Новые агрегаты МПО им. И.Румянцева для топливных систем газотурбинных двигателей и для ГРС

Н. В. Гурман, В. И. Новоселов, Л. М. Халфун – ОАО «МПО им. И. Румянцева»

Новые виды агрегатов топливных ГТУ производства МПО им. И. Румянцева позволяют заменить не только устаревшие модели дозаторов и стопорных клапанов в схемах со станционными блоками БПТПГ, но и изменять технологическую схему компрессорных станций магистральных газопроводов с давлением газа 7,5 МПа.

Машиностроительное производственное объединение им. И. Румянцева серийно изготавливает и поставляет агрегаты для топливных систем газотурбинных двигателей, используемых в качестве основных приводов ГПА компрессорных станций магистральных газопроводов и энергетических установок, а также агрегаты для ГРС.
Начиная с 1996 г. предприятие серийно выпускает газовую аппаратуру разработки НПП «Темп» им. Ф. Короткова для топливных систем ГТУ. Быстрому освоению новых изделий способствовал огромный опыт работы предприятия, накопленный с 1922 г. Выпускаемые агрегаты: дозаторы газа ДУС с электронным блоком управления, отсечные клапаны ОГК, редукционные клапаны РК, командные аппараты КА-18 – быстро нашли применение в электронных и электронно-гидравлических системах управления всех типов ГТД.

Новые агрегаты топливных систем ГТД
В 2003 г. перед МПО им. И. Румянцева и НПП «Темп» была поставлена задача разработать новые газовые агрегаты с улучшенными техническими характеристиками. При этом нужно было обеспечить:
•    взрывозащищенность;
•    повышение надежности и возможность замены ДУС, ОГК при технологических схемах КС с предварительным редуцированием газа до 2,4 МПа;
•    возможность работы двигателя при прямом редуцировании газа с входа и выхода КС при давлении газа до 10 МПа с ограничением подогрева;
•    для удобства монтажа и обслуживания на базе дозатора газа и стопорного клапана создать модуль редуцирования и дозирования газа.
C 2006 г. начался серийный выпуск дозаторов типа ДУС и стопорных клапанов типа ОГК во взрывозащищенном исполнении. За короткий промежуток времени они стали пользоваться повышенным спросом как на объектах ОАО «Газпром», так и в энергетике – на мобильных энергоустановках.
В 2007 г. на предприятии освоен серийный выпуск агрегатов нового поколения, дозаторов ДГВ-В и стопорных клапанов СКВ, рассчитанных на работу с давлением топливного газа до 7,5 МПа и без подогрева. На базе этих агрегатов разработан и внедрен в серийное производство модуль редуцирования МР-75, в состав которого кроме ДГВ-В и СКВ входят датчики давления и температуры и сигнализаторы давления (фото 1).
В конструкции агрегатов ДГВ-В и СКВ использованы детали из высокопрочного алюминиевого сплава и нержавеющей стали, что позволило получить необходимые прочностные характеристики и обеспечить работоспособность агрегатов при давлении газа до 10 МПа.
Применяя дозаторы ДГВ-В и стопорные клапаны СКВ на объектах ОАО «Газпром», можно сократить затраты на изготовление и эксплуатацию компрессорных станций. Возможность их работы с топливным газом до 7,5 МПа без подогрева позволяет отказаться на КС от системы редуцирования в блоке подготовки топливного газа и уменьшить потребление технологического газа для системы подогрева.
Эффективность и надежность работы агрегатов ДГВ-В и СКВ была доказана при их опытнопромышленной эксплуатации в системах топливопитания двигателей на КС «Вязниковская» (Н. Новгород) и в условиях Крайнего Севера на КС «Пуртазовская» (Сургут); в составе модуля МР-75 на КС «Карпинская» (Тюмень).
По результатам опытно-промышленной эксплуатации была проведена модернизация Вязниковской КС по доработке системы топливопитания двигателей НК-16-18СТ на пяти ГПА с использованием модуля редуцирования МР-75. В результате из технологической схемы КС исключен блок подготовки топлива БПТПГ и ограничен подогрев топливного газа. Отбор газа осуществляется напрямую с входного коллектора КС. Вязниковская КС стала первой станцией в Газпроме, на которой благодаря использованию модуля МР-75 с ДГВ-В и СКВ полностью отказались от БПТПГ и ввели ограничения на подогрев топливного газа.
По результатам приемочных испытаний модуля редуцирования МР-75 в составе системы топливопитания двигателя АЛ-31СТ (ГПАЦ16Р) на КС «Карпинская» было принято решение о комплектовании ими ГПА «Арлан» (производства ОАО «Сатурн – Газовые турбины»). Агрегаты, в которых применяется топливная аппаратура производства МПО им. И. Румянцева, представлены в табл. 1.
Начало выпуска дозаторов газа с новыми блоками управления КДУ (контроллер дозирующего устройства) позволило расширить сферу применения дозаторов газа ДГВ-В и ДУС-ВЦ. Контроллер КДУ, в котором используются современные схемные решения и комплектующие, имеет высокие характеристики по точности регулирования, повторяемости параметров, помехоустойчивости и быстродействию системы. Дозаторы c этими контроллерами приобретают более привлекательные эксплуатационные характеристики и свойства. Применение КДУ обеспечило повторяемость характеристик дозаторов и позволило получить полностью взаимозаменяемые изделия.
Комплектование дозаторов ДГВ-В и ДУС-ВЦ контроллерами КДУ дает возможность использовать их в системах топливопитания газотурбинных двигателей энергетических установок. Использование агрегатов на ГТЭС требует от них повышенной точности регулирования параметров двигателя и быстродействия.
Испытания дозатора ДГВ-В с контроллером КДУ в составе ГТЭС разработки ОАО «Авиадвигатель» на установке «Янус» позволили проверить работоспособность системы ДГВ-В – КДУ в жестких условиях эксплуатации электростанции. Испытания дали материал для дальнейшего совершенствования блока управления, в результате создана новая модификация контроллера – КДУ-М1. Этот контроллер обеспечил самые жесткие требования, предъявляемые к работе топливной автоматики в системе топливопитания газотурбинного двигателя электроустановки.
На сегодня дозаторами газа ДГВ-В с контроллерами КДУ-М1 укомплектованы ГТЭС Урал-6000 на НГКМ «Пякяхинская» (ЛУКойл Западная Сибирь), ГТЭС-25 (ТЭЦ-1 г. Уфа), ГТЭС Урал-4000 на месторождении Сахалин-2 и т.д. (табл. 2).
Отмечая перспективность использования дозаторов типа ДГВ-В, работающих по схеме прямого редуцирования топливного газа без подогрева, разработчики ГТД и ГПА сомневаются в возможности работы топливной системы при значительных степенях редуцирования газа. При большой степени редуцирования падение температуры газа приведет к тому, что за дозатором температура опустится намного ниже точки росы, и это приведет к выпадению жидкой фракции газа. Образование жидкой фазы на выходе из дозатора чревато серьезными проблемами в работе камеры сгорания ГТД.
Учитывая это, специалисты ООО «Газхолодтехника» для применения в системах топливопитания ГТД предложили новые модели газомасляного теплообменника, которые обеспечат надежную работу силового привода ГПА при любых отрицательных температурах топливного газа на входе станции. В текущем году на КС «Вязниковская» планируется провести опытнопромышленную эксплуатацию газомасляного теплообменника ГМТ-400.
В перспективах развития газотранспортной системы ОАО «Газпром» планирует увеличить давление в магистральном трубопроводе и, соответственно, в системах топливопитания приводов до 10…12 МПа. Это предполагает разработку и производство топливной аппаратуры, способной обеспечивать регулирование подачи топливного газа в камеру сгорания ГТД с учетом новых условий эксплуатации.
В настоящее время предприятием совместно с НПП «Темп» разрабатываются агрегаты топливной аппаратуры, способные работать на топливном газе с давлением до 12 МПа. Аппаратура предназначена для применения на новых газопроводах ОАО «Газпром», в частности на Северо-Европейском газопроводе и на газопроводах Бованенково – Ухта и Ухта – Торжок.

Технические возможности новых агрегатов
Испытания в составе топливных систем различных типов двигателей дозатора ДГВ и клапана СКВ, а также модуля МР-75 показали следующие возможности их применения и модернизации технологических схем компрессорных станций (рис.) и энергоустановок:
1.    При стандартной технологической схеме КС с блоком БПТПГ, где предусмотрено предварительное редуцирование топливного газа до давления 2,4 МПа, установка модуля МР-75 (ДГВ, СКВ) вместо дозатора ДУС и клапана ОГК упрощает монтаж и обслуживание (А).
2.    На магистральных газопроводах с давлением 7,5 МПа при переходе к схемам с прямым редуцированием топливного газа, подаваемого с входа КС, отпадает необходимость в блоке БПТПГ, который заменяется модулями МР-75 (ДГВ и СКВ), установленными в каждом ГПА (фото 2). Такие схемы топливопитания реализованы на КС «Вязниковская» и «Помарская» – ГПА с двигателями НК-16-18СТ, а также на модульной ГПА «Арлан» с двигателем АЛ-31СТ. При внедрении схемы прямого редуцирования на газотурбинных двигателях необходимо устанавливать электрозапуск (Б).
3.    Для уменьшения потребления топливного газа на его подогрев и сокращения затрат на приобретение и обслуживание блока подогрева газа предлагается вместо станционного блока подогрева установить в ГПА перед модулем МР-75 газомасляный теплообменник ГМТ. Испытания теплообменника ГМТ-400 производства ООО «Газхолодтехника» в составе ГПА-Ц-16 с двигателем НК-16-18СТ, оснащенным модулем МР-75, будут проведены в текущем году на КС «Вязниковская» (В).
4.    На новых газопроводах с давлением 10 МПа предусмотрено провести испытания МР-75 (ДГВ-В, СКВ) по прямому редуцированию газа с входа КС в составе ГПА-25-04 Урал с двигателем ПС-90-25 и ГПА-Ц-25 с двигателем НК-36СТ на КС «Новоюбилейная» и «Новосиндорская» газопровода Ухта – Торжок.
5.    Агрегаты производства МПО успешно используются в ГТУ для выработки электроэнергии. Предприятие оснастило аппаратурой 22 типа двигателей, применяемых в энергетических установках.
Таким образом, новые виды топливных агрегатов ГТУ производства МПО им. И. Румянцева позволяют заменить не только устаревшие модели дозаторов и стопорных клапанов в схемах со станционными блоками БПТПГ, но и изменять технологическую схему КС магистральных газопроводов с давлением газа 7,5 МПа.

РГДУ – регулятор-ограничитель давления и расхода газа с дистанционным управлением для ГРС
В марте текущего года успешно прошли приемочные испытания на ГРС «Мокшан» (Пензенское ЛПУ) регулятора РГДУ 75/80 с дистанционным управлением (фото 3). Регулятор разработки и изготовления НПП «Темп» и МПО им. И. Румянцева обеспечил поддержание выходного давления с точностью ±1 % и ограничение расхода потребителю с точностью ±2 %. Управление регулятором, в том числе смена уставок по давлению и расходу, осуществлялось из центральной диспетчерской Пензенского ЛПУ по телекоммуникационным связям на расстоянии более 70 км от ГРС «Мокшан». Управление регуляторами РГДУ возможно также по сотовой, радиомодемной и космической связи.
Внедрение регуляторов РГДУ обеспечивает:
•    поддержание выходного давления газа;
•    соблюдение лимитной дисциплины потребителя, исключающей несанкционированный отбор газа, путем автоматического ограничения расхода в пределах договорных объемов, с формированием предупредительных сигналов;
•    прекращение подачи газа потребителю при аварийных ситуациях дистанционно по сигналу от центральной диспетчерской ЛПУ или оператора ГРС;
•    централизованное управление регуляторами из диспетчерской ЛПУ.
В настоящее время разработаны РГДУ с проходным сечением Ду: 25, 50, 80, 100. В перспективе предусматривается разработка и изготовление РГДУ с Ду 150, 200. Регуляторы РГДУ включены в реестр ОАО «Газпром».
Освоение производства агрегатов газовой тематики потребовало внедрения технологий CALS при проектировании изделий, подготовке производства и разработке техпроцессов. Создано конструкторское бюро для разработки новых агрегатов (модуль МР-75 выполнен специалистами КБ) и отдел по разработке электронных блоков управления с использованием современных систем автоматического проектирования. Разработана и внедрена система автоматизированного планирования производства.
Для ускорения процесса разработки новых агрегатов газовой аппаратуры на предприятии внедрена автоматизированная система параметрического проектирования и черчения – T-FLEX CAD, обеспечивающая высокую степень гибкости и возможность изменения изображения при сохранении соотношений между элементами. Благодаря версии T-FLEX CAD 3D процесс проектирования проводится в среде трехмерного параметрического моделирования. С помощью этой программы были созданы твердотельные модели всех деталей и узлов агрегатов нового поколения системы топливопитания силового привода ГПА – дозатор газа ДГВ и стопорный клапан СКВ. С помощью системы T-FLEX Анализ, а также комплекса ANSY проводятся прочностные расчеты и расчеты отдельных элементов конструкции агрегатов.
В МПО на основе стандартов ГОСТ Р ИСО 9001-2001 и СТО Газпром 9001-2006 разработана, документально подтверждена и функционирует сертифицированная система менеджмента качества. Все типы дозаторов и стопорных клапанов и регуляторы РГДУ, выпускаемые объединением, имеют сертификаты соответствия, разрешения Ростехнадзора на право применения в газовой промышленности, а дозаторы ДГВ, стопорные клапаны СКВ, модуль редуцирования МР-75, регуляторы РГДУ – сертификат взрывозащищенности по типу 1Exds11CT4.

Машиностроительное производственное объединение им. И. Румянцева за 15 лет работы по поставке оборудования газовой тематики расширило свою деятельность – от проектирования агрегатов, инжиниринга, серийного производства до ввода их в эксплуатацию.
Организована сервисная поддержка выпускаемой продукции и контроль ее качества в течение всего периода эксплуатации. Проводится обучение персонала по заявке заказчика. Внедрение на предприятии нового оборудования и передовых технологических процессов позволило повысить качество и надежность выпускаемой продукции. В перспективных планах объединения – освоение новых типов агрегатов, в том числе для двигателей нового поколения. Турбины и Дизели