XV Международный симпозиум

   Симпозиум состоялся 9-11 июня 2010 г. на кафедре компрессорной, вакуумной и холодильной техники Санкт-Петербургского государственного политехнического университета при поддержке ОАО «Газпром».
С приветственным словом к участникам симпозиума обратился председатель Оргкомитета, заведующий кафедрой Ю.Б. Галеркин.

Заместитель начальника Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром» А.З, Шайхутдинов (а, б) выступил с докладом «Научно-техническая политика ОАО «Газпром» в области газоперекачивающей техники». В ОАО «Газпром» эксплуатируется более 4100 газоперекачивающих агрегатов (ГПА) суммарной мощностью 47,1 млн кВт. На работу приводных двигателей ГПА расходуется около 8% объема транспортируемого газа. В соответствии с действующими программами реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта газа и ввода мощностей в добыче и транспорте газа общая потребность ОАО «Газпром» в газокомпрессорном оборудовании до 2020 года оценивается в 100-125 ГПА суммарной мощностью 2000 МВт в год.

Приведенные показатели определяют важность и масштаб проблемы совершенствования и развития одного из важнейших технологических секторов основного производства ОАО «Газпром». В частности, не только должен быть сформирован технический облик оборудования, соответствующего перспективным потребностям ОАО «Газпром»; но и определены подходы к формированию парка газоперекачивающего оборудования при реализации новых проектов и реконструкции действующих объектов газотранспортной системы, сформулированы принципы взаимоотношений ОАО «Газпром» с поставщиками оборудования, прежде всего отечественными, разработаны направления и формы участия Общества в исследованиях и разработках, направленных на совершенствование газоперекачивающей техники.

Для комплексного и системного решения указанных вопросов в 2009 году разработана Научно-техническая политика ОАО «Газпром" в области газоперекачивающей техники на период до 2020 года.
В докладе прозвучала информация о структуре парка ГПА и тенденциях развития газоперекачивающей техники.
Основная часть газоперекачивающего оборудования (около 90% мощностей) сосредоточена на линейных компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов, 9,2% — на промысловых дожимных КС и 1,6% — на КС станций подземного хранения газа.

В структуре парка ГПА основным является газотурбинный привод — 87,2%, электрический привод составляет 12,3%, газо поршне вой привод ограниченно используется на станциях подземного хранения газа (0,5%).
Для формировавшегося в течение почти пятидесяти лет парка ГПА характерно большое разнообразие оборудования по типоразмерам и возрасту. В эксплуатации находятся 65 типов приводных двигателей, 102 модифика. ции газовых компрессоров, 153 комбинации приводкомпрессор, 8 типов систем автоматического управления.

(САУ) ГПА. Различны также компоновочные решения по размещению газоперекачивающих агрегатов на КС — в общих или индивидуальных зданиях, в блочно-контейнерном исполнении.
Достижения в области аэродинамики турбомашин и их технологическая реализация обеспечивают получение КПД современных центробежных компрессоров на уровне 85-88%.
Созданы «сухие» уплотнения, способные работать в области высоких и сверхвысоких давлений (до 30-40 МПа).
Магнитные подшипники роторов входят в состав поставки (по требованию заказчика) большинства фирм.
Номенклатура выпускаемых за рубежом компрессоров основана на базовых конструкциях корпусов, число которых обычно не превышает пяти серий для компрессоров одного типа и назначения.

Реализуется общий принцип конструирования компрессоров по индивидуальным заказам и поставка однотипной продукции небольшими партиями. Уровень и качество проектирования позволяют без специальной подготовки производства поставлять центробежные компрессоры с технологическими параметрами под каждую конкретную КС.
Линейные низконапорные модификации (степень повышения давления до 1,35) имеют поли тропный КПД до 87-88%; модификации компрессоров со степенью повышения давления 1,4-1,7 — до 85-86%.
В области ремонтно технического обслуживания перспективной считается система долгосрочных сервисных контрактов.
Перспективы развития газотранспортной системы ОАО «Газпром» предопределяют потребность в новой газоперекачивающей технике со специфическими характеристиками для реализации:
транспортировки газа при повышенных давлениях на морских и сухопутных газопроводах;
транспортировки газа с морских платформ, в том числе с подводным размещением ГПА;

1. производства сжиженного природного газа;
2. откачки газа передвижными компрессорными установками из участков магистральных газопроводов, предназначенных для ремонта;
3. утилизации попутных нефтяных газов.
   
   

Реализация проектов новых газотранспортных систем в отдаленных и труднодоступных районах требует внедрения малолюдных технологий эксплуатации компрессорных станций.
При разработке требований к газоперекачивающим агрегатам для применения на объектах ОАО «Газпром» в долгосрочной перспективе (до 2020 г.) следует руководствоваться следующими ориентировочными параметрами ГПА:
привод преимущественно газо турбинный, стационарного, судового или авиационного типа,специализированный для работы в составе ГПА, со свободной силовой турбиной простого или регенеративного цикла с коэффициентом полезного действия в рабочей точке не менее 39-42%;

1. мощностной ряд приводных двигателей — 6/8/12/16/25/35 МВт (ГПА мощностью 1-6 МВт имеют ограниченное применение и будут использоваться в основном для замены морально и физически устаревших ГПА на станциях подземного хранения газа);безмасляные компрессоры в указанном диапазоне мощностей с политропным КПД в рабочей точке не менее 75-87% в зависимости от степени повышения давления в компрессоре;
2. наработка на отказ не менее 5 тыс. часов;
3. общий ресурс не менее 100 тыс. часов;
   

4 нагнетатели — в унифицированных корпусах и со сменными проточными частями для обеспечения степени повышения давления более трех или двухкорпусные компрессоры с промежуточным охлаждением газа и возможностью переключения с параллельной на последовательную схему работы;
+ модульная конструкция основных узлов (КВОУ, привод, газовый компрессор, аппарат воздушного охлаждения масла, САУ);

1. возможность автономной работы ГПА при прекращении внешнего энергоснабжения;
2. адаптивные цифровые системы управления магнитным подвесом роторов:
3. электрозапуск.
   
   

При разработке требований к газоперекачивающей технике для реконструкции, технического перевооружения и модернизации существующих компрессорных станций с учетом особенностей интеграции оборудования в действующие объекты необходимо предусматривать увеличение единичной мощности привода, производительности и КПД ГПА:

1. максимальное использование существующих корпусов центробежных нагнетателей;
2. применение частотно регулируемых приводов аппаратов воздушного охлаждения газа и масла:
3. установку маслонасосных станций блочного исполнения полной заводской готовности.

Обеспечение потребностей ОАО «Газпром^ в повышении технического уровня и улучшении экономических показателей ГПА должно основываться на принципах рыночных взаимоотношений его с разработчиками и производителями газоперекачивающей техники.

С целью получения возможности приобретать и использовать газоперекачивающую технику, в наибольшей степени соответствующую требованиям ОАО «Газпром», оно может участвовать в создании новых образцов оборудования совместно с организациями-разработчиками и производителями вложением средств, организацией и управлением разработкой. Основным условием участия ОАО «Газпром» в разработке газоперекачивающей техники является учет интересов сторон и получение взаимной выгоды.

В своем докладе «Локализация производства компрессоров Сименс для газопроводов в России» Виктор Вебер (Сименс-Энергия. Россия;) рассказал о создании совместного предприятия с ЗАО «Искра-Авигаз» по производству компрессоров для трубопроводов в Перми — ООО «РусТурбо-Маш».
Это обусловлено состоянием здешнего производства данного типа компрессоров, а также прекрасной компетентностью и высокой степенью местного обеспечения всей производственной цепочки. Соглашение предусматривает также передачу новейших компрессорных технологий.

В 2009 объем российского рынка компрессоров для газопроводов был приблизительно 200 млн €. Некоторые крупные проекты находятся на стадии планирования или разработки. Среди них газопровод «Северный поток» длиной 1200 км.
Хорошая инфраструктура и наличие высококвалифицированных специалистов в Перми является хорошим сочетанием для производства компрессоров, Продукция из Перми будет внедряться на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов. Поставка первого компрессора ожидается в 2011 году.
Комплекс оборудования Сименс для газопроводов включает компрессоры с приводом от электродвигателя или газовой турбины, трансформаторы, подстанции, коммуникации, системы контроля и автоматики, оборудование для охраны и безопасности.

Ю.П. Ерышкин (НПО «Искра», Пермь, Россия) выступил с докладом «Компрессорная техника НПО «Искра». С 1995 г. объединение разрабатывает и производит изделия компрессорной техники для газотранспортных предприятий и компрессорных установок промышленного назначения.
В номенклатуре предприятия присутствуют центробежные компрессоры собственного изготовления, совместного изготовления с Mitsubishi Heavy Industries Ltd., сменные проточные части и комплекты реконструкции компрессорных установок для нефтегазоперерабатывающих предприятий.

Центробежные компрессоры для газотранспортных предприятий предназначены для работы на дожимных и линейных компрессорных станциях в классе мощности от 6 до 25 МВт и классе давлений до 12 МПа. В изготовлении компрессоры для станций подземного хранения газа в классе давлений до 16 МПа в двухсекционном исполнении. На нефтеперерабатывающих предприятиях эксплуатируются реконструированные компрессорные установки с компрессорами мощностью от 2 до 16 МВт.
Все оборудование разрабатывается с учетом современных требований к энергосбережению и экологии — в конструкции компрессоров широко применяются системы сухих газодинамических уплотнений и системы магнитных подвесов ротора.

К началу 2010 г изготовлено 98 ед. компрессорной техники. Суммарная наработка оборудования, находящегося в эксплуатации, около 850 тыс. часов. Основным потребителем компрессорного оборудования серии «Урал» является ОАО «Газпром» и его дочерние организации. Центробежные компрессоры НПО «Искра» для ОАО «Газпром» комплектует, как правило, сухими газодинамическу уплотнениями ООО "Джон Крейн-Искра» и магнитными подвесами ротора НПП ВНИИЭМ (более 50%). По гребованиюзаказчика подшипниковые узлы могут быть масляного типа.
С целью расширения возможностей проектирования компрессорного оборудования в рамках сотрудничества с Пермским государственным техническим университетом разработан и введен в эксплуатацию стенд для исследования газодинамических процессов в модельных ступенях центробежных компрессоров. Стенд явился уникальной разработкой и единственной экспериментальной установкой такого рода, созданной в России за последние 30 лет.

В своем докладе «Раннее обнаружение отказа критически важных поршневых компрессоров: опасно или безопасно?» Д. Гобель (PROGNOST Systems GmbH, Германия; фото За, 6) рассказал, каким образом использование современных специализированных систем мониторинга может благотворно повлиять на деятельность эксплуатирующих компаний.
К концу первого десятилетия XXI века уже существует ряд систем защиты машинного оборудования, которые отвечают возросшим требованиям, и пользователи могут предоставить сведения о реальном опыте эксплуатации

такого оборудования. Хотя системы защиты машинного оборудования в последнее время стали применяться для центробежных машин, они сравнительно редко используются для машин возвратно поступательногопосле аварийного действия, к которым относятся поршневые компрессоры и плунжерные насосы.
Состояния «работа» и «останов» больше не могут служить основой для безопасной и эффективной эксплуатации машинного оборудования. Это в первую очередь применимо к машинному оборудованию, имеющему критическое значение в рамках производственного процесса. Численность такого оборудования значительно возросла за последние годы в результате реализации программ оптимизации производства и использования резервных машин в текущем производственном процессе.

Для эксплуатирующих компаний первостепенное значение имеет обнаружение и четкое определение места повреждения. Это прежде всего касается поршневых компрессоров, в состав которых входит большое количество движущихся частей: постоянно подверженных воздействию циклических нагрузок. Для решения данной задачи применяются системы мониторинга состояния с функциями автоматической диагностики. Вместе с тем не следует забывать о том, что автоматическая диагностика имеет ограничения, особенно в сочетании с аварийным остановом, выполняемым за короткое время. Очень короткий период принятия решений обусловлен необходимостью защиты от быстро развивающихся повреждений, которые во многих случаях не оставляют времени для долгосрочной диагностики, требуемой для выявления возможных причин отказа до аварийного останова. В связи с этим после аварийного останова должен проводиться анализ истинных причин отказа, На основании анализа более чем 400 случаев повреждений можно сделать вывод, что примерно 30% всех случаев катастрофических повреждений (например, поломок штока поршня), повлекших за собой аварийный останов, развились в течение 120 секунд из нормального рабочего состояния.
В прошлом машину приходилось запускать снова, чтобы на слух определить повреждение и при наличии его локализовать, При этом вторичные повреждения обычно в несколько раз превосходили по своим масштабам исходный фактор, приведший к повреждению.

Однако возникает вопрос: как можно определить характер повреждения машины, автоматический аварийный останов которой произошел, например, в 5 утра в воскресенье? Каким образом можно быстро установить, является ли данный останов ошибочным (о чем часто ведутся дискуссии)? Вследствие очень быстрого развития некоторых повреждений непрерывная регистрация как можно большего количества параметров является ключевым условием для успешного после аварийного анализа и позволяет зафиксировать все важные аспекты развития ситуации, необходимые для понимания событий и недопущения возникновения подобного в будущем. Для поршневых компрессоров обычный анализ временного сигнала обеспечивает более точную диагностику по сравнению с анализом частотного спектра, который применяется для центробежных машин. Это предполагает в идеальном случае непрерывную регистрацию всех сигналов в ходе мониторинга для каждого оборота коленчатого вала до, во время и после события, с которым связано повреждение.

Обнаружение повреждений на раннем этапе их развития является одним из главных аргументов в пользу непрерывного мониторинга состояния машинного оборудования. Для обслуживающих инженеров особый интерес представляет интервал между первоначальным обнаружением неисправности и возникновением повреждения. Это связано с тем. что данный промежуток времени можно считать периодом предупреждения или временем упреждения до возникновения повреждения. При повседневной эксплуатации промышленного оборудования непрерывный мониторинг развития неисправностей и своевременный останов машин сразу же после возникновения повреждения позволяет избежать многочасовых простоев.

Данный важный период предупреждения часто графически изображается в виде так называемого интерзала P-F Здесь Р обозначает потенциальную неисправность (первоначальное обнаружение неисправности), a F — функциональную неисправность (момент времени, в который произошло повреждение). Если задача состоит в определении возможностей продления рабочего цикла компонентов до максимума, необходимо обеспечить непрерывную, точную и надежную регистрацию всех релевантных результатов измерений. Это позволит установить продолжительность периода отточки Р до точки F.

Помимо определения периода предупреждения точное раннее выявление неисправностей позволяет избежать развития дорогостоящих вторичных повреждений, которые могут возникнуть, если точка F будет пройдена без принятия каких-либо корректирующих мер. Например, при раннем выявлении трещины в штоке поршня (первичное повреждение) и своевременном останове и ремонте машины эксплуатирующая компания может избежать значительно более сложных и серьезных вторичных повреждений (разрушение штока поршня с вероятным потенциальным повреждением движущихся частей машины).

Что же должно входить в состав системы. чтобы она могла обеспечить эффективное раннее обнаружение неисправностей? Для машин с возвратнопоступательным движением были разработаны специализированные системы, основанные на принципах анализа, принципиально отличных от тех, которые применяются, например, для центробежного оборудования. Одно из важнейших отличий состоит в использовании временного анализа амплитуды сигналов вместо частотного анализа (областей частот), применяемого для турбин. Причина таких отличий в подходе связана с циклическим характером работы поршневых компрессоров, в которых такты всасывания, сжатия, нагнетания и расширения выполняются последовательно в каждом цилиндре, а не непрерывно в процессе вращения вала, как у турбинного оборудования. Анализ для раннего обнаружения неисправностей доказал свою эффективность при предотвращении ложных случаев обнаружения. Их доля значительно возрастает по сравнению с несколькими процентами в случае возникновения повреждений. Одним из примеров является сегментированный анализ сигналов в рабочих циклах, используемый для мониторинга состояния критически важных компонентов машинного оборудования. При этом важно, чтобы заданные сегменты не были слишком малы, в противном случае обычные флуктуации параметров могут стать причиной ложных тревог.

Доклад «Опыт поставок центробежных компрессоров с магнитным подвесом ротора» был представлен Е.Л. Селянской (ОАО НПО «Искра», Пермь, Россия). Несмотря на то что центробежные компрессоры в «сухом» исполнении работают на различных объектах уже 25 лет, применение магнитных подвесов ротора до сих пор не перешло в область «традиционных» технологий.

Основной парк эксплуатируемого в России компрессорного оборудования базируется на использовании масляных торцевых уплотнений и подшипников скольжения на масляной смазке. Замена масляных олорно-уплотнитель-ных узлов на «сухие» (газодинамические уплотнения и магнитные подшипники) в существующих компрессорах требует не только модернизации материальной части ГПА и доработки системы управления, но и изменения организации труда, кадрового состава и повышения квалификации персонала эксплуатирующих организаций.

Правильная эксплуатация «сухого» центробежного компрессора имеет неоспоримое преимущество — «запустил и забыл», но нарушение требований к его эксплуатации приводит к нестабильной работе отдельных систем, а иногда и к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Несмотря на экономический эффект от перехода на сухие газодинамические уплотнения (СГУ) и магнитные подвесы ротора (МП) и быструю окупаемость вложений, первоначальные вложения при приобретении техники в «сухом» исполнении приблизительно на 20-25% выше, чем для оборудования в «масляном» исполнении.

С учетом изложенного основные потребители компрессорного оборудования на российском рынке («Газпром». «Газпром-Нефть», «Роснефть». «Лукойл» и др.) осторожно относятся к отказу от маслосистемы.
Проблемы внедрения «сухих» компрессоров на рынке топливно-энергетического оборудования можно рассмотреть на примере поставок ГПА серии «Урал», в состав которых входят центробежные компрессоры всех отечественных и ряда зарубежных производителем.

В настоящее время поставлено заказчику 60 ГПА серии «Урал» с «сухими» компрессорами (20% от общего количества), 45 из них находятся в эксплуатации с суммарной наработкой 160 тыс. часов.
50% в поставках 2009 г. составили ГПА серии «Урал» с «сухими» компрессорами, причем, если рассматривать только вновь строящиеся объекты без учета реконструкции, этот показатель был выше уже с 2006 г. В поставках 2010-11 гг. доля заказа компрессоров серии «Урал» в безмасляном исполнении составляет более 80%.

Основные поставщики «сухих» компрессоров в ГПА серии «Урал» (АО «Компрессорный комплекс». СНПО им. М.В. Фрунзе, «Казань-компрессормаш») большую часть своей продукции поставляют в ГПА собственного производства или ГПА организаций, работающих с ними в кооперации. Стопроцентным поставщиком компрессоров в ГПА серии «Урал» является НПО «Искра» и новичок на этом рынке Mitsubishi Heavy Industries. изготовившая в 2009 г. свои первые компрессоры с магнитным подвесом ротора и сухими газодинамическими уплотнениями.
Компрессоры работают в ГПА мощностью от 12 до 25 МВт, укомплектованы опорно-уплот-нительными узлами поставщиков — постоянных партнеров НПО «Искра».

Основными поставщиками систем магнитных подвесов для центробежных компрессоров газотранспортных организаций на российском рынке являются НПП ВНИИЭМ, S2M и Waukesha Bearings. В эксплуатации находятся 79 компрессоров с системами магнитного подвеса ВНИИЭМ и 20 компрессоров с подвесами S2M. Четыре компрессора с подвесами совместного изготовления Waukesha Bearings и НПП ВНИИЭМ прошли заводские испытания и переданы заказчику.

1. Проектирование ротора компрессора должно производиться не изолированно, а в составе валопровода с учетом динамических характер.'стих ротора привода и трансмиссии.
2. Выбор конструкции, характеристик и компоновочной схемы магнитного подвеса должен производиться на основании технического задания. После проведения полного объема инжиниринговых работ{а не только поверочного динамического расчета) может быть принято решение о применении ранее отработанных подшипников и поставке по ТУ.

Магнитные подшипники должны иметь модульную конструкцию и поставляться в полной готовности к монтажу.
Система магнитного подвеса должна иметь полный комплект эксплуатационной документации.

1. Настройка магнитного подвеса должна производиться при штатной комплектации компрессора на заводском стенде.
2. Проведение испытаний на газовом стенде компрессора (по крайней мере одного из партии) в составе штатного валопровода позволит сократить время пусконаладочных работ на объекте заказчика. Реализация изложенного позволит обеспечить разработку «сухих» компрессоров с улучшенными динамическими характеристиками и с меньшими затратами на проектирование и ввод в эксплуатацию.
   
   Кроме того, свои доклады представили Hoerbiger Ltd.. Russia, ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе», Siemens AG, Экстерран, Ariel Corporation, ЗАО «ГРЕЙС», MAN Diesel & Turbo SE Schweiz, ОАО «Компрессорный комплекс», S2M (Societe de Mecanique Magnetique), ЗАО «РЭПХ», Elliott Turbomachinery SA, ЗАО «Барренс»: Mitsubishi Heavy Industries, ОАО «НПФ «Невинтермаш», ЗАО «Премиум инжиниринг», ФГУП «НПП ВНИИЭМ», ООО «Краснодарский компрессорный завод», Leobersdorfer Maschinenfabrik GmbH & Со, Waukesha Magnetic Bearings, 000 «НПЦ «Современные тепло-обменные системы».
   В третий день симпозиума его участники смогли посетить модернизированные производственные и испытательные мощности Невского завода, где производятся, комплектуются и испытываются передовые установки для нефтегазовой и других отраслей промышленности.
   
   

В программу экскурсии входило посещение турбокомпрессорного производства (роторного, сборочного, корпусного, лопаточного). Участники познакомились с инновационными производственными технологиями обработки роторов, изготовления нагнетателей нового поколения (Н-400-21-С), смогли посетить межзаводскую лабораторию метрологии, испытаний и контроля качества выпускаемой продукции.