ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССОРНОЙ СТАНЦИИ «ШАТРОВСКАЯ» ПУТЕМ ЗАМЕНЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА ГПА-16 «УРАЛ»

INCREASING THE EFFICIENCY OF THE SHATROVSKAYA COMPRESSOR STATION BY REPLACING GAS TURBINE UNITS WITH GPA-16 URAL

Gorev Kirill Valerievich

Student, School of Power Engineering,  Tomsk Polytechnic University,

Russia, Tomsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена актуальная проблема модернизации компрессорной станции «Шатровская» ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург». Проведен анализ существующего парка газоперекачивающих агрегатов, выявлены основные недостатки устаревшего оборудования. Обоснована целесообразность замены газотурбинных установок типа НК-16СТ на современные ГПА-16 «Урал». Выполнен технико-экономический расчет, показавший годовую экономию топливного газа около 55 млн рублей при замене одного агрегата.

ABSTRACT

This article examines the pressing issue of upgrading the Shatrovskaya compressor station at Gazprom Transgaz Yekaterinburg. An analysis of the existing fleet of gas compressor units was conducted, identifying the main shortcomings of the outdated equipment. The feasibility of replacing the NK-16ST gas turbine units with modern Ural GPA-16 units was substantiated. A feasibility study was conducted, demonstrating annual fuel gas savings of approximately 55 million rubles per unit replaced.

Ключевые слова: компрессорная станция, газоперекачивающий агрегат, ГПА-16 «Урал», энергоэффективность, КПД, модернизация.

Keywords: Compressor station, gas pumping unit, GPA-16 "Ural", energy efficiency, performance, modernization.

Компрессорная станция «Шатровская» является ключевым звеном газотранспортной системы ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», обеспечивая транзит природного газа по магистральным газопроводам «Уренгой – Челябинск» и «Комсомольское – Челябинск» [1]. Эксплуатируемые на станции 15 газоперекачивающих агрегатов (ГПА) были введены в строй в 1970–1980-х годах и в настоящее время характеризуются значительным физическим износом, низким коэффициентом полезного действия (КПД) и повышенными эксплуатационными затратами. В связи с этим модернизация оборудования КС «Шатровская» является актуальной задачей, направленной на повышение надежности газоснабжения потребителей Курганской области и сопредельных территорий.

Цель работы – обоснование технической и экономической целесообразности замены устаревших газотурбинных установок на КС «Шатровская» на современные агрегаты ГПА-16 «Урал».

Основная часть. В настоящее время парк ГПА КС «Шатровская» включает 15 агрегатов суммарной мощностью 172 МВт [2]. Основу парка составляют установки ГТК-10-4 мощностью 10 МВт (КПД 28–29%) и ГПА-Ц-16 с двигателем НК-16СТ мощностью 16 МВт (КПД 27–29%) [3]. Агрегаты ГПА-Ц-16 выполнены в блочно-контейнерном исполнении и предназначены для работы при давлении 5,2–7,5 МПа [4].

Эксплуатация указанного оборудования сопряжена с рядом проблем. Во-первых, низкая энергоэффективность: КПД устаревших газотурбинных установок (ГТУ) составляет 25–29%, что значительно уступает современным показателям [5]. Во-вторых, высокая эмиссия вредных веществ: для ГТК-10-4 выбросы оксидов азота (NOx) достигают 350 мг/м³, что в три раза превышает нормативы для современных агрегатов [6]. В-третьих, большой расход пускового газа: на один запуск ГТК-10-4 требуется до 1000 кг природного газа [5]. Кроме того, многие агрегаты отработали полный назначенный ресурс (100 000 часов), что создает дополнительные риски аварийных отказов.

Для решения указанных проблем предлагается замена устаревших газотурбинных установок на ГПА-16 «Урал» (или его модификацию ГПА-16Р). Данный агрегат разработан пермским НПО «Искра» на базе авиационного двигателя ПС-90ГП-2 и характеризуется следующими показателями: номинальная мощность 16 МВт, эффективный КПД 36,3%, удельный расход топливного газа 0,200 кг/(кВт·ч), межремонтный ресурс 25 000 часов, полный назначенный ресурс 100 000 часов [2].

Важной особенностью является возможность замены только двигателя НК-16СТ на ГТУ-16ПЦ с сохранением существующего центробежного нагнетателя НЦ-16. Данное техническое решение позволяет:

• использовать существующий фундамент и системы агрегата;
• сократить капитальные затраты и сроки модернизации;
• повысить КПД установки с 29% до 37% [7].

Технико-экономический расчет эффективности замены одного агрегата ГТК-10-4 (10 МВт) на ГПА-16 «Урал» показывает следующее.

Годовой расход топлива ГТК-10-4 при работе 8000 часов в год составляет: 10 000 кВт × 0,260 кг/(кВт·ч) × 8 000 ч = 20 800 тонн [5]. Годовой расход топлива ГПА-16 «Урал» при той же производительности (загрузка 62,5% от номинала) составляет: 10 000 кВт × 0,200 кг/(кВт·ч) × 8 000 ч = 16 000 тонн [2]. Годовая экономия топливного газа – 4 800 тонн.

При стоимости природного газа 8 000 руб./тыс. м³ и плотности 0,7 кг/м³ экономия в денежном выражении составляет около 55 млн руб. в год на один замененный агрегат.

Дополнительный экономический эффект достигается за счет: сокращения расхода пускового газа на 80% (с 1000 до 200 кг за пуск); снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт на 30–35%; уменьшения выбросов NOx на 68% (с 350 до 110 мг/м³) [5][6].

Опыт реконструкции аналогичных компрессорных станций подтверждает высокую эффективность предложенного решения. На КС-6 «Шаран» замена 8 агрегатов ГТК-10-4 на 3 ГПА-12Р и 2 ГПА-16Р позволила при сохранении установленной мощности снизить потребление топливного газа почти в два раза [6].

Выводы.

1. Существующий парк ГПА на КС «Шатровская» морально и физически устарел и требует модернизации.

2. Замена газотурбинных установок типа НК-16СТ на ГПА-16 «Урал» обеспечивает повышение КПД с 29% до 36,3%, снижение удельного расхода топливного газа на 23% и сокращение выбросов NOx в 3,2 раза.

3. Технически возможна замена только двигателя с сохранением существующего нагнетателя, что снижает капитальные затраты.

4. Годовая экономия топливного газа при замене одного агрегата составляет 4 800 тонн (около 55 млн руб.).

5. Реализация предложенных решений соответствует стратегии ПАО «Газпром» по повышению энергоэффективности и экологической безопасности газотранспортной системы.

Список литературы:

1. Коньков А.Ю. Газотурбинные установки компрессорных станций: учебное пособие. – Хабаровск: ДВГУПС, 2023. – 127 с.
2. Газоперекачивающие агрегаты серии «Урал»: технические характеристики. – URL: https://studfile.net/preview/11569587/page:42/ (дата обращения: 15.05.2026).
3. Газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-16 с ГТД НК-16СТ : техническое описание. – URL: https://www.turbinist.ru/turbine/gpa-c-16/ (дата обращения: 15.05.2026).
4. Газотурбинный двигатель НК-16СТ: техническая характеристика. – URL: https://www.kmpo.ru/products/item/nk-16-st/48 (дата обращения: 15.05.2026).
5. ГТК-10-4: газоперекачивающий агрегат. – URL: https://turbinist.ru/turbine/gtk-10-4/ (дата обращения: 15.05.2026).
6. Полная реконструкция компрессорных цехов: опыт ООО «Газпром трансгаз Уфа». – URL: https://studfile.net/preview/13977089/page:4/ (дата обращения: 15.05.2026).
7. Разработка математических моделей элементов ГПА-16Р «Урал». – URL: https://vuzlit.com/704211/razrabotka_matematicheskih_modeley_elementov_gazoperekachivayuschego_agregata_ural (дата обращения: 15.05.2026).