресурс]// САУ ГПА МСКУ 5000-01 (МСКУ 4510) – Режим доступа: http://systserv.spb.ru/
12. ПАО «НПО «Искра» [Электронный ресурс]// Газоперекачивающие агрегаты серии «Урал» – Режим доступа: http://www.npoiskra.ru/(дата обращения: 19.05.2019).
3 Научно-Исследовательская часть
20. Бажан П.И., Каневец Г.Е., Селиверстов В.М. Справочник по теплообменным аппаратам М.: Машиноостроение, 1989., 369 с.
2. Боровков В.М, А.А. Калютик, В.В.Сергеев. Теплотехническое оборудование: учебник для студ. Учреждений средн. проф. Образования. – 2е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 192 с.
21. Бродов Ю.М., К.Э. Аронсон, А.Ю. Рябчиков, М.А. Ниренштейн Справочник по теплообменным аппаратам паротурбинных установок под общ. ред. Ю.М. Бродова.— М.: Издательский дом МЭИ, 2016, 480 с.
22. Бродов Ю.М., К.Э. Аронсон, С.Н. Блинков и др. Теплообменники энергетических установок. - Екатеринбург: УрФУ, 2015. 765 с.
23. Булыгин Ю.А. Теплообменные аппараты в нефтегазовой промышленности: курсовое проектирование: учеб. пособие / Ю.А. Булыгин, С.С. Баранов. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2015. 100 с.
24. Заврин В. Г. Тепломассообменное оборудование предприятий. Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2004. – 163 с.
25. Кичигин М.А., Костенко Г.Н. Теплообменные аппараты и выпарные установки/ Уч. Издание – Москва, типография Госэнергоиздата, 1955. – 305 с.
26. Клименко А.В., Зорина В.М. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн.4). М.: Издательство МЭИ, 2004. - 632 с
27. Радченко, С. А. Теплотехника и энергетические машины: учебное пособие / С. А. Радченко, А. Н. Сергеев. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. – 630 с.
28. Савельев Н.И., Лукин П.М. Расчет и проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: учеб. Пособие. – Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. 2010. – 80 с.
5. Слесаренко В.В., Гульков А.Н., Соломенник С.Ф. Газотурбинные установки компрессорных станций магистральных газопроводов: учеб. Пособие для ВУЗов. – Владивосток: Дальнаука, 2017. – 277 с.
29. Таранова, Л.В. Теплообменные аппараты и методы их расчета: учебное пособие / Л.В. Таранова. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2009. – 152 с.
30. Глубокая утилизация тепла уходящих газов котлов и его аккумулирование / Киосов А.Д., Авруцкий Г.Д. // Теплоэнергетика. – 2011. – №11. – с. 60 – 63.
31. Разновидности современных пластинчатых теплообменных аппаратов, их устройство и отличия/ Ганеев Т.Р.// Наука и бизнес: пути развития. – 2017 №12 с 19 – 23.
32. Современные теплообменники / Кутилов В.А. // Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2012. – №1. – с. 52 – 56.
33. Утилизация тепла уходящих газов / Десяткин Д.П., Гайфутдинов Р.Р.// Аллея науки. – 2018. №5 с. 259 – 264.
34. Энергоэффективные технологии в теплогенерирующих установках/ Дорофеев В.Н., Титанов И.М. // Культурно-историческое наследие строительства. – 2014. – С. 29 – 34.
35. Большая энциклопедия нефти и газа [Электронный ресурс]// Регенеративные теплообменники типа Юнгстрем – Режим доступа: https://www.ngpedia.ru/(дата обращения: 26.05.2019).
4 Расчётная часть
36. Бухмиров В.В., Ракутина Д.В., Солнышкова Ю.С., Пророкова М.В. Тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата /ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». – Иваново, 2013. – 124 с.
37. Ведерникова М.И., Таланкин В.С. Расчёт пластинчатых теплообменников. – Уральский государственный лесотехнический университет. – Екатеринбург 2010. – 29 с
38. Горюнова И.Ю., И.Д. Ларионов Регенераторы ГТУ: учебно-методическое пособие — Екатеринбург : Изд.-во Урал. университета, 2017. — 80 с.
39. Левин Б.И., Шубин Е.П. Теплообменные аппараты системы теплоснабжения. – Издательство «Энергия» 1965. – 257 с.
40. Юращик И.Л., Глущенко Л.Ф. и др. Утилизация теплоты приводных газотурбинных установок. – К.: Техника, 1001. – 152 с.
5 Промышленная и экологическая безопасность
41. Об охране окружающей среды (с изменениями на 29 июля 2018 года): федер. Закон от 10 января 2002 года N 7-ФЗ: [принят Гос. Думой 20 декабря 2001 г.] – М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2018. – 64 с.
42. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: федер. закон от21 июля 1997 г. № 116-ФЗ: [принят Гос. Думой 20 июля 1997 г.: в действующей редакции от 29.07.2018.] – М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2018. – 56 с.
43. ГОСТ ИСО 7919-3-2002 Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Промышленные машинные комплексы. Дата введения 2008-04-01
44. ГОСТ 12.2.016-81 Система стандартов безопасности труда (ССБТ) Оборудование компрессорное. Общие требования безопасности. Дата введения 1983-01-01
45. СТО Газпром 2-3.5-253-2008 «Контроль качества оборудования при поставке и эксплуатации. Агрегаты газоперекачивающие с газотурбинным приводом. Аппараты воздушного охлаждения газа. от 15 октября 2008 г
46. СТО Газпром 2-3.5-454-2010 «Правила эксплуатации магистральных газопроводов» от 24 мая 2010 г.
47. Карякин Р.Н. Солнцев В.И. Заземляющие устройства промышленных электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1989 г. , 191 стр.
48. Коньков А.Ю., Тимошенко Д.В. Газотурбинные установки для транспорта газа: учеб. пособие – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2016. – 151 с.
49. Механизм помпажа в центробежных компрессорах/ Хадиев М.Б., Зиннатуллин Н.Х., Нафиков И.М.// Вестник Казанского технологического университета. – 2014. № 8, с. 262 – 266.
5. Экономическая часть
50. Об установлении тарифов на тепловую энергию и теплоноситель, поставляемые потребителям от источников теплоснабжения пгт. Ноглики, села Вал муниципального унитарного предприятия "Водоканал" муниципального образования "Городской округ Ногликский", на долгосрочный период на 2019 - 2023 годы (с изменениями на 15 января 2019 года)
51. ПБ 08-624-03 Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. – М., 2003.
52. ПБ 12-529-03 Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления. – М., 2003.
53. ГОСТ 12.0.004-2015 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Организация обучения безопасности труда. Общие положения. Дата введения 2017-03-01
54. ППБ 01-03 "Правила пожарной безопасности в Российской Федерации". – М., 2003
55. ВППБ 01-04-98 "Правила пожарной безопасности для предприятия и организаций газовой промышленности". – М., 1998.
56. ГОСТ 12.1.010-76 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Взрывобезопасность. Общие требования. Дата введения 1978-01-01
57. СО 153-34.21.122-2003 Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. – М., 2003.
58. ГОСТ 12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Изделия электротехнические. Общие требования безопасности. Дата принятия 10 сентября 1975. – М.: Стандартинформ, 2008 год
59. ООО «Теплотекс АПВ» [Электронный ресурс]// Пластинчатые теплообменники – Режим доступа: http://www.teplotex.ru/ (дата обращения: 12.06.2019).
60. KSB насосы [Электронный ресурс]// насосы серии Omega – Режим доступа: https://www.ksb.com/ (дата обращения: 12.06.2019).