image
energas.ru

Территория Нефтегаз № 10 2017

Газораспределительные станции и системы газоснабжения

01.10.2017 10:00 Технико-экономические аспекты технического перевооружения газораспределительных станций
Развитие инфраструктуры газотранспортных систем и внутреннего рынка газа является ключевой задачей газовой отрасли. При этом в настоящее время на территории Российской Федерации эксплуатируется большое количество газораспределительных станций с расходом газа, превышающим значение проектной производительности. По таким «закрытым» станциям газотранспортные общества в соответствии с требованиями законодательства в области промышленной безопасности вынуждены отказывать существующим потребителям в увеличении поставок газа, а новым – в подключении к газотранспортной системе, что сдерживает реализацию региональных социальных и коммерческих проектов и развитие внутреннего рынка газа. Снятие ограничений по поставке газа, как правило, становится возможным только после проведения сопряженной с большими капитальными вложениями и временными затратами реконструкции газораспределительной станции с увеличением проектной производительности. Однако есть альтернативный подход к увеличению пропускной способности газораспределительных станций, требующий значительно меньших временных и финансовых затрат. Он заключается в определении на основе результатов компьютерного моделирования технически возможной пропускной способности газораспределительной станции, выявлении «узких» мест (отдельных элементов оборудования, трубопроводной обвязки), ограничивающих технически возможную пропускную способность газораспределительной станции, и их устранении за счет малозатратного технического перевооружения. Это позволяет достаточно быстро и с минимальными объемами капитальных вложений увеличить производственную мощность газораспределительных станций и создать условия для интенсификации социально-экономического развития регионов России за счет расширения доступа потребителей к газовой инфраструктуре. В статье приведены основные положения, технико-экономические показатели и преимущества реализации технического перевооружения на примере конкретной действующей газораспределительной станции.
Ключевые слова: газораспределительная станция, технически возможная пропускная способность, техническое перевооружение, математическое моделирование.
Ссылка для цитирования: Белинский А.В., Речинский С.Н., Ребров О.И., Клейменов И.В., Клейменова Л.С. Технико-экономические аспекты технического перевооружения газораспределительных станций // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 10. С. 24–31.
Открыть PDF


Недопущение инфраструктурных ограничений роста экономики – одна из ключевых задач сегодняшнего дня, решению которой следует уделять самое пристальное внимание. Развитие инфраструктуры дает жизнь новым инвестиционным проектам, а доступ к ней населения способствует решению ряда социальных проблем.

Газовая отрасль занимает особое место в социально-экономическом развитии российских регионов. Практически все регионы считают развитие газификации своих территорий основой роста экономики, повышения социально-экономических условий жизнедеятельности. Однако многие регионы сталкиваются с проблемой достижения предельных загрузок ранее построенными объектами газоснабжения, в связи с чем дополнительные поставки газа потребителям, в том числе подключение новых потребителей, становятся невозможными. Такие объекты газоснабжения подлежат реконструкции (расширению), что, как правило, требует значительных капитальных вложений и временных затрат.

В настоящее время особую актуальность приобретает поиск путей повышения эффективности использования существующих производственных мощностей систем газоснабжения. Это в первую очередь касается действующих газораспределительных станций (ГРС) – связующего звена между системами дальнего транспорта газа и региональными сетями газораспределения.

Один из путей повышения эффективности использования производственных мощностей ГРС – выявление резервов пропускной способности ГРС и задействование их в газоснабжении за счет реализации малозатратных мероприятий по техническому перевооружению.

 1.png

Основные положения методического подхода к обоснованию мероприятий технического перевооружения

Наиболее важной характеристикой производственной мощности эксплуатируемой ГРС является проектная производительность (Qпр). Она устанавливает значение максимально возможного объема подачи газа потребителям через ГРС за 1 ч при расчетных условиях, принятых при проектировании станции.

До настоящего времени в случае достижения фактической загрузки ГРС к уровню Qпр при наличии потребности в увеличении поставок газа по таким объектам мог запускаться инвестиционный процесс реконструкции станции в целях увеличения ее производительности.
В среднем срок проведения реконструкции ГРС от момента включения объекта в инвестиционную программу до сдачи в эксплуатацию составлял 3–5 лет.

На практике реконструкция ГРС фактически означает строительство новой станции, что требует значительных инвестиций как по объему проектирования, так и по фактически реализуемым работам. При этом всегда есть риски невыхода загрузки новых и реконструированных ГРС на уровни, обеспечивающие эффективность вложенных инвестиций, и, как следствие, снижения эффективности инвестиций вследствие невыполнения потребителями обязательств по приему заявленных объемов газа.

В то же время практика эксплуатации показала, что область допустимых режимов работы ГРС шире, чем это определено проектной документацией. Это обусловлено различными причинами.
В частности, пропускная способность ГРС напрямую зависит от параметров газа и газового потока на входе и выходах станции. Кроме того, при проектировании и строительстве ГРС ранее зачастую использовались типовое оборудование и технические решения, рассчитанные на бльшую, чем значение номинальной производительности станции в целом, пропускную способность.

Научно-исследовательские работы, проведенные АО «Газпром промгаз» совместно с ООО «Газпром трансгаз
Москва» в рамках Программы НИОКР ПАО «Газпром» в 2014–2015 гг., позволили доказать, что технически возможная пропускная способность (ТВПС) ГРС может быть существенно выше номинального значения Qпр. Под ТВПС ГРС понимается максимально возможное количество газа, которое можно подать через ГРС с учетом ее фактического технического состояния и сложившихся технологических режимов работы, без нарушений технологических ограничений, при условии наличия технической возможности подводящих газопроводов по увеличению подачи газа на ГРС.

Методология базируется:

  • на применении принципов системного анализа при рассмотрении каждой ГРС, т. е. каждая ГРС рассматривается как структурно сложная техническая система, состоящая из элементов, обладающих индивидуальными особенностями и взаимодействующих друг с другом;

  • математическом моделировании и проведении многовариантных технологических (гидравлических и тепловых) расчетов режимов работы ГРС;

  • оценке технических рисков эксплуатации ГРС с превышением Qпр и разработке организационных мероприятий, обеспечивающих требуемый уровень промышленной безопасности ГРС.

Выявленные резервы пропускной способности позволяют:

  • подключить новых потребителей к системе газоснабжения без проведения дорогостоящей реконструкции ГРС, которая к тому же занимает длительное время;

  • перенести проведение полномасштабной реконструкции ГРС на более поздние периоды;

  • увеличить объемы реализации газа и загрузку производственных мощностей ПАО «Газпром», т. е. повысить эффективность их использования.

В случаях, когда ТВПС ГРС недостаточно для полного удовлетворения спроса на газ, методология позволяет выявить локальные «узкие» места для конкретной станции, ограничивающие возможность дополнительной поставки газа потребителям. Под «узким» местом понимается любой узел ГРС или элемент трубопроводной обвязки, пропускная способность которого ограничивает ТВПС станции. Как правило, к таким элементам относятся:

  • узлы замера, подогреватель газа, фильтры, узлы редуцирования, пропускная способность которых ограничена особенностями оборудования;

  • отдельные элементы трубопроводов ГРС, пропускная способность которых ограничена конструкцией элементов (в основном диаметром труб), а также максимально допустимой скоростью потока газа, запорно-регулирующая арматура (ЗРА).

Устранение «узких» мест может существенно повысить пропускную способность станции в целом.

В развитие работ по анализу ТВПС ГРС был предложен методический подход к определению малозатратных мероприятий по увеличению производительности станций. Он базируется на разработке мероприятий, позволяющих задействовать резервы производственных мощностей ГРС в газоснабжении потребителей при минимальном объеме инвестиций. Научно-методические основы и пример апробации подхода приведены в [1, 2].

1_1.png

Основная идея предлагаемого подхода заключается в выявлении «узких» мест в ГРС на основе результатов технологических расчетов ТВПС, разработке технических решений по устранению этих «узких» мест и выполнении мероприятий по замене отдельных элементов в целях увеличения производительности станции в целом в рамках малозатратного технического перевооружения. Реализация таких мероприятий позволяет быстро обеспечить прирост производственных мощностей ГРС при значительно меньших капитальных вложениях по сравнению с реконструкцией.

Основные этапы работ по малозатратному техническому перевооружению ГРС представлены в блок-схеме на рис. 1.

В качестве основных преимуществ технического перевооружения отметим следующие (согласно [1–3]):

  • техническое перевооружение выполняется на конкретном действующем объекте (ГРС), в отношении которого ранее было получено разрешение на строительство, пройдены все необходимые экспертизы, осуществляется контроль деятельности надзорными органами в установленном порядке;

  • техническое перевооружение отличается от реконструкции объемом выполняемых строительно-монтажных работ, который, как правило, не должен превышать 15 %, а капитальные вложения –
    25 % первоначальных капитальных вложений в сопоставимых ценах;

  • при техническом перевооружении обеспечивается максимальное сокращение объема строительных работ, упрощение процесса их оформления, активное применение прогрессивного технологического оборудования;

  • обеспечивается упрощение и ускорение процедур подготовки документации (ст. 8 [4]) и реализации технических мероприятий;

  • средства, выделяемые на техническое перевооружение, окупаются в несколько раз быстрее.

Для иллюстрации экономической эффективности предлагаемого подхода рассмотрим результаты технико-экономических расчетов на примере реальной ГРС.

1_1_1.png 

Разработка мероприятий по техническому перевооружению ГРС

Рассматриваемая ГРС введена в эксплуатацию в 2003 г. Тип ГРС – «Энергия-3», Qпр – 1 тыс. м3/ч, проектное выходное давление – 0,6 МПа. Все узлы и системы ГРС находятся в работоспособном состоянии.

Фактически достигнутый пиковый расход газа более чем в 4,5 раза превышает проектную (номинальную) производительность (4,6 тыс. м3/ч). Технологическая схема ГРС представлена на рис. 2.

Результаты анализа расходных характеристик оборудования ГРС показали, что оно в целом позволяет обеспечить расход газа на уровне 5,0 тыс. м3/ч и ограничивается пропускной способностью узла замера расхода газа. Выявленный резерв оборудования ГРС составляет около 4 тыс. м3/ч и теоретически может быть задействован для покрытия пикового расхода газа. Вместе с тем эта оценка выполнена без учета ограничений по технологически допустимым режимам работы трубопроводной обвязки ГРС (согласно отраслевому нормативу [5] скорость газа в ней не должна превышать 25 м/с). Учет этих ограничений требует проведения ряда технологических расчетов – компьютерного моделирования режимов работы ГРС на специально подготовленной расчетной модели ГРС.

1_1_2.png

Цель дальнейших расчетов заключалась в определении значения ТВПС ГРС при фактически сложившихся значениях давления газа на входе и выходе станции и заданных технологических ограничениях.

На основе детального анализа технологических параметров оборудования и трубопроводов была сформирована математическая расчетная модель ГРС. Граничные условия в расчете приняты согласно технологическому режиму работы системы газоснабжения, который соответствует ее максимальной загрузке:

  • давление газа на входе ГРС (Pвх): 3,16 МПа;

  • уставка для регуляторов давления газа: 0,6 МПа;

  • температура газа на входе ГРС Твх: 5 °С;

  • температура окружающей среды Токр. ср.: –5,0 °С.

Проведены необходимые процедуры по параметризации и адаптации расчетной модели. На рис. 3 и 4 представлены расчетная схема, отвечающая фактическому режиму работы ГРС, и результаты технологических (гидравлических и тепловых) расчетов ее ТВПС при фактических значениях режима эксплуатации.

Результаты моделирования показывают, что, несмотря на наличие резервов оборудования (~4 тыс. м3/ч), ТВПС станции составляет 1,125 тыс. м3/ч. Основными «узкими» местами являются участки трубопроводной обвязки (ТПО), диаметр которых недостаточен для обеспечения расхода газа, соответствующего возможностям установленного оборудования станции и ограничениям на скорость потока. При фактически достигнутом расходе газа (4,6 тыс. м3/ч) скорость газа в отдельных участках ТПО значительно превышает нормативные ограничения, достигая 149 м/с (после регулятора давления РД-2).

Задействование части резерва пропускной способности оборудования ГРС и увеличение ТВПС ГРС возможно при условии выполнения работ по замене участков трубопроводов ГРС. Для выявления этих участков была проведена серия обосновывающих технологических расчетов. Определены необходимые мероприятия для увеличения ТПВС ГРС до значений, соответственно:

  • 4,3 тыс. м3/ч;

  • 4,6 тыс. м3/ч (фактически достигнутый расход);

  • 5 тыс. м3/ч (общая пропускная способность оборудования ГРС);

  • 5,9 тыс. м3/ч (еще дополнительно ~1 тыс. м3/ч сверх достигнутого расхода).

По результатам проведенных расчетов для обеспечения возможности использования резервов пропускной способности установленного оборудования и увеличения ТВПС ГРС при фактическом режиме эксплуатации (Pвх = 3,16 МПа, Рвых = 0,6 МПа) и соблюдении необходимых технологических ограничений определены мероприятия по малозатратному техническому перевооружению. Для увеличения ТВПС ГРС потребуется выполнение мероприятий в следующих объемах (табл. 1):

  • для увеличения ТВПС до 4,3 тыс. м3/ч – замена 4,3 м участков трубопроводов и 2 ед. ЗРА;

  • для увеличения ТВПС до 4,6÷5,0 тыс. м3/ч – замена 28,3 м участков трубопроводов и 3 ед. ЗРА;

  • для увеличения ТВПС до 5,9 тыс. м3/ч – замена 28,3 м участков трубопроводов, 4 ед. ЗРА и узла замера.

Увеличение ТВПС ГРС свыше 5,9 тыс. м3/ч потребует большего объема работ по замене участков трубопроводов,
а также части оборудования станции и подводящего газопровода-отвода.

 

Экономический анализ мероприятий по техническому перевооружению ГРС

Затраты на выполнение «классической» реконструкции ГРС с увеличением пропускной способности с 1 до 5 тыс. м3/ч для оценки экономической эффективности принимаются за 100 %.

При этом затраты на реализацию указанных решений по малозатратному техническому перевооружению ГРС оцениваются в следующем объеме:

  • для увеличения ТВПС до 4,3 тыс. м3/ч ~0,05 %;

  • для увеличения ТВПС до 4,6÷5,0 тыс. м3/ч ~0,2 %;

  • для увеличения ТВПС до 5,9 тыс. м3/ч – 1,4 %.

Таким образом, затраты на выполнение мероприятий по устранению «узких» мест для увеличения пропускной способности рассматриваемой ГРС примерно в 300–400 раз ниже, чем затраты на реконструкцию этой ГРС для достижения той же производительности.

Для определения экономической эффективности инвестиций в комплекс работ по малозатратному техническому перевооружению ГРС был проведен анализ основных расчетных критериев оценки экономической эффективности.

Основными критериями оценки экономической эффективности ИП, как правило, являются чистый дисконтированный доход (ЧДД), внутренняя норма доходности (ВНД), индекс доходности (ИД), дисконтированный срок окупаемости (ДСО). При этом для эффективного проекта должны обеспечиваться следующие условия: ЧДД > 0;
ВНД > 12 %; ИД > 1; ДСО минимален.

Расчеты выполнялись по утвержденной Методике [6], согласно которой оценка инвестиционных проектов осуществляется путем сравнения капитальных вложений в осуществление проектов строительства или реконструкции с денежным потоком, образующимся в результате реализации проекта. Оценка экономической эффективности инвестиционных проектов расширения и реконструкции проводится по разностному чистому денежному потоку, образуемому как разница между потоками «с проектом» и «без проекта».

Для детального анализа было проведено попарное сравнение показателей экономической эффективности по двум сценариям расчета.

Первый сценарий представляет собой сравнение вариантов «с проектом» и «без проекта», где в качестве варианта «с проектом» выступает малозатратное техническое перевооружение, а в качестве варианта «без проекта» – отсутствие технического перевооружения. При этом для варианта «без проекта» объем реализации газа должен рассчитываться исходя из существующей пропускной способности ГРС. Для варианта «с проектом» объем реализации газа рассчитывается исходя из новой пропускной способности 4,6–5,0 тыс. м3/ч. Само техническое перевооружение и соответствующие капитальные вложения осуществляются в два этапа.

Второй сценарий расчета также представляет собой сравнение вариантов, где вариант «без проекта» совпадает с аналогичным в первом сценарии, а вариант «с проектом» представляет собой «классическую» реконструкцию для обеспечения такой же пропускной способности 4,6–5,0 тыс. м3/ч.

Следует отметить, что помимо разницы в капитальных вложениях в обоих вариантах «с проектом» эксплуатационные затраты также будут различны, что связано с дополнительными отчислениями на капитальный ремонт по достроенному объекту и прочими материальными затратами (газ на собственные технологические нужды, электроэнергия и т. д.). При выполнении расчетов исходя из указанных выше капитальных вложений и перспективных объемов потребления были получены показатели экономической эффективности, представленные в табл. 2.

 

Заключение

Все основные показатели эффективности указывают на эффективность проекта малозатратного технического перевооружения, в то время как аналогичные показатели для «классической» реконструкции свидетельствуют о том, что проект неэффективен.

Необходимо отметить, что в рамках малозатратного технического перевооружения невозможно решить все задачи, которые обычно решаются при полной реконструкции ГРС. В ряде случаев общее старение ГРС, ухудшение технического состояния оборудования и ТПО, рост числа дефектов и другие факторы, а также их совокупное влияние могут обусловить экономическую целесо-
образность реконструкции станции в целом, а не отдельных ее элементов. Однако во многих случаях применение предложенного подхода по малозатратному техническому перевооружению ГРС позволяет быстро и с минимальными объемами капитальных вложений увеличить поставки газа потребителям, а также создать условия для реализации инвестиционных и социально ориентированных региональных проектов [1].

Таблица 1. Мероприятия по малозатратному техническому перевооружению для увеличения технически возможной пропускной способности газораспределительной станции

Table 1. Measures of capital saving technical re-equipment for increase of technically possible throughput (TPT) of the gas distribution station (GDS)

ТВПС ГРС, тыс. м3/ч 

TPT of the GDS, thousand m3/h

Объект ТПО ГРС, ограничивающий значение ТВПС 

Piping manifold object (PMO) of GDS, limiting the TPT

Мероприятия 

Measures

Суммарная длина участков ТПО, м 

Total length of the PMO sections, m

ЗРА, ед. 

Shut-off and control valve, units

Проектные данные 

Project data

Целевые показатели 

Performance target

Примечание 

Note

1,125

Значение ТВПС при существующей схеме 

The TPT value with the existing scheme

4,3

Участки ТПО: РД-2 – кран № 11; РД-1 –
кран № 15 

The PMO sections:
RD-2 – tap No. 11;
RD-1 – tap No. 15

Замена
с увеличением диаметра 

Replacement with increase of diameter

0,8

Ду 50 

DN 50

Ду 100 

DN 100

Замена кранов
№ 11 и 15 не является обязательным условием достижения требуемого ТВПС, рекомендуется для обеспечения технологичности 

Replacement of taps No. 11 and 15 is not
a mandatory requirement for achieving the required TPT, it is recommended to ensure production effectiveness

Участок ТПО обводной линии: крана № 4 – выходной коллектор 

The PMO section of bypass: tap No. 4 – exhaust header

3,5

Ду 40 

DN 40

Ду 80 

DN 80

Краны № 11 и 15 

Taps No. 11 and 15

2

Ду 50 

DN 50

Ду 100 

DN 100

4,6

Участки ТПО: РД-2 – кран № 11; РД-1 –
кран № 15 

The PMO sections:
RD-2 – tap No. 11;
RD-1 – tap No. 15

Замена
с увеличением диаметра 

Replacement with increase of diameter

0,8

Ду 50 

DN 50

Ду 100 

DN 100

Мероприятия также позволяют увеличить ТВПС ГРС до 5 тыс. м3/ч (до уровня пропускной способности установленного оборудования) 

Measures also allow to increase the TPT of the GDS up to 5 thousand m3/h (to the level of throughput of installed equipment)

Участок ТПО: РД-1
(РД-2) – выход ГРС 

The PMO section:
RD-1 (RD-2) – the GDS exit point

24

Ду 50 

DN 50

Ду 125 

DN 125

Участок ТПО обводной линии: крана № 4 – выходной коллектор 

The PMO section of bypass: tap No. 4 – exhaust header

3,5

Ду 40 

DN 40

Ду 80 

DN 80

Краны № 11 и 15 

Taps No. 11 and 15

2

Ду 50 

DN 50

Ду 125 

DN 125

Регулирующий кран № 4 

Control cock No. 4

1

Ду 40 

DN 40

Ду 80 

DN 80

Кран № 2 

Tap No. 2

1

Ду100 

DN 100

Ду 125

 DN 125

5,9

Участки ТПО: РД-2 – кран № 11; РД-1 – кран № 15 

The PMO sections:
RD-2 – tap No. 11;
RD-1 – tap No. 15

Замена
с увеличением диаметра Replacement with increase of diameter

0,8

Ду 50 

DN 50

Ду 125 

DN 125

Замена ДКС-100 на узел учета газа с диапазоном измерения, способным корректно производить замеры коммерческого расход газа свыше 5 тыс. м3/ч 

Replacement of
DKS-100 by the gas metering unit with measuring range capable of correctly measuring the commercial gas consumption more than 5 thousand m3/h

Участок ТПО: РД-1
(РД-2) – выход ГРС 

The PMO section:
RD-1 (RD-2) – the GDS exit point

24

Ду 50 

DN 50

Ду 125 

DN 125

Участок ТПО обводной линии: крана № 4 – выходной коллектор 

The PMO section of bypass: tap No. 4 – exhaust header

3,5

Ду 40 

DN 40

Ду 80 

DN 80

Краны № 11 и 15 

Taps No. 11 and 15

2

Ду 50 

DN 50

Ду 125 

DN 125

Кран № 2 

Tap No. 2

1

Ду 100 

DN 100

Ду 125 

DN 125

Регулирующий кран № 4 

Control cock No. 4

1

Ду 40 

DN 40

Ду 80 

DN 80

Диафрагма камерная ДКС-100 

Chamber orifice
DKS-100

1

ДКС-100 

DKS-100

Узел учета газа >5 тыс. м3/ч 

Gas metering unit, >5 thousand m3/h

Таблица 2. Сравнение показателей экономической эффективности малозатратного технического перевооружения ГРС

Table 2. Comparison of the economic efficiency indicators of capital saving technical re-equipment of the gas distribution systems

Показатель 

Indicator

1-й сценарий – малозатратное техническое перевооружение ГРС 

1st scenario: capital saving technical re-equipment of the gas distribution system

2-й сценарий – «классическая» реконструкция ГРС 

2nd scenario: «classic» reconstruction of the gas distribution system

ЧДД, тыс. руб. 

Net present value, thousand Roubles

Положительный 

Positive

Отрицательный 

Negative

ВНД, % 

Internal rate of return, %

Существенно превышает 12 % 

Significantly exceeds 12 %

Отсутствует 

Absent

ИД 

Profitability index

Существенно больше 1 

Significantly more than 1

0,23

ДСО, лет 

Discounted payback period, years

1

Более 15 

More than 15

 




← Назад к списку


im - научные статьи.