Общие данные об объекте исследований

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ПНИПУ)

УДК: 621.43: 621.45+629.7+001.891

№ гос. регистрации

Инв.№

Отчет

О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ

Разработка методологии и программно-технических средств интеллектуализации единого центра многоцелевых испытаний газотурбинных установок до 40МВт

УДК 65.012.2.002: 006.354

Этап 2.6 «Проведение патентных исследований по ГОСТР 15.011-96»

Отчет о НИОКР

(Заключительный)

Шифр работы:

Руководитель договора,

г.н.с., д.т.н., профессор _________________

подпись, дата

Научный руководитель

к.т.н., доцент ________________
подпись, дата

Начальник НИЧ _________________

д.т.н., профессор подпись, дата

Пермь 2013

СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

Общие данные об объекте исследований

Объектом исследования является многоцелевой адаптивный экологичный стенд для испытаний газотурбинных установок мощностью до 40 МВт.

Срок выполнения работы 01.10.2010 – 31.12.2012 г.г. Работа выполняется для ОАО «Протон – Пермские моторы».

Приоритетным направлением работы является создание стенда с высокими, энергоэффективными и ресурсосберерегающими характеристиками (рисунок 1).

Рисунок 1. Общий вид стенда

Работа направлена на создание стенда, конструктивные возможности которого позволяли бы решать следующие высокоактуальные задачи:

1) Создание высокотехнологичного производства для проведения полноразмерных испытаний газотурбинных установок (ГТУ) мощностью от 16 до 25 МВт (ГТУ-16П, ГТУ-25П) и перспективных ГТУ мощностью до 40 МВт (ГТУ-30П, ГТУ-32П), изготавливаемых российскими предприятиями и используемых для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС) с возможностью адаптации на программно-аппаратном уровне под любой из указанных типов ГТУ без существенных доработок.

2) Анализ и разработка методологического обеспечения построения многоцелевого стенда испытания газотурбинных установок мощностью до 40 МВт различных версий применения. Концептуальная проработка проектно-технологических решений.

3) Разработка методологии управления жизненным циклом наукоемких изделий на основе современных методов CALS-технологий. Разработка системы регионального сервиса для тиражируемых систем.

Внедрение проекта позволит:

- снизить стоимость ГТУ;

- сократить сроки ввода ГТУ в эксплуатацию;

- контролировать экологические параметры испытываемых ГТУ;

- разработка передовых подходов к диагностированию, мониторированию и управлению испытательными стендами;

- создание условий для достижения РФ ключевых ролей в вопросах транспортировки топливно-энергетических ресурсов в страны ближнего и дальнего зарубежья.

Проект предполагает также внедрение в образовательную практику Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет» (ПГТУ) новых и качественно усовершенствованных инновационных образовательных программ подготовки инженерных, научных и управленческих кадров в авиационных, энергетических и аэрокосмической отраслях, сетевых компаниях, сфере жилищно-коммунального хозяйства и смежных отраслях.

Реализация проекта соответствует современному состоянию и перспективам развития отрасли, в которой согласно Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года приоритетными направлениями развития нефтегазового (топливно-энергетического) комплекса, является реализация проектов строительства трубопроводов, а также стимулирование инвестиций в разработку месторождений и развитие транспортной инфраструктуры.

Для развития газотранспортной системы России Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020г. предусматривается:

- ввод в эксплуатацию газопровода «Северный поток».

- полная загрузка газопровода «Голубой поток».

- строительство газопровода «Южный поток».

- создание в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке газотранспортной системы ВСТО (Восточная Сибирь – Тихий океан) для обеспечения нужд потребителей региона в газе и экспорте газа в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

- строительство и ввод в эксплуатацию заводов по производству сжиженного природного газа (в Мурманской области, на острове Сахалин в рамках проекта Сахалин-2).

В свою очередь стратегия развития ОАО «Газпром» предусматривает расширение транспортных мощностей и диверсификацию маршрутов транспортировки газа.

Приоритетными проектами являются строительство газопроводов Северные районы Тюменской области (СРТО) — Торжок, Грязовец — Выборг, «Северный поток» и расширение Уренгойского газотранспортного узла. Кроме того, ОАО «Газпром» реализует проекты строительства газопроводов Касимовское ПХГ — Воскресенск и Починки — Грязовец.

Следующими крупными проектами, которые «Газпром» планирует начать вводить в эксплуатацию после 2010 г., станут строительство системы магистральных газопроводов Бованенково — Ухта и Ухта — Торжок для транспортировки газа с месторождений полуострова Ямал и строительство газопровода Мурманск — Волхов для транспортировки газа Штокмановского месторождения в Северо-Западный район России, а также строительство газопровода «Южный поток», который наряду с проектом «Северный поток» обеспечит диверсификацию маршрутов поставок газа на европейский рынок. Также «Газпром» участвует в развитии ГТС в Центральной Азии.

В соответствии с Восточной программой на Дальнем Востоке России предполагается создание и развитие ГТС для обеспечения надежного газоснабжения российских потребителей, выхода на экспортные рынки стран Азианско - Тихоокеанский регион и последующего подключения к действующей Единая систем газоснабжения России. Основу на первом этапе составит газопровод Сахалин — Комсомольск-на-Амуре — Хабаровск — Владивосток, который позволит газифицировать Хабаровский и Приморский края, а также Еврейскую АО. В перспективе предполагается подключение к этой системе Чаяндинского нефтегазоконденсатное месторождение.

С целью повышения эффективности функционирования газовой промышленности предусматривается развитие научно-технического прогресса, и в частности, внедрение техники и технологии сжижения природного газа (СПГ) и его транспортировки, включая «пик шевинг» (установки для снятия пиковых нагрузок).

В настоящее время в России выпускается до 100 промышленных газотурбинных установок (ГТУ) в год. Потребность российской экономики существенно выше: до 2025 г. на переоснащение действующих газоперекачивающих станций и создание новых, развитие инфраструктуры газового комплекса понадобится до 2300 ГТУ. Приблизительно такое же количество новых установок потребуется для теплоэлектростанций в разных регионах страны. Дополнительный рост может быть связан с дальнейшим развитием транспортного газотурбостроения.

К важнейшим межотраслевым направлениям относится развитие производства оборудования для отраслей ТЭК, это наиболее платежеспособный сегмент внутреннего рынка. Энергетической стратегией в качестве одного из принципов обеспечения энергетической безопасности страны выдвигается максимально возможное использование отечественного оборудования во всех технологических процессах ТЭК. Прогнозируется, что для решения проблемы импортозамещения отечественная промышленность освоит к 2020 г. 95-98% импортируемой номенклатуры для ТЭК.

Помимо ОАО «Газпром» потребителями конечной продукции (ГПА и ГТЭС), созданной с использованием ГТУ мощностью 10-25 МВт являются ООО «Белтрансгаз», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Таркосаленефтегаз», ОАО «Томскгазпром», ОАО «НОВАТЭК - Таркосаленефтегаз», ОАО «Юганскнефтегаз», ООО «Лукойл – Западная Сибирь».

Еще одним из перспективных направлений сбыта ГТУ (соответственно и услуг по испытанию ГТУ) является продажи, в том числе и экспорт ГТЭС. В этом направлении строительство высокотехнологичного испытательного производства обеспечит дополнительные технико-экономические преимущества перед зарубежными и отечественными аналогами. В первую очередь, это оптимальное соотношение цены и качества, соответствующего мировым стандартам.

Национальный рынок ГПА и газотурбинных двигателей (ГТД) ориентирован на потребности доминирующего заказчика – ОАО «Газпром», являющегося государственной монополией в сфере транспортировки газа. На сегодняшний день на компрессорных станциях ОАО «Газпром» эксплуатируется порядка 4, 2 тыс. ГПА с газотурбинным приводом мощностью 6, 3–26, 5 МВт.

В соответствии с реализуемой «Комплексной программой реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта и компрессорных станций поземных хранилищ газа на 2007-2010 гг.» общая потребность ОАО «Газпром» в газокомпрессорном оборудовании для развития, реконструкции и перевооружения различных технологических объектов оценивается в 2 тыс. МВт в год.

По некоторым оценкам, ОАО «Газпром» ежегодно необходимо модернизировать 200-300 агрегатов, а потребность в новых составляет от 40 до 80 единиц. Таким образом, потребность ОАО «Газпром» в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) до 2020 года может оценивается около 700 единиц.

Кроме того, ожидается, что уже через несколько лет ОАО «Газпром» понадобятся ГПА большей мощности – 40-60 МВт, которые в России еще не производятся.

Помимо нового производства и реконструкции ГПА, все ГТУ проходят периодическое обслуживание завершающей стадией которого является проведение полноразмерных испытаний. Таким образом, потребность в проведении испытаний значительна, особенно это актуально для ГТУ большой мощности, стендов для испытания которых в РФ нет. Отсутствие подобных высокотехнологичных испытательных производств и опытно-научной базы будет сдерживать развитие производства ГТУ мощностью 25 МВт и более.

Динамику развития мирового и российского рынков ГТУ, а также прогнозы спроса на ГТУ, испытываемые на ОАО «Протон-ПМ», характеризуют таблицы 1..3 приведенные ниже.

Таблица 1- Объем мирового рынка, млн. руб. (ГТУ 20…30 МВт)

Таблица 2 - Объем российского рынка, млн. руб. (ГТУ 20…30 МВт)

Таблица 3 - Объем дополнительного производства новой высокотехнологичной продукции, млн. руб. (ГТУ-25П, ГТУ-30П, ГТУ-32П)

Проведение стендовых испытаний обеспечивает подтверждение заявленных характеристик газотурбинной установки, выявление дефектов сборки, отладку двигателя и как результат отправку в эксплуатацию изделия высокого качества. Основным заказчиком данного вида продукции для управляющей компании Пермского моторостроительного комплекса является открытое акционерное общество «Газпром».

В результате реализации проекта повысится уровень производства испытательного производства. Прогнозируется снижение уровня издержек на проведение испытаний для мощных ГТУ (25 МВт и более) на 40-50%, что связано с отказом от проведения повторных испытаний изделия на объекте заказчика ОАО «Газпром», издержки на проведение испытаний ГТУ малой мощности (до 16 МВт) сократятся на 10-15%.

Пропускная способность испытательного производства после реализации проекта возрастет до 120%, что востребовано существующими заказчиками. Таким образом, пропускная способность производства составит до220 ГТУ в год.

Интенсивность труда предполагается повысить на 20…30%. Повысится экстенсивность труда испытателей – до 40%, а слесарей, занятых на подготовке испытаний, – до 30% за счет перехода на параллельное обслуживание двух стендов испытательного производства.

Значительно снизится трудоемкость переналадки стендового оборудования за счет специализации стендов (существующий – для ГТУ мощностью до 15 МВт, создаваемый в рамках проекта – для ГТУ от 16 МВт), а также за счет высокой адаптивности стендов к ГТУ разных типов. Выработка продукции в единицу времени для создаваемого производства по сравнению с существующим увеличится более чем на 35%.

В рамках реализации проекта ожидается значительное улучшение организационно-экономических факторов, определяемых уровнем организации труда и управления, за счет повышения уровня механизации и автоматизации процесса подготовки и проведения испытаний. Эффект от проекта будет заключаться и во внедрении и развитии автоматизированных систем управления производством (АСУП), включение в сферу действия АСУП максимально возможного количества объектов создаваемого производства. Особенно это будет заметно в области подготовки проведения испытаний ГТУ и обработки результатов испытания. Удельный вес современного оборудования после реализации проекта составит более 70%.