vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2023-50-4-6-16vdgtu-1381Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGАнализ методов моделирования режимов работы компрессорного оборудования, обеспечивающего работу промысловых установок низкотемпературной сепарацииAnalysis of methods for modeling operating modes of compressor equipment that ensures the operation of field low-temperature separation unitsВоронцовМ. А.VorontsovM. A.

Воронцов Михаил Александрович - кандидат технических наук, начальник лаборатории промысловых компрессорных и турбохолодильных систем ООО «Газпром ВНИИГАЗ»; доцент кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» МГТУ им. Н.Э. Баумана; доцент образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» ИТМО.

1195112, Санкт-Петербург, пр. Малоохтинский, д.45, литера А, 2-Н, офис 812; 2105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1; 3197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49

Mikhail A. Vorontsov - Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory of Field Compressor and Turbo-Refrigeration Systems of Gazprom VNIIGAZ LLC; Assoc. Prof. of the Department of Vacuum and Compressor Engineering, MSTU. N.E. Bauman; Assoc. Prof., Educational Center “Energy Efficient Engineering Systems” of ITMO University.

45 Malookhtinsky Ave., letter A, 2-N, office 812, St. Petersburg 195112; 2nd Baumanskaya St. 5, p.1, Moscow 105005; 49 Kronverksky Ave., St. Petersburg 197101

m_vorontsov@list.ruГлазуновВ. Ю.GlazunovV. Yu.

Глазунов Валерий Юрьевич - начальник службы мониторинга технологических процессов добычи, сбора и подготовки газа инженерно-технического центра.

4629736, Надым, ул. Пионерская, стр. 14

Valery Yu. Glazunov - Head of the monitoring service for technological processes of gas production, collection and preparation of the engineering and technical center.

Pionerskaya St., build. 14, Nadym 629736

vglazunov@mail.ruГрачевА. С.GrachevA. S.

Грачев Анатолий Сергеевич - научный сотрудник лаборатории промысловых компрессорных и турбохолодильных систем ООО «ГазпромВНИИГАЗ»; аспирант образовательного центра «Энергоэффективные инженерные системы» университета ИТМО.

1195112, Санкт-Петербург, пр. Малоохтинский, д.45, литера А, 2-Н, офис 812; 3197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49

Anatoly S. Grachev - researcher at the laboratory of field compressor and turbo-refrigeration systems of Gazprom VNIIGAZ LLC; graduate student at the educational center “Energy Efficient Engineering Systems” of ITMO University.

45 Malookhtinsky Ave., letter A, 2-N, office 812, St. Petersburg 195112; 49 Kronverksky Ave., St. Petersburg 197101

grachev.anatoliy@yandex.ruМашталирМ. С.MashtalirM. S.

Машталир Мария Сергеевна - ведущий инженер группы по энергосбережению и энергоэффективности отдела технического развития управления перспективного развития.

196128, Санкт-Петербург, ул. Варшавская, д. 3, к. 2, литера Б

Maria S. Mashtalir - Leading engineer of the group for energy saving and energy efficiency of the technical development department of the long-term development department.

3 Varshavskaya St., build.2, letter B, St. Petersburg 196128

mashtalir.m@mail.ruПоспеловС. А.PospelovS. A.

Поспелов Сергей Александрович - ведущий инженер испытательной лаборатории службы диагностики инженерно-технического центра.

196128, Санкт-Петербург, ул. Варшавская, д. 3, к. 2, литера Б

Sergey A. Pospelov - Leading engineer of the testing laboratory of the diagnostic service of the engineering and technical center.

3 Varshavskaya St., build.2, letter B, St. Petersburg 196128

pospelov_s91@mail.ruЧернышевА. В.ChernyshevA. V.

Чернышев Андрей Владимирович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Вакуумная и компрессорная техника».

105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, с. 1

Andrey V. Chernyshev - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Head of the Department of Vacuum and Compressor Engineering.

2nd Baumanskaya St. 5, p.1, Moscow 105005

chernyshev@bmstu.ruООО «Газпром ВНИИГАЗ»; Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; Национальный исследовательский университет ИТМОРоссияGazprom VNIIGAZ LLC; N.E. Bauman Moscow State Technical University; National Research University ITMORussian FederationООО «Газпром добыча Надым»РоссияGazprom Dobycha Nadym LLCRussian FederationООО «Газпром ВНИИГАЗ»; Национальный исследовательский университет ИТМОРоссияGazprom VNIIGAZ LLC; National Research University ITMORussian FederationООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург»РоссияLLC Gazprom Transgaz St. PetersburgRussian FederationМосковский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаРоссияN.E. Bauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202321012024504616Copyright © Воронцов М.А., Глазунов В.Ю., Грачев А.С., Машталир М.С., Поспелов С.А., Чернышев А.В., 20242024Воронцов М.А., Глазунов В.Ю., Грачев А.С., Машталир М.С., Поспелов С.А., Чернышев А.В.Vorontsov M.A., Glazunov V.Y., Grachev A.S., Mashtalir M.S., Pospelov S.A., Chernyshev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1381

Цель. Дожимная компрессорная станция (ДКС) является одним из ключевых технологических объектов, необходимых для обеспечения эффективной работы технологии низкотемпературной сепарации природного газа в промысловых системах подготовки газа к транспортировке. Обеспечение перспективных режимов работы ДКС с высокой эффективностью является актуальной задачей. Метод. Одним из инструментов решения этой задачи является математическое моделирование режимов работы центробежных компрессоров (далее – ЦБК), входящих в состав газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Основой математической модели является газодинамическая характеристика (ГДХ) ЦБК. В существующей нормативной документации представлены упрощенные способы моделирования ГДХ, которые подходят для низконапорных ЦБК с отношением давлений до 1,5 и количеством ступеней сжатия не более трех, но не подходят для многоступенчатых высоконапорных ЦБК. Результат. Представлены результаты сравнения трех способов моделирования ГДХ (метод приведенных характеристик, уточненный метод приведенных характеристик, метод двухпараметрической аппроксимации) высоконапорных ЦБК на примере ЦБК с отношением давлений до 2,0, предназначенного для оснащения газоперекачивающего агрегата в составе промысловых ДКС. Проведен анализ и сопоставление полученных результатов моделирования с фактическими данными. Вывод. При применении метода моделирования УМПХ-2D получены наименьшие погрешности (не более 2,0 %.), что, в свою очередь, свидетельствует о его наибольшей точности среди рассмотренных методов пересчета ГДХ высоконапорных и многоступенчатых компрессоров.

Objective. A booster compressor station (BCS) is one of the key technological facilities necessary to ensure the effective operation of low-temperature separation technology for natural gas in field gas preparation systems for transportation. Ensuring promising operating modes of booster compressor stations with high efficiency is an urgent task. Method. One of the tools for solving this problem is mathematical modeling of the operating modes of centrifugal compressors (hereinafter - CPC), which are part of gas pumping units (GPU). The basis of the mathematical model is the gas dynamic characteristic (GDC) of the pulp and paper mill. The existing regulatory documentation presents simplified methods for modeling HDC, which are suitable for low-pressure pulp and paper mills with a pressure ratio of up to 1.5 and the number of compression stages of no more than three, but are not suitable for multi-stage high-pressure pulp and paper mills. Result. The results of a comparison of three methods of modeling the hydrodynamic characteristics (method of reduced characteristics, refined method of reduced characteristics, method of two-parameter approximation) of high-pressure pulp and paper mills are presented using the example of a pulp and paper mill with a pressure ratio of up to 2.0, intended for equipping a gas pumping unit as part of field booster compressor stations. An analysis and comparison of the obtained modeling results with actual data was carried out. Conclusion. When using the UMPH-2D modeling method, the smallest errors were obtained (no more than 2.0%), which, in turn, indicates its highest accuracy among the considered methods for recalculating the gas flow characteristics of high-pressure and multi-stage compressors.

высоконапорные центробежные компрессорымоделирование центробежных компрессоровметод приведенных характеристикустановки низкотемпературной сепарацииhigh-pressure centrifugal compressorsmodeling of centrifugal compressorsreduced characteristics methodlow-temperature separation unitsReferencesHitoshi Shinohara, Hirokazu Kawashima, Masayuki Soneda. Технологии для надежной эксплуатации и обслуживания оборудования // Труды юбилейного 20-го ежегодного международного симпозиума «Компрессоры и компрессорное оборудование» им. К.П. Селезнёва (прежнее название «Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования»), 2018. – С. 43-49.Hitoshi Shinohara, Hirokazu Kawashima, Masayuki Soneda. Technologies for reliable operation and maintenance of equipment. Proceedings of the anniversary 20th annual international symposium “Compressors and compressor equipment” named after. K.P. Selezneva (formerly “Consumers-producers of compressors and compressor equipment”) 2018; 43-49 (In Russ)Никитин В.Т., Доценко В.А., Петухов А.А., Полозов В.Н., Кувытченко Б.Г., В.А. Шигин Установка подачи раствора УПР-ТПГ для промывки центробежного нагнетателя. Журнал «Газовая промышленность». 2017, № 9, С. 32-33.Nikitin V.T., Dotsenko V.A., Petukhov A.A., Polozov V.N., Kuvytchenko B.G., V.A. Shigin Installation of UPR-TPG solution supply for washing the centrifugal blower. Gas Industry. 2017; 9: 32-33. (In Russ)Борисов Ю.А., Калашников Д.А., Чернышев А.В. Профилирование рабочего колеса центробежного компрессора в меридиональной плоскости на основе расчета траекторий движения газа в силовом поле // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022, № 7 (748), С. 82-89.Borisov Yu.A., Kalashnikov D.A., Chernyshev A.V. Profiling the impeller of a centrifugal compressor in the meridional plane based on the calculation of gas trajectories in a force field. News of higher educational institutions. Mechanical engineering. 2022; 7 (748): 82-89. (In Russ)Борисов Ю.А., Калашников Д.А., Чернышев А.В. Профилирование в радиальной плоскости рабочего колеса центробежного компрессора по закону линейного изменения газодинамических параметров по длине проточной части // Компрессорная техника и пневматика. 2022, № 3, С. 12-18Borisov Yu.A., Kalashnikov D.A., ChernyshevA.V. Profiling in the radial plane of the impeller of a centrifugal compressor according to the law of linear change in gas-dynamic parameters along the length of the flow part. Compressor technology and pneumatics. 2022; 3: 12-18. (In Russ)Попова Т.В., Воронцов М.А. Перспективы использования систем охлаждения циклового воздуха газотурбинных установок на базе абсорбционных холодильных машин в составе компрессорных станций // Труды Российского государственного университета нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, № 3. – М.: Изд. центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019. – С. 139-150.Popova T.V., Vorontsov M.A. Prospects for the use of cyclic air cooling systems for gas turbine units based on absorption refrigeration machines as part of compressor stations. Proceedings of the Russian State University of Oil and Gas (NRU) named after I.M. Gubkina, No. 3. – M.: Publishing house. Center of the Russian State University of Oil and Gas (NRU) named after I.M. Gubkina, 2019; 139-150. (In Russ)Попова Т. В. Перспективы и проблемы применения систем охлаждения циклового воздуха ГТУ на базе АБХМ для повышения эффективности эксплуатации компрессорных станций // Нефть и газ - 2019 Тезисы докладов. - М.: РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2019. С. 208-209.Popova T.V. Prospects and problems of using cooling systems for cyclic air of gas turbine plants based on ABCM to increase the operating efficiency of compressor stations. Oil and Gas - 2019 Abstracts of reports. - M.: Russian State University of Oil and Gas (NRU) named after I.M. Gubkina, 2019; 208-209. (In Russ)Игнатова Т.В., Житомирский Б.Л., Воронцов М.А. Использование кожухотрубных теплообменных аппаратов для повышения эффективности газотурбинных установок // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса - 2022. - № 3(129). - С. 45-50.Ignatova T.V., Zhitomirsky B.L., Vorontsov M.A. The use of shell-and-tube heat exchangers to increase the efficiency of gas turbine units. Equipment and technologies for the oil and gas complex 2022; 3(129): 45-50. (In Russ)Improved Production in Low-Pressure Gas Wells by Installing Wellsite Compressors. Авторы: Navneet Behl (EOG Resources Inc.) Keith Edward Kiser (Schlumberger) Jeff Ryan (Schlumberger). Доклад на конференции «SPE Gas Technology Symposium», 15-17 мая 2006, г. Калгари, Альберта, Канада.Improved Production in Low-Pressure Gas Wells by Installing Wellsite Compressors. By: Navneet Behl (EOG Resources Inc.) Keith Edward Kiser (Schlumberger) Jeff Ryan (Schlumberger). Report at the conference “SPE Gas Technology Symposium”, May 15-17, 2006, Calgary, Alberta, Canada.Применение мобильных компрессорных установок на завершающей стадии разработки газовых залежей. Минликаев В.З., Дикамов Д.В., Арно О.Б., Меркулов А.В., Кирсанов С.А., Красовский А.В., Свентский С.Ю., Кононов А.В. / Газовая промышленность № 1, 2015, стр. 15-17. № 1 (717) Год: 2015 Страницы: 15-17.The use of mobile compressor units at the final stage of development of gas deposits. Minlikaev V.Z., Dikamov D.V., Arno O.B., Merkulov A.V., Kirsanov S.A., Krasovsky A.V., Sventsky S.Yu., Kononov A.V. Gas industry 2015; 1 (717): 15-17: 15-17. (In Russ)Перспективы применения распределенного компримирования в промысловых системах добычи газа. Воронцов М.А., Ротов А.А., Марущенко И.В., Лаптев Е.М. Вести газовой науки №4 (20) / 2014.Prospects for the use of distributed compression in field gas production systems. Vorontsov M.A., Ph.D. Rotov A.A., Marushchenko I.V., Laptev E.M. News of Gas Science 2014; 4 (20). (In Russ)Кантюков Р.А. Компрессоры в технологических процессах: газораспредительные, компрессорные станции магистральных газопроводов и автомобильные газонаполнительные компрессорные станции / Р.А. Кантюков, Р.Р. Кантюков, М.Б. Хадиев, И.В. Хамидуллин, В.А. Максимов: Казан. нац. исслед. технол. ун-т. Казань, 2014 – 645 с.Kantyukov R.A. Compressors in technological processes: gas distribution, compressor stations of main gas pipelines and automobile gas-filling compressor stations.R.A. Kantyukov, R.R. Kantyukov, M.B. Khadiev, I.V. Khamidullin, V.A. Maksimov: Kazan. National Research Technol. univ. Kazan, 2014; 645. (In Russ)Барцев И.В., Синицын Н.С. Компрессорное оборудование для довыработки месторождений природного газа // Труды десятого Международного Симпозиума «Потребителей-производителей компрессоров и компрессорного оборудования ─ 2004», С.-Пб, СПбГПУ, 2003, С.16-18.Bartsev I.V., Sinitsyn N.S. Compressor equipment for additional development of natural gas fields. Proceedings of the Tenth International Symposium “Consumers-manufacturers of compressors and compressor equipment. 2004”, St. Petersburg, St. Petersburg State Polytechnic University, 2003; 16-18. (In Russ)Новые технические решения при создании КС «Шагырлы-Шомышты» в Казахстане / Н.К. Аманжаров, В.С. Королев, В. Кравец, В.П. Парафейник, А.В. Смирнов, В.М. Татаринов // Газотурбинные технологии – 2008. – №5 – С. 16-22.New technical solutions when creating the Shagyrly-Shomyshty compressor station in Kazakhstan / N.K. Amanzharov, V.S. Korolev, V. Kravets, V.P. Parafeinik, A.V. Smirnov, V.M. Tatarinov. Gas turbine technologies. 2008; 5 :16-22. (In Russ)Фик А.С., Бунякин А.В. Моделирование активной газопроводной сети в гидравлическом приближении на примере КС «Береговая» газопровода «Россия-Турция» // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2007. №1.Fik A.S., Bunyakin A.V. Modeling of an active gas pipeline network in a hydraulic approximation using the example of the Beregovaya CS of the Russia-Turkey gas pipeline . News of universities. North Caucasus region. Series: Technical Sciences. 2007; 1. (In Russ)Юн В.К. Центробежный компрессор смешанного хладагента для предприятий сжижения природного газа // Химическая техника. 2017. № 9. С. 21−26.Yun V.K. Centrifugal mixed refrigerant compressor for natural gas liquefaction enterprises. Chemical engineering. 2017; 9: 21−26. (In Russ)ТехноЧаянда: эффективная технология на уникальном месторождении [Электронный ресурс]. – URL: https://neftegaz.ru/science/booty/693914-tekhnochayanda-effektivnaya-tekhnologiya-na-unikalnom-mestorozhdenii-/ (дата обращения 07.11.2023).TechnoChayanda: effective technology at a unique deposit [Electronic resource]. – URL: https://neftegaz.ru/science/booty/693914-tekhnochayanda-effektivnaya-tekhnologiya-na-unikalnom-mestorozhdenii-/ (date accessed 11/07/2023). (In Russ)Воронцов М.А., Глазунов В.Ю., Лопатин А.С. Математическое моделирование режимов работы высоконапорного многоступенчатого центробежного компрессора // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 1. С. 25-30.Vorontsov M.A., Glazunov V.Yu., Lopatin A.S. Mathematical modeling of operating modes of a high- pressure multi-stage centrifugal compresso. Transport and storage of petroleum products and hydrocarbon raw materials. 2016; 1: 25-30. (In Russ)Воронцов М.А., Грачев А.С. О турбомашинах и компрессорах на газовом промысле // Магистральные и промысловые трубопроводы: проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт: Научно- технический сборник. Том 2. – Москва: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2017. – С. 43-49.Vorontsov M.A., Grachev A.S. About turbomachines and compressors in the gas field. Main and field pipelines: design, construction, operation, repair: Scientific and technical collection. Moscow: Russian State University of Oil and Gas (National Research University) named after I.M. Gubkina, 2017; 2: 43-49. (In Russ)Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. – М.: Машиностроение, 1964. 336 с.Rees V.F. Centrifugal compressor machines. M.: Mashinostroenie, 1964; 336. (In Russ)Расчетный анализ возможных рабочих режимов двухсекционного центробежного компрессора для компрессорной станции попутного нефтяного газа / А.Д. Ваняшов, А.В. Жерелевич, Е.М. Васенко // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производств: Материалы 8-й международной научно-технической конференции. – Омск: ОМГТУ, 2018. – С.149-150.Calculation analysis of possible operating modes of a two-section centrifugal compressor for an associated petroleum gas compressor station.A.D. Vanyashov, A.V. Zherelevich, E.M. Vasenko. Equipment and technology of petrochemical and oil and gas production: Materials of the 8th international scientific and technical conference. Omsk: OMGTU, 2018; 149-150. (In Russ).Глазунов В.Ю., Хафизов А.Р., Давлетов К.М. Корректировка характеристик газоперекачивающих агрегатов (ГПА) дожимных компрессорных станций (ДКС) в процессе эксплуатации // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2013. № 6. С. 210-227.Glazunov V.Yu., Khafizov A.R., Davletov K.M. Adjustment of characteristics of gas pumping units (GPA) of booster compressor stations (BCS) during operation. Electronic scientific journal Oil and Gas Business. 2013; 6:210-227. (In Russ)Мониторинг энергоэффективности компримирования газа ДКС на основе фактических характеристик центробежных многоступенчатых компрессоров / Кильдияров С.С., Глазунов В.Ю., Меньшиков С.Н., Полозов В.Н. // Газовая промышленность. 2015. № 2 (718). С. 50-54.Monitoring the energy efficiency of gas compression of booster compressor stations based on the actual characteristics of centrifugal multistage compressors. Kildiyarov S.S., Glazunov V.Yu., Menshikov S.N., Polozov V.N. Gas industry. 2015; 2 (718): 50-54. (In Russ)Дэн Г.Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров: Термогазодинамические расчеты. – Л .: Машиностроение, 1980. 232 с.Dan G.N. Design of the flow path of centrifugal compressors: Thermogasdynamic calculations. L.: Mechanical Engineering, 1980; 232. (In Russ)Методы представления газодинамических характеристик центробежных компрессоров природного газа / Барцев И.В., Сальников С.Ю., Синицын Н.С. // Cб. Трудов ВНИИГАЗа. Проблемы развития, реконструкции и эксплуатации газотранспортных систем. М., 2003 – С.314–322.Methods for presenting gas-dynamic characteristics of centrifugal natural gas compressors. Bartsev I.V., Salnikov S.Yu., Sinitsyn N.S. Sat. Proceedings of VNIIGAZ. Problems of development, reconstruction and operation of gas transmission systems. M., 2003; 314–322. (In Russ)Патент N 2716767 C1 Российская Федерация, МПК G01M 15/00 (2006/01). Испытательный стенд лопаточных компрессоров и способ газодинамических испытаний лопаточных компрессоров : N 2019129641 : заявл. 20.09.2019 : опубликовано 17.03.2020 / Косой А.А., Синкевич М.В., Калашников Д.А., Борисов Ю.А.; заявитель ОИВТ РАН. – 11 с. : ил. — Текст : непосредственный.Patent N 2716767 C1 Russian Federation, IPC G01M 15/00 (2006/01). Test bench for bladed compressors and method of gas-dynamic testing of bladed compressors: N 2019129641: application. 09/20/2019: published 03/17/2020 / Kosoy A.A., Sinkevich M.V., Kalashnikov D.A., Borisov Yu.A.; applicant JIHT RAS. – 11. : ill. Text: direct. (In Russ)Галеркин Ю.Б., Рекстин Ф.С. Методы исследования центробежных компрессорных машин, М.: Машиностроение, 1969. - 304 с.Galerkin Yu.B., Rekstin F.S. Methods for studying centrifugal compressor machines, M.: Mashinostroenie, 1969; 304. (In Russ)Зюзьков В.В. Методы повышения энергоэффективности компрессорных станций при реконструкции магистральных газопроводов: Дис. на соискание учёной степени канд. техн. наук с. 05.02.13; Москва, 2011Zyuzkov V.V. Methods for increasing the energy efficiency of compressor stations during the reconstruction of main gas pipelines: Dis. for the academic degree of Candidate of Sciences. tech. sciences p. 02/05/13; Moscow, 2011 (In Russ)Воронцов М.А. Энергоэффективность компримирования природного газа на промысле при неравномерности показателей эксплуатации основного газоперекачивающего оборудования: Дис. на соискание учёной степени канд. техн. наук с. 05.02.13; Москва, 2013Vorontsov M.A. Energy efficiency of natural gas compression in the field with uneven operating indicators of the main gas pumping equipment: Dis. for competition for the academic degree of Candidate of Sciences. tech. sciences. p. 02/05/13; Moscow 2013. (In Russ)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.