Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

РАСЧЕТ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ГАЗА ПРИ ЕГО ПЕРЕМЕЩЕНИИ В ДЕЙСТВУЮЩУЮ МАГИСТРАЛЬ В ПРОЦЕССЕ РЕМОНТНЫХ РАБОТ

Курасов И.С. 1 Маслова Т.О. 1
1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Рассмотрен способ снижения выбросов природного газа в атмосферу при проведении ремонтных работ на магистральных газопроводах. Предложено перемещать часть газа из отключенного для проведения ремонта участка в соседний магистральный газопровод с помощью технологической перемычки. Данный способ не требует дополнительных капиталовложений и энергетических затрат для осуществления перекачки газа, поэтому в статье особое внимание уделено возможности применения данного метода на практике и оценен возможный экономический эффект от его применения. Приводится подробный технико-экономический расчет возможности использования перемычки для перемещения газа между магистралями. Решается вопрос применения стационарной и нестационарной математической модели при проведении расчетов. Исходные данные моделируются с максимальным приближением к реальным условиям, с учетом особенностей технологического проектирования магистральных газопроводов. Рассматриваемый метод предлагается использовать в качестве альтернативы стравливания газа через продувочные свечи и в случаях, когда невозможно и нецелесообразно применение газоперекачивающих устройств.
магистральные газопроводы
ремонтные работы
энергосбережение
1. 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.
2. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов / А.К. Дерцакян, М.Н. Шпотаковский, В.Г. Волков и др. / под ред. А.К. Дерцакяна. – Л: «Недра». – 1977. – 519 с.
3. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. СТО Газпром. – М.: ОАО «Газпром». – 2006. – 192 с.
4. Ванчин А.Г. Гидравлический расчет перемычек между магистральными газопроводами // Нефтегазовое дело: Электронный научный журнал. – 2012. – №6. – С. 177–183. – URL: http://ogbus.ru/authors/Vanchin/Vanchin_7.pdf (дата обращения: 27.09.2017).
5. Ванчин А.Г. Методы расчета режима работы сложных магистральных газопроводов // Нефтегазовое дело: Электронный научный журнал. – 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).
6. Ванчин А.Г. Определение границ применения стационарной и нестационарной моделей работы газопровода // Нефтегазовое дело: Электронный научный журнал. – 2014. – №1. – С. 598–617. – URL: http://ogbus.ru/authors/Vanchin/Vanchin_17.pdf (дата обращения: 29.09.2017).
7. URL: http://ctv.swsu.ru/events/scc-2017–sektsiya-teplo­gazovodosnabzhenie/ (дата обращения: 26.09.2017).

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.

kur1.tiff

Рис. 1. Структурная схема участков магистральных газопроводов

kur2.tiff

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]:

kurs1.wmf (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

Параметр

Обозначение, формула

Величина

Размерность

Длина газопровода

L

100

км

Абсолютное давление в начале газопровода в начальный момент времени

pH.0

7,5

МПа

Абсолютное давление в конце газопровода в начальный момент времени

pК.0

5,6

МПа

Длительность временного отрезка

?

300

с

Средняя температура газа в газопроводе

Тср

293,15

K

Внутренний диаметр газопровода

d

1,390

м

Наружный диаметр газопровода

1,420

м

Площадь внутреннего сечения газопровода

kurs2.wmf

1,517

м3

Плотность газа в нормальных условиях

?н.у

0,730

кг/м3

Плотность газа при Tср

?

0,678

кг/м3

Относительная плотность газа по воздуху

kurs3.wmf

0,563

безразмерная

Коммерческий расход газа на участке магистрали

Qгод

28

млрд. м3/год.

Коэффициент годовой неравномерности потребления газа

Кг

0,85

безразмерный

Средний по длине газопровода коэффициент сжимаемости газа

Zср

0,88

безразмерный

 

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

kurs4.wmf

kurs5.wmf млн м3/сут. (2)

Из коммерческого расход пересчитывается в нормальные условия по формуле:

kurs6.wmf

kurs7.wmf м3/с (3)

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

kurs8.wmf

kurs9.wmf МПа. (4)

Объем газа, находящийся в локализованном газопроводе, определяется:

kurs10.wmf

kurs11.wmf м2. (5)

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

kurs12.wmf (6)

kurs13.wmf млн м3/сут.

Пересчитываем расход газа на нормальные условия:

kurs14.wmf м3/с. (7)

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

kurs15.wmf МПа (8)

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

kurs16.wmf м3. (9)

Объем газа, который переместится в соседний газопровод, равен:

kurs17.wmf м3. (10)

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

kurs18.wmf руб. (11)

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

kurs19.wmf (12)

где kurs20.wmf – среднее избыточное давление на участке, кгс/см2.

При этом финансовые потери составят:

kurs21.wmf руб. (13)

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

kurs22.wmf (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.


Библиографическая ссылка

Курасов И.С., Маслова Т.О. РАСЧЕТ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ГАЗА ПРИ ЕГО ПЕРЕМЕЩЕНИИ В ДЕЙСТВУЮЩУЮ МАГИСТРАЛЬ В ПРОЦЕССЕ РЕМОНТНЫХ РАБОТ // Международный студенческий научный вестник. – 2018. – № 3-8. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18749 (дата обращения: 21.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674