X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

При проведении ремонтных работ на магистральных газопроводах, внутри трубы на участке ремонта остается большое количество газа под высоким давлением. Перед проведением работ этот газ, чаще всего, стравливают в атмосферу через продувочную свечу. Чтобы снизить вред от выбросов газа в атмосферу и получить экономию энергоресурсов целесообразно переместить часть газа через технологическую перемычку под действием разницы давлений.

Рассматривается участок газопровода Уренгой-Ужгород (построен в 1983 г.). В качестве исходных принимаются данные, которые были получены авторами от компании ООО «Газпром трансгаз Москва» Курское ЛПУМГ при участии в кейс-чемпионате SWSU Case Championship 2017 в секции «Теплогазоводоснабжение» [7].

Рис. 1. Структурная схема участков магистральных газопроводов

Условно принимается проведение ремонтных работ на участке 23/3-19/3 между КС-1, КС-4 (рис.1). Перемещение газа в соседний магистральный газопровод можно осуществить по имеющимся технологическим перемычкам А, Б или В [4]. На участке 23/3 - 19/3 давление газа изменяется от рабочего порядка 7,5 МПа до значения около 5,6 МПа перед компрессорной станцией КС-4. Для проведения ремонта останавливают работу установок КС-1. Давление по длине участка быстро выравнивается и принимает некоторое среднее значение P_ср¹ [6]. Исходя из этого, по перемычке Б передачу газа можно осуществить только с помощью нагнетательного устройства, т.к. значение давление после КС-2 близко к рабочему. Естественным путем газ будет перемещаться по перемычкам А и В, однако в случае В будет обеспечен больший перепад давления и, как следствие, перемещение большего объема газа. Последний вариант рассмотрим более подробно.

Запорные устройства (рис.2) 23/3, 8 и 7 от КС-1, 19/3 находятся в положении «закрыто», устройство 20/3 - в положении «открыто». При открытии запорного устройства 29 объем газа под действием разности давлений начинает перемещаться по перемычке B в соседний газопровод.

Рис. 2. Организация перемещения газа по перемычке В

Для детального анализа процесса используется математическая модель, представленная в [1], [5]. При отключении участка магистрали режим движения газа на участке отключения приобретет неустановившийся характер и описывается системой уравнений [4]:

, (1)

где d - внутренний диаметр трубы, м; x - координата, совпадающая с осью трубы и направленная по течению газа, м; p - абсолютное среднее давление газа, Па; ν - средняя скорость газа, м/с; ρ - плотность газа, кг/м³; α - угол возвышения трубы над горизонтом, град.; t - время, с; λ - коэффициент гидравлического сопротивления участка газопровода, безразмерный; β - поправка Кориолиса, безразмерная, (при турбулентном течении 0,02-0,03); с - скорость звука в газе, м/с; g - ускорение свободного падения, 9.81 м/с²; h - высота, на которой находится центр сечения x, м.

Преобразования данной системы (1), изложенные в [1], [5], [6] позволяют получить решения для некоторых частных случаев режима работы газопровода. Для рассматриваемого случая необходимо применять нестационарную модель режима работы, однако, для точных расчетов необходимо наличие достаточного количества исходных данных и граничных условий, что представляет определенную сложность. Для проведения расчетов с определенными допущениями можно использовать уравнения стационарной модели. Исходные данные для расчета представлены в таблице 1. Расчет ведется согласно рекомендациям [2], [3].

Табл.1

Исходные данные

Параметр	Обозначение, формула	Величина	Размерность
Длина газопровода		100	км
Абсолютное давление в начале газопровода в начальный момент времени		7,5	МПа
Абсолютное давление в конце газопровода в начальный момент времени		5,6	МПа
Длительность временного отрезка		300	с
Средняя температура газа в газопроводе		293,15	K
Внутренний диаметр газопровода		1,390	м
Наружный диаметр газопровода		1,420	м
Площадь внутреннего сечения газопровода		1,517
Плотность газа в нормальных условиях		0,730	кг/
Плотность газа при Tср		0,678	кг/
Относительная плотность газа по воздуху		0,563	безразмерная
Коммерческий расход газа на участке магистрали		28	млрд. м3/год.
Коэффициент годовой неравномерности потребления газа		0,85	безразмерный
Средний по длине газопровода коэффициент сжимаемости газа		0,88	безразмерный

Коммерческий суточный расход газа на участке 23/3-19/3 определяется по формуле:

(2)

Из коммерческого расход пересчитывается в нормальные условия по формуле:

(3)

Среднее давление в магистрали до открытия запорного устройства 29 определяется по следующей формуле:

(4)

Объем газа, находящийся в локализованном газопроводе, определяется:

(5)

Коммерческий расход газа через перемычку B длиной 100 м при открытии запорного устройства 29 определяется по уравнению:

(6)

Пересчитываем расход газа на нормальные условия:

(7)

Среднее давление в ремонтируемой магистрали после открытия запорного устройства 29 определяется по следующей формуле:

(8)

Объем газа на участке 23/3-19/3 при давлении 6,11 МПа составляет:

(9)

Объем газа, который переместится в соседний газопровод, равен:

(10)

При средней стоимости природного газа 5,5 руб./м³ экономия составит:

(11)

Объем газа, сброшенный через продувочную свечу без использования перемычки, определяется:

(12)

где – среднее избыточное давление на участке, кгс/см².

При этом финансовые потери составят:

(13)

Отношение перемещенного объема газа к сброшенному объему газа через продувочную свечу (или отношение их стоимостей) дает нам значение получаемой экономии:

(14)

Вывод. Таким образом, использование перемычки дает выгоду в размере 7,14% от общих потерь энергетических ресурсов при сбросе газа в атмосферу. В реальных условиях экономия будет еще меньше, так как при проведении оценочного расчета не учитывается ряд факторов (неизотермичность течения газа, взаимодействие встречных потоков газа, нелинейный характер потерь давления и т.д.). Если при проведении ремонта планируется просто сбросить газ в атмосферу, то целесообразно будет реализовать перемещение части газа через перемычку, а затем осуществлять сброс газа.

Библиографический список

Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А.Алиев, В.Д.Белоусов, А.Г.Немудров и др.-2-е изд., перераб. и доп. – М: «Недра».– 1988. – 368 с.

Справочник по проектированию магистральных трубопроводов./ А.К. Дерцакян, М.Н. Шпотаковский, В.Г.Волков и др/ под редакцией А.К. Дерцакяна. – Л: «Недра». – 1977. – 519 с.

Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. СТО Газпром. – М.: ОАО «Газпром». – 2006. – 192 с.

Ванчин А.Г. Гидравлический расчет перемычек между магистральными газопроводами // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. №6. С.177-183. URL: http://ogbus.ru/authors/Vanchin/Vanchin_7.pdf (дата обращения: 27.09.2017)

Ванчин А.Г. Методы расчета режима работы сложных магистральных газопроводов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. №4. С.192-214. URL: http://ogbus.ru/issues/4_2014/ogbus_4_2014_p192-214_VanchinAG_ru.pdf (дата обращения: 27.09.2017)

Ванчин А.Г. Определение границ применения стационарной и нестационарной моделей работы газопровода // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. №1. С.598-617. URL: http://ogbus.ru/authors/Vanchin/Vanchin_17.pdf (дата обращения: 29.09.2017)

URL: http://ctv.swsu.ru/events/scc-2017-sektsiya-teplogazovodosnabzhenie/ (дата обращения: 26.09.2017)

Код для цитирования: Скопировать