Эффективность и регулирование режимов работы систем трубопроводного транспорта природного газа

Recommend Stories

Empty story

Idea Transcript


А.Ф. Калинин

Эффективность и регулирование режимов работы систем трубопроводного транспорта природного газа

Москва

2004

г.

УДК

622.691 к

17 Калинин А.Ф. Эффективность и регулирование режимов рабо­ ты систем трубопроводного трансnорта nриродного га­ за.- М.: MПA-Ilpecc,

2004.- 168

с.

Представлены методики опреде,1ения энергетической н экономической "Эффективности реализации энергосбсрега­ юших технологий при эксплуатации действующих техноло­

гических участков магистральных газопроводов. Рассмотрены

nроцессы регулирования н оптимизации режимов работы ос­ новных объектов газотрансвортной системы. Представленные

в работе алгоритмы, методики н проrраммы прошли аnроба­ цию на объектах действующих технологических участков ма­ гистральных газоnроводов.

Для инженерно-технических работников газовой про­ мышленности занимающихся

и

персонала газотранспортных

вопросами эксплуатации

ного транспорта газа,

предприятий,

сиетем

магистраль­

студеmов, маги·5 · Г

. Е= 0,19 %, Е11 ,., = о. 91%

= 2.001 +

-- . -

.

...

L

3.!

1

Коэффициент

Джоуля-Томсона

для

природного

газа,

значение которого входит в расчетные соотношения по опре­

делению темnераrурных режимов линейных участков магист­ ральных газопроводов, следует рассчитывать nосле определе­

ния комплекса (срт) (табл.

(cp-Dh)

3.1) по

и удельной изобарной тешюемкости

соотношению

(3.1) Необходимо отметить, что полученные расчетные соот­ ношения

по

определению термодинамических характеристик

природного газа в целом точнее ныне используемой системы

расчетных соотношений ности

определения

[15, 39, 43, 44, 80].

термодинамических

родного газа снижены в

ошибок уменьшена в

1,3 + 2 раза, 1,5 + 3 раза.

Средние погреш­

характеристик

при­

а величина максимальных

Анализ точности полученных расчетных соотношений

дает возможность выбрать тот или иной метод определения термодинамических

характеристик

nриродного

газа

при

рас­

чете процессов, происходящих в объектах газотранспортной системы. К примеру, так как точность определения потею.tи­

а.пьной функции природного газа

ления его плотности (р) (табл.

(pv) выше точности опреде­ 3.1 ), то плотность природного

газа следует находить из соотношения

р

= pl(pv).

(3.2)

В этом случае точность оnределения шютности (р) nри­ родного

гост

газа

сопоставима

с

точностью

се

определения

по

30319.1-96 [13]. В ряде случаев д.'lЯ определения ра..-тости энтальпий

blz

природного газа в рассматриваемых процессах, исходя из со­

поставления точности

зависимостей

по

раСЧС'I)'

(cp-Dh), можно, наряду с известной зависимостью

исnользовать соотношение

(4),

(h), (срт).

[39. 54]

представленвое в табл.

29

3.1.

Для оnределения высшей и низшей теnлоты сгорания nриродного газа ГОСТ

30319.1-96 [ 13]:

рекомендует исnользовать

следующие соотношения

Qнр = 92,819·(0,51447·рс

+ 0,05603- 0,65689·Га- Гу);

(3.4)

Q"p=

+ 0,04242- 0,65197-r"- ry).

(3.5)

85,453·(0,52190-р ..

где Га, ry- молярные конценграции азага

да (С~) в природном газе; Ре стандартных

Qf!P' Q""-

условиях

(ре

-

и диоксида углеро­

плотность природного газа при

101325

=

(N2) Па,

Те

= 293,15

К);

высшая и низшая теплm Qp.«>

заnирающим участком являет­

ся КС. При этом увел.ичения пропускной способности КС можно достичь за счет:



увеличения суммарной установленной мощности ГПА на

КС, которое достигается в результате монтажа ГПА нового поколения

или

восстановления технического состояния уста­

новленных ГПА;



повышения гидравлической эффективности внутренней по­

верхности труб линейного участка газопровода. У слови е повышения установленной мощности КС до уровня, при котором она будет способна прокачать в единицу времени количество газа, равное пропускной способности рас­ сматриваемого линейного участка при проектных значениях

термабарических характеристик природного газа и фактичес­ ком состоянии внутренней поверхности МГ, можно сформу­ лировать следующим образом

N,.,. _v.p

-

N,.,. у,.

=

1

(

[23, 29]: Qp __ ,

Q"_J(L'

)J

(7.6)

'

где Nкс;р- суммарная рабочая мощность энергопривода на КС с учетом резервирования и технического состо;~ния до рекон­

струкции; N ~с}' Р- суммарная рабочая мощность энергопривода на КС после реконструкции или модернизации.

48

При выполнении этого условия после реконструкции и.пи модернизации КС будет способна прокачать через линей­ ный участок газопровода количество газа, равное действи­ тельной

пропускной

способности

линейного

участка,

т.е.

Q" .• = Qркс· При этом необходимое увеличение суммарной мощности КС может быть определено из соотношения 3

!J..N=N'.:~..·.у.р -Nкс.у.р =Nк~..· __,~.р

·[(Q"'] Qp_,...-~,.-

-l] •

(7.7)

Увеличение пропускной способности КС за счет повы­ шения гидравлической эффекrивности внуrренней поверхности газопроводов является менее затратным, чем предыдущий спо­

соб. При его использовании не только повышаются пропускные способности КС и линейного участка, но и устраняется запира­ ющий участок

-

компрессорная станция, а из-за снижения гид­

равлических потерь, при прочих равных условиях, уменьшается мощность, затрачиваемая на сжатие природного газа.

Повышение

значения

коэффициента

эффективности

внутренней поверхности трубопровода приводит к снижению

действительной мощности, затрачиваемой на сжатие nрирод­ ного газа на КС при фактическом массовом расходе nриродно­

го газа по газопроводу GФ

!J..N ЭФ

где

= N •с

N ~~· -

[23, 29]

.rl 1-(~)~] = Errrin.rl



.~r. ·[1-[___!i_] J- • (7.8) 2

"1.2

Е

rnin ,)

действительная мощность, затрачиваемая на сжатие

природного газа на КС; Emioд- минимальное предельно допу­

стимое значение коэффициента гидравлической эффективнос­ ти внуrренней поверхности газопровода.

Апробация прел. поженной методики опре;1,еJ1ения прону­ скной сnособности и запирающих участков МГ проводилась

на nримере технолоr·ическоrо участка многониточного МГ, состоящего из четырех КС и трех линейных участков между

49

ними. Техническое состояние рассматриваемого участка МГ доnускает рабочее давление природного газа на выходе из КС

на уровне

Prr=

,> =

7,36

МГ!а.

Пропускная способность газопровода в процессе экс­ плуатации

Q".,

как показывают результаты расчетов, в значи­

тельной степени о11ределяется значением коэффициента ги.д­

раRлической эффективности внуrреннсй поверхности труб на линейных участках газопровода Е (рис.

i.\

Н 1~

7. 1).

16 17 IS т

Рис.

7.1.

-о-

t9 ;.!Q 11

;2~

2.'

. •.-....

Характеристики линейного участка газопровода

-

коэффи•tиснт rндраsлической :>Ффективности внутренней nовсрхtюсп1 труб участка газопровода:

---



пропус~;ная снособность участка •·азоnровода

Повышение

эффективности

внутренней

поверхности

трубопроводов можно осуществить за счет изменения перио­ дичности

продувок

газоnровода

с

nомощью

очистных

уст­

ройств при условии соблюдения технологии очистки и повы­ шения качества самих очистных устройств.

Гидравлическую Jффективность внуrренней nоверхнос­ ти труб линейных участков МГ, а следовательно. и пропуск­ ную сnособность техно.1оrического участка возможно повы­

сить и без увеличения числа продувок. Это можно осущест­ вить за счет постоянного контроля за состоянием внутренней

nоверхности труб линейного участка газопровода. определяя время проведения продувок по состоянию. Кроме того, повы-

50

шение эффективности внутренней nоверхности трубоnроводов можно осуществить за счет реализации режимов самоочище­ ния

на участках газопровода с технико-экономическим опре­

делением их продолжительности и периодичности.

Влияние изменения технического состояния ГПА, рабо­ тающих на КС, на коммерческий расход nриродного газа, ко­

торый способна обесnечить КС при nолном исnользовании установленной

мощности

с

учетом

резервирования,

весьма

существенно: снижение коэффициента технического состоя­

ния установленных ГПА

kN

с

1,О

до

0,8

nриводит к уменьше­

нию коммерческого расхода природного газа,

который сnо­

собна обеспечить КС nри проектных значениях термабаричес­ ких характеристик газа и фактическом состоянии внутренней

nоверхности газопровода, на 25-37 млн. м 3 /суr. При этом запирающим участком может быть как линей­ ный участок, так и КС, а в некоторых случаях при снижении технического состояния ПIА на КС при прочих равных усло­ виях роль запирающего участка переходит от линейного уча­

стка к компрессорной станции (рис.

7.2).

Фактическая лропускная способность рассматриваемого технологического участка МГ nри nроектных значениях тер­

мабарических характеристик природного газа и фактическом

состоянии внууренней поверхности газоnровода может быть оnределена nyreм наложения значений действительной nроnу­

скной сnособности линейных участков и КС, включенных в рассматриваемый участок. При этом наименьшая проnускная

сnособность и является фактической проnускной способнос­ тью всего участка (рис.

7.3).

Представленная методика оnределения nропускной сnо­ собности и заnирающих участков МГ дает возможность учи­

тывать действительное техническое состояние mл на КС и значение максимально допустимого давления природного газа

на линейных участках и может быть рекомендована для ана­

лиза работы технологических участков МГ.

51

1

2

3 4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 т,

Рис.

7.2.

...N...,

Изменение пропускной способности КС и линейного

участка газоnровода, идущего за ней, при различных значениях

среднего коэффициеmа технического состояния ГПА на КС

---- --;f--

-

Q.~; ~ -QP•;

Q, .•c nри k.rv = 0,9;

: ). Рис.

7.3.

з



5

б

7

в

--6;-

-е-

'iJ

= \; =0,8

-QP-« при kN

-QP ~« при

1о 1 1 1 2 1 э

,.

k,v

15 J J; 17



1q ·.'.{) )1

7} ?З

Пропускная сnособнос·rь рассматриваемого технологического участка МГ

--- -·

nерной КС и идущего за ней линейно1·о участка;

-о- - второй КС и идущет "Ja ней линейного участка;

~ - трет1.ей КС и идущсm за ней линейного участка; ~ - пронусюшя сnособность технологического участка

52

8.

Регулирование режима работы газопровода за счет отключения компрессорных цехов

и компрессорных станций Анализ результатов теоретических и эксперимеmальных

исследований режимов работы технологических участков ма­ гистральных газопроводов показывает, что минимизация энер­ гетических

только



за

= р2 1 р1 )

и

эксrиуатационных

счет

изменения

затрат

степени

на

его

трансnорт

сжатия

на

газа

КС

без учета режимов работы линейных участков и

соседних станций невозможна. Это обуславливается тем, что

при любых возможных режимах работы МГ энерrетически и экономически целесообразно nоддерживать давление природ­

ного газа на выходе из КС на уровне максимально допустимо­ го значения на линейном участке р 2

= Ропю. .д ,

а давление при­

родного газа на входе КС р 1 определяется режимом работы предыдущей КС и гидравлическими потерями на nредшест­

вующем линейном участке

[14).

Таким образом, изменение степени сжатия природного газа на КС является лишь следствием изменения режима рабо­ ты технологического участка МГ. Изменение степени сжатия

на КС может быть связано с изменениями расхода nриродного газа через технологический участок Q,.Ф, коэффициента гид­

равлической

эффективности

линейного участка Е

,

внутренней

поверхности

труб

режима работы систем компримирова­

ния и охлаждения на предыдущей КС. Предельным случаем изменения режима работы КС можно считать ее отключение.

Метод регулирования

режима работы технологи·~еских

участков магиС1рЗЛьного газопровода за счет отключения

ком­

прессорных цехов используется достаточно широко в газовой

отрасли на многониточных газопроводах, оборудованных пере­ мычками. Метод регулирования за счет отключения компрессор­

ных станций используется значительно реже

[57, 62].

Вопрос об анализе и исnользовании этого метода регу­ лирования возник в связи с тем, что в на~..:тоящее время опре­

деленное число технологических участков МГ страны работа· ют nри nроизводительности природного га.1а нюке просктной.

53

Снижение nодачи природного газа по газопроводу приводит к

недозагрузке линейных участков МГ и КС, 1< снижению стеnе­ ни сжатия на КС, что nри использовании полнонаnорных на­

гнетателей ведет к снижению эффективност11 nроцесса сжатия на КС и

pocry

удельных энергетических и эксплуатационных

затрат на транспорт nриродного газа.

Теоретические исследования показывают, что отключе­

ние КС с целью минимизации энергетических затрат на транс­

порт природного газа в принциле не является целесообразным

[34].

Однако следует отметить, что при получении теоретичес­

ких выводов о нецелесообразности отключения КС с целью минимизации энергетических затрат на транспорт природного газа не учитывается, что реализация этого метода регулирова­

ния дает возможность избежать гидравлических потерь в об­ вязке

и энергетических затрат в

системе охлаждения

отклю­

ченных компрессорных цехов и КС. Использование этого ме­ тода регулирования режима работы технологических участков МГ приводит к понижению средней температуры природного

газа на линейном участке, что таюке способствует снижению падения его давления на участке. Отключение цехов и КС вы­ зывает

понижение

темnера-туры

природного

газа

на

входе

в

следующую КС и приводит к повышению степени сжатия на

последующей КС, приближая режим работы системы компри­ мирования

к

оптимальному,

что дает

возможность

энергетические затраты на компримирование

понизить

[34, 57, 62).

Указанные причины позволяют предположить, что при определешюй загрузке технологических участков МГ для оп­

тимизации режима работы с точки зрения сокращения :шерге­ тических затрат на транспорт природного газа целесообразно отключать компрессорные цеха и КС. При этом возникает за­

дача разрабспки критериев, определяющих возможность и це­ лесообразность использования этого способа регулирования, и определения режимов,

nри которых отключение комnрессор­

ных цехов и КС техншюгически обосновано, а также энерге­ тически и экономически выгодно.

В качестве критерия, определяющего технологическую возможность работы участка МГ в режиме с отключенной КС,

может быть предложено значение степени сжатия на КС, еле-

54

дующей за отключенной станцией Е;

. Если на КС, следующей

за отключаемой, применяется одноступенчатое сжатие при­

родного газа, а ГПА работают по параллельной схеме с ис­ пользованием nолнонапорных нагнетателей, значение степени

сжатия на КС, следующей за отю1юченной станцией, после отключения

предыдущей

КС

должно

быть

Е; $ 1,4- 1,45. При выполнении этого условия nереход участ­ ка МГ на работу с отключенной КС технологически обосно­ ван, так как не потребует дополнительных работ, связанных с

изменением

обвязки

последующей

КС

при

отключении

и

включении рассматриваемой станции. Для определения энергетической и экономической целе­

сообразности отключения КС при реальных значениях подачи

nриродного газа по технологическому участку необходимо провести

сопоставление энергетических

и эксnлуатационных

затрат при реализации альтернативных режимов эксплуатации

участка: при работающей и откпюченной КС. Отключение КС можно считать энерrетически целесо­ образным, если сумма энергетических затрат на трансnорт природного газа в рассматриваемой (КС- 1) и последующей

(КС-2) станциях больше значения энергетических затрат на

КС-2 после отключения КС-1

(8. J) где

N~ 1 ,N~ 2

-

действительные мощности энергопривода, за­

трачиваемые на сжатие nриродного газа на рассматриваемой и последующей КС до 01ХЛЮЧения станции;

N"x 1 , N м 2

-

мощности

привода веtrmляторов в системах охлаждения рассматриваемой и

последующей КС до отключения станции; N ; 2 , N;, 2

-

мощносrn,

затрачиваемые на сжатие природного газа и привод вентиля­

торов в системе охлаждения на следующей КС (КС-2) nосле отключения станции (рис.

8.1, 8.2).

55

f,:('- о

h:(' - 1

J.:C- Z

.n·-:

r-\г------~~~-·--1~----, 1;117:

l;.~ry(

р .'.ql

Р .lqi

.\" ,1

l;~j

1:.11?~

., lol

р Щl .Уи

.\",,,

.\._,} с,

&,

Рис.

8.1.

l;v.' р /.qJ

Схема и рабочие хараюеристики технологического участка

МГ до отключения КС-1

;тУ-

:n--I + -~·-! 1\С-1

1\t' -"

1\С-2

Гl--'Щ/---.~ 'J tlql 1 1.,1 IJqJ I'1.,J

P~.J-"~ Jlt•.r

-"·• --(;

лr.. ,J=()

.v.~

с,= J

Рис.

8.2.

с;

Схема и рабочие хараюеристики технологического участка МГ после отключения КС-1

Расчет характеристик,

входящих

в

основное

условие

энергетической целесообразности отключения КС-1, ддя аль­ тернативных режимов эксnлуатации технологического участка

МГ необходимо nроводить при одинаковых значениях дейст­ вительного коммерческого расхода природного газа через тех­

нологический участок Q. Ф, темпераrур и давлений на входе в

первый линейный участок (ЛУ -1)

t, 'J'', р 1 'У' , темпераrур и дав­

лений на выходе из КС-2 /1 _туз• р 1 _,у 3 • Кроме того, следует рас­ смотреть

случаи,

при

которых

давление

природного

газа

на

выходе из предыдущей (КС-0) и следующей (КС-2) за отклю­ ченной станцией полдерживается на уровне максимально до­

пустимого P!.,_vl

значения

на

линейных

участках: р 1 _,у 1

= Рп-..х.l;

= Pnш...еннего отtю­

сительного КПД газовой l)'рбины только на

1%

в первом случае

приводит к повышению удельной раб

Smile Life

When life gives you a hundred reasons to cry, show life that you have a thousand reasons to smile

Get in touch

© Copyright 2015 - 2024 AZPDF.TIPS - All rights reserved.