ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ИННОВАЦИЙ В ОТЕЧЕСТВЕННОМ ТУРБОМАШИНОСТРОЕНИИ. КОМПАНИЯ АО «ТУРБОХОЛОД»

И.А. Бабиченко¹, К.К. Соколов¹, А.А. Михайлов¹

¹АО «Туброхолод»

Аннотация

В статье рассматривается опыт АО «Турбохолод» в областях разработки и поставки турбодетандерных агрегатов (ТДА) для оснащения промысловых технологических объектов газовой промышленности России и стран ближнего зарубежья. Представленные сведения представляют интерес для специалистов в области холодильных турбомашин, руководителей машиностроительных предприятий, как пример создания и развития современной инновационной компании на базе отечественной инженерной школы.

Ключевые слова: турбодетандер, турбодетандерный агрегат (ТДА), установка комплексной подготовки газа, низкотемпературная сепарация, добыча газа, производство ТДА, разработка ТДА.

Краткая история создания и развития

АО «Турбохолод» современная отечественная компания, специализирующаяся на создании и поставке турбохолодильной техники для оснащения технологических объектов газовой промышленности [1, 2].

Началом истории АО «Турбохолод» считается 1962 год, в котором было создано специальное конструкторское бюро (СКБ) «Турбохолод». Первоначально, это был филиал авиационного предприятия Минавиапрома СССР, соответственно, АО «Турбохолод» наследник отечественной инженерной авиационной школы турбомашиностроения. Более детально исторический путь предприятия представлен в соответствующем разделе на сайте компании [3]. Одним из ключевых этапов развития нашей компании мы считаем реорганизацию в 1993 году СКБ «Турбохолод» в ОАО «Турбохолод» (сегодня АО «Турбохолод»), когда было принято решение о специализации компании на разработке турбохолодильных машин, работающих на природном газе. В начале 1990-х годов для руководства предприятия было очевидным, что существует потребность в турбохолодильном оборудовании для нужд отечественной газовой отрасли. Было понятно, что в нефте- и газодобывающих отраслях восполнение объемов добычи будет происходить за счет запасов глубокозалегающих залежей, газ которых характеризуется высоким конденсатным фактором, и для его подготовки потребуется организация процессов низкотемпературной сепарации (НТС) с турбодетандерными агрегатами [4, 5]. Организационные сложности этого периода в основном связаны с распространенной в то время точкой зрения, что более целесообразно покупать оборудование у зарубежных производителей, а не развивать и/или поддерживать отечественные предприятия. Однако, с учетом того, что газовая промышленность является стратегически важной для государства, было обосновано, что для оснащения объектов добычи газа требуются оборудование отечественного производства. В результате, создание такой компании позволило обеспечить спрос на уникальные турбохолодильные агрегаты (ТДА), и создать достойные условия для интеллектуального труда, что в свою очередь позволило удержать в России уникальных специалистов.

Дальнейшее развитие компании и ее современную историю удобно рассматривать на примере совершенствования ТДА производства АО «Турбохолод» и расширения спектра решений и услуг, предоставляемых заказчикам.

Продукция, решения и услуги

Начиная с 1993 года АО «Турбохолод» успешно реализовало ряд проектов, в т.ч.:

– модернизация физически и «морально» устаревших сменных проточных частей (СПЧ) ТДА в составе установок подготовки природного газа (УКПГ) и станций охлаждения газа (СОГ) месторождений Ямбурга, установленных в 80-х годах прошлого века,

– разработка серийных ТДА с активными магнитными подшипниками (АМП),

– разработка ТДА с вертикальным корпусом.

Модернизация ТДА в составе СОГ на Ямбургском месторождении выполнена как с сохранением масляных подшипников, так и с их заменой на АМП. Кроме того, в рамках проекта модернизации агрегатов была разработана осевая турбина (ОТ), взамен центростремительной. Эффективность разработанной ОТ не уступает центростремительным аналогам (адиабатный КПД составляет от 80 до 85 % в зависимости от отношения давлений), при этом осевая турбина менее чувствительна к жидкостной нагрузке вследствие меньшего времени контакта сконденсировавшихся частиц жидкости и элементов конструкции проточной части. В настоящее время эффективность применения ОТ в ТДА подтверждена практическим опытом эксплуатации, и остается исключительным «ноу-хау» АО «Турбохолод».

Разработка серийных ТДА с АМП стала логичным продолжением успешной опытно-промышленной эксплуатации опытного образца модернизированных СПЧ с АМП на объектах Ямбурга и в настоящее время на Заполярном, Бованенковском, Песцовом и других месторождениях ПАО «Газпром» [6].

Разработка ТДА с вертикальным корпусом осуществлена в результате выполнения комплекса научных и конструкторских разработок, выполняемых наряду с выполнением основных договорных обязательств. В результате был разработан и введен в эксплуатацию перспективный ТДА с вертикальным корпусом [7], не имеющий на сегодняшний день аналогов и обладающий рядом преимуществ перед агрегатами с горизонтальными корпусами: меньшая площадь для установки агрегата, меньшее время на монтаж и демонтаж СПЧ, эффекта разгрузки подшипниковых узлов при работе ТДА (осевая сила компрессора действует в противоположном направлении силы тяжести) и т.п.

Турбодетандерные агрегаты с вертикальным корпусом применены при реализации крупных проектов ПАО «Газпром», имеющих высокое стратегическое (и даже геополитическое) значение, для оснащения:

– СОГ на компрессорной станции Ярынская в составе Северо-Европейского газопровода [6],

– УКПГ на Чаяндинском месторождении, названным Сердцем экспортного магистрального газопровода «Сила Сибири» [6, 7, 8].

Результатом системной работы в продолжении почти двадцати лет по разработке и организации производства серийного оборудования, а также поисковых исследований стало то, что ТДА производства АО «Турбохолод» составляет более 90 % парка турбодетандеров, применяемых в составе технологических объектов отечественных нефтегазовых компаний [1]. Компания выпускает современные ТДА с полезной нагрузкой в виде газового компрессора, с единичной производительностью 5…25 стандартных млн. м^3/ сут, с отношением давлений в турбине более 2,0 для рабочих давлений до 13,5 МПа, а температур до минус 170 С [9].

Наряду с производством ТДА АО «Турбохолод» разрабатывает интегрированные решения [10] по разработке, производству и поставке комплекта ТДА с комплектом запорно-регулирующей арматуры и трубопроводов, расположенного на единой раме. Кроме того, компания предоставляет комплексные услуги компаниям газоперерабатывающей и нефтехимической отрасли на протяжении всего жизненного цикла применения ТДА, включая пуско-наладочные работы, поставку запасных частей и осуществление ремонта, а также обучение персонала Заказчика [11].

О единстве противоречий. Особенности промысловых ТДА и комплексный подход АО «Турбохолод» к их разработке

Разработка и производство такой специализированной техники, как турбохолодильные турбомашины осуществляется на стыке противоречий, что требует разработки нетрадиционных технических и организационных решений.

Основное противоречие заключается в том, что рынок специализированной техники для нефтегазовых объектов, как правило небольшой по сравнению с аналогичной техникой более общего назначения, однако при этом для обеспечения ее надежности и эффективности требуется решать специфические уникальные задачи.

Например, спрос на турбохолодильную технику для нужд нефтегазовой отрасли существенно меньше, чем на подобные агрегаты для климатических и холодильных установок общего назначения. При этом конструкторам промысловых ТДА предстоит решать более сложные задачи для обеспечения эффективной и надежной работы оборудования, причем часто приходится оперативно выполнять поисковые работы для адаптации технических решений под фактические условия эксплуатации, зачастую уникальные для каждого объекта применения. В основном уникальность и сложность конструкторских задач обусловлена уникальностью термобарических условий и компонентных составов газов на каждом месторождении. Существенным отличием промысловых ТДА является то, что их рабочим телом является «реальный» природный газ, который содержит жидкость и твердые примеси, а также низкокипящие фракции, конденсирующиеся в процессе расширения. Также важно отметить, что создателям ТДА для промысловых объектов приходится иметь дело не только с тяжелыми условиями эксплуатации, но и с неопределенностями показателей эксплуатации агрегата [12, 13]: как правило имеет место отклонение фактических и проектных значений давлений и температур, а также состава газа.

Таким образом, совокупность уникальных условий эксплуатации и фактор неопределенности показателей эксплуатации на этапе проектирования приводит к тому, что создание турбохолодильной техники для газовых промыслов требует индивидуального подхода, так как универсальные типовые решения на сегодняшний день существуют для турбохолодильной техники, работающей на чистых газах, которые в основном встречаются в холодильных и климатических системах. В условиях газовых промыслов новые спроектированные проточные части могут требовать доводки уже после испытаний на реальном газе в условиях газового промысла. Соответственно, для решения сложных и уникальных задач требуются дополнительные временные и финансовые затраты, что в свою очередь противоречит объективному желанию Заказчика оптимизировать (снижать) цену на приобретаемое оборудование.

Таким образом, работа в бизнес-сегментах специализированного оборудования, таких как ТДА для технологических систем газовых промыслов, безальтернативно требует разрабатывать и применять инновационные подходы в технических и в организационных вопросах, накапливать и консолидировать производственный опыт, проводить поисковые исследования, осуществлять подготовку уникальных специалистов и т.п. Представленный спектр задач должен решаться в короткие сроки, что может быть реализовано только при взаимодействии с отечественными производителями, мировыми технологическими лидерами, ВУЗами, государственными фон дами поддержки разработки новых технологий.

В настоящее время поставка и эксплуатация турбохолодильной техники АО «Турбохолод» осуществляется при сотрудничестве с надежными партнерами, в числе которых одно из старейших отечественных предприятий – ОАО «Завод имени В.А. Дегтярёва» (РФ, Владимирская обл., г. Ковров), обладающее ресурсом высокотехнологического производства.

Дальнейшее повышение эффективности и надежности промысловых ТДА АО «Турбохолод»

Развитие турбохолодильной техники производства АО «Турбохолод» осуществляется по двум основным направлениям: совершенствование существующих агрегатов на основе опыта длительной эксплуатации на действующих объектах и разработка новых перспективных конструкций. Соответствующие разработки и исследования ведутся с учетом современных вызовов, стоящих перед отечественными производителями промысловых ТДА, в числе которых:

– повышение надежности турбомашин для многофазных потоков,

– исключение использования комплектующих зарубежного производства,

– увеличение единичной мощности и производительности ТДА,

– создание ТДА для бестопливной генерации электрической энергии в условиях нефтяных и газовых промыслов.

Решение указанных и других перспективных задач осуществляется на базе фундаментальных исследований многофазных потоков природного газа, в частности, задачи расчета движения многофазных газовых потоков в проточной части турбины с учетом возникновения фазовых переходов.

Первоочередная задача для всех производителей РФ снижение импортных комплектующих для АО «Турбохолод» упрощается тем, что в выпускаемых ТДА был только один импортируемый узел – система магнитного подвеса. До недавнего времени в составе ТДА применялись АМП производства “SKF Magnetic Mechatronics S.A.S” (Saint-Marcel, Франция), подобное сотрудничество на раннем этапе было безальтернативным, но зависимость от импортных поставок никогда не устраивала наше предприятие. Системно накапливался опыт эксплуатации АМП, осуществлялось осмысление конструктивных и технологических решений, в результате сегодня предприятие уверенно осваивает свое производство магнитных подшипников и систем их управления совместно с Заводом им. В.А. Дегтярёва и дочерними компаниями ПАО «Газпром».

В части важных перспективных направления развития продукции АО «Турбохолод» важно отметь решение задачи увеличения производительности и единичной мощности ТДА, которая осуществляется при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации.

Заключение. Оптимизм, надежды и уверенность

В заключении, перед тем, как дать резюме по представленной информации, вспомним две одновременно и простые и сложные «истины»:

Путь в тысячу миль, начинается с маленького шага, нежелание решать сложные задачи из-за страха совершить ошибку – это и есть самая главная ошибка.

Эти истины простые, потому что практически все люди согласны с их очевидностью, а сложные потому, что многим сложно сделать их частью своей жизни. Нашей компании удалось в значительной мере построить свой бизнес, совершая последовательно маленькие шаги на пути решения сложной задачи, которую мы поставили перед собой обеспечить потребность газовой отрасли в уникальных турбохолодильных агрегатах.

Компания осуществляет поисковые и научно-исследовательские конструкторские разработки, и реализует комплексный подход к созданию уникальной техники и сегодня АО «Турбохолод» является единственной в России специализированной машиностроительной организацией, обладающей компетенциями, необходимыми для создания турбодетандерных агрегатов для низкотемпературной подготовки природного газа и для его охлаждения при транспортировке в зонах вечной мерзлоты. В числе наших заказчиков крупные отечественные и зарубежные компании, такие как ПАО «Газпром», ПАО «Лукойл» и ПАО «Новатэк», АО «Узбекнефтегаз» и др.

Наш опыт подтверждает, что создание успешных инновационных компаний на основе наследия отечественной инженерной школы возможно и мы готовы делиться этим опытом с коллегами-машиностроителями. Мы остаемся открытыми для сотрудничества, понимая, что консолидация осознанных усилий – эффективный способ преодоления сложностей, а значит и наиболее быстрый путь к успеху.

Список использованных источников:

1. Хетагуров В.А., Слугин П.П., Воронцов М.А., Кубанов А.Н. Опыт и перспективы применения турбодетандерных агрегатов на промысловых технологических объектах газовой промышленности России // Газовая промышленность. 2018. № 11. С. 14-22.
2. https://turbokholod.ru/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 01.10.2021).
3. https://turbokholod.ru/company/history/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).
4. Кубанов А.Н., Хетагуров В.А., Дедученко Ф.М. Перспективы использования турбохолодильной техники на объектах добычи газа // Газовая промышленность. 2004. № 12. С. 65-68.
5. Кубанов А.Н., Воронцов М.А., Федулов Д.М., Глазунов В.Ю. Технологический анализ работы турбохолодильной техники на начальном этапе эксплуатации УКПГ-2 Бованенковского НГКМ // Вестник газовой науки. 2013. № 4. С. 82-87. http://vesti-gas.ru/ sites/default/files/attachments/84-89_stranicy_iz_vgn-razrabotka-2013-v28.pdf [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).
6. https://turbokholod.ru/company/reference/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).
7. https://turbokholod.ru/product/adkg-20/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).
8. https://noyabrsk-dobycha.gazprom.ru/press/ video/5/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).
9. https://turbokholod.ru/category/turboexpanders/ turboexpander-compressors/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).
10. https://turbokholod.ru/category/turbodetandernyjj-generatornyjj-agregat/integral-solutions/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 01.10.2021).
11. https://turbokholod.ru/our-services/ [Электронный ресурс]. Режим доступа: (дата обращения: 14.05.2022).

все модификации ТДА АО «Турбохолод», как с горизонтальным, так и с вертикальным корпусом, оснащены АМП, включая ТДА для оснащения УКПГ и СОГ на Заполярном, Бованенковском, Песцовом и других месторождениях ПАО «Газпром» [6].

Источник  https://compressortech.ru