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
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 |
dн |
1,420 |
м |
Площадь внутреннего сечения газопровода |
|
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 |
|
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
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.
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: 17.08.2024).