Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

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].

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 Pср1 [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. 1. Структурная схема участков магистральных газопроводов

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; ? – средняя скорость газа, м/с; ? – плотность газа, кг/м3; ? – угол возвышения трубы над горизонтом, град.; t – время, с; ? – коэффициент гидравлического сопротивления участка газопровода, безразмерный; ? – 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. Расчет ведется согласно рекомендациям [2, 3].

Исходные данные

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

млн м3/сут. (2)

Из коммерческого расход пересчитывается в нормальные условия по формуле:

м3/с (3)

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

МПа. (4)

Объем газа, находящийся в локализованном газопроводе, определяется:

м2. (5)

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

(6)

млн м3/сут.

Пересчитываем расход газа на нормальные условия:

м3/с. (7)

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

МПа (8)

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

м3. (9)

Объем газа, который переместится в соседний газопровод, равен:

м3. (10)

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

руб. (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:

руб. (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.