Энергосберегающие технологии транспорта газа

1.

РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Кафедра термодинамики и тепловых двигателей
«ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТА ГАЗА»
СЕМИНАР № 2 ПО КУРСУ
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ И ДАВЛЕНИЯ
ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ЛИНЕЙНЫХ УЧАСТКАХ МГ»
Дарья Павловна Даниелян
Доц. кафедры термодинамики и тепловых двигателей

2.

Основные расчетные соотношения
■ Расчетные соотношения по определению термобарических характеристик
природного газа на линейных участках МГ при неизотермическом течении газа и
расчету пропускной способности МГ приводятся и анализируются в статьях, ряде
учебных пособий, справочниках и стандартах ПАО «Газпром»
■ Термодинамические характеристики природного газа в диапазоне
термодинамических параметров, характерном для транспорта природного газа
(p = 3,0 -10,0 МПа; T = 270 - 340 К), рекомендуется определять с использованием
системы расчетных соотношений, полученных на основе обобщения опытных
данных (Программа «Характеристики природного газа-1», помещенная в
директорию курса).
■ В соотношениях, используемых в программе, в качестве независимых
переменных используется температура Т (K), абсолютное давление p (Па) и
молярная концентрация метана r(CH4) в долях единицы.
2

3.

Задача прогнозирования температуры
и давления природного газа
■ Анализ расчетных соотношений для определения температуры и давления
природного газа в любом сечении ЛУ МГ.
■ Подбор и анализ соотношений для расчета коэффициента теплопередачи от
природного газа в окружающую среду.
■ Получение эксплуатационных характеристик транспорта газа на
рассматриваемом ЛУ.
■ Получение действительных значений коэффициента гидравлической
эффективности внутренней поверхности труб на ЛУ.
■ Выбор актуальных расчетных соотношений на основе сопоставления с
опытными данными .
■ Создание алгоритма и программы прогнозирования термобарических
параметров потока газа в любом рассматриваемом сечении ЛУ МГ.
3

4.

Пропускная способность МГ
■ Коммерческий расход – объёмный расход продукта по трубопроводу,
приведенный к стандартным условиям (293,15 К и 0,1013 МПа).
■ Производительность МГ (млрд м3/год…кварт…мес) – количество газа,
транспортируемого по газопроводу за расчетный период, приведенное к
стандартным условиям (293,15 К и 0,1013 МПа).
■ Производительность МГ определяется как сумма пропускных способностей с
учетом коэффициента использования пропускной способности (зависит от
необходимости обеспечения потребителей в период повышенного спроса,
уровня экстремальных температур окружающей среды и коэффициента
надежности МГ).
■ Пропускная способность участка МГ (млн м3 /сут) – количество газа, которое
может быть передано по газопроводу при стационарном режиме, максимальном
использовании располагаемой мощности ГПА и заданных расчетных
параметрах: граничных условиях в начале и в конце газопровода, рабочем
давлении по трассе, гидравлической эффективности, температуре
окружающего воздуха и грунта, температуре охлаждения газа и т.п.
*СТО Газпром 2-3.5-051-2006 Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов
4

5.

Пропускная способность ЛУ МГ
Среднее давление газа на участке
Рср
2 Р Р
2
Р
Рн
3
Рн Рк 3 Р Р
2
к
3
н
2
н
3
к
2
к
6
q 3,32 10 E d
2 ,5
вн
p12 p22
, млн м 3 / сут
тр zm Tm L
Горизонтальный трубопровод
z 100 м
Развитый турбулентный режим
течения
0 ,2
158 2kэ
тр 0 ,067
Re
d
вн
Коэффициент гидравлической
эффективности
Е 0,95
*СТО Газпром 2-3.5-051-2006 Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов
5

6.

Коммерческий расход
(падение давления природного газа)
Уравнение Бернулли
(распределение потенциальной работы)
2
c
w w d g dz g w**
2
Уравнение Дарси-Вейсбаха
c2
dp
c2
u2
dx
; w
2 d вн
dx
2 d вн
2 d вн
d вн2,5
p12 p22
G
4
zm R Tm L
Qк
К Tст d
4 pст
2 ,5
вн
( p p ) R
zm Tm L
2
1
Qк 6 ,07 E d
2
2
2 ,5
вн
Массовый расход
газа по ЛУ, кг/с
Коммерческий расход
газа по ЛУ, млн.м3/сут
К 3600 24 10 6
( p12 p22 ) R
тр zm Tm L
Уравнение неразрывности потока
G Qк ст сх х f u f
0 ,2
2k Развитый турбулентный
тр 0 ,067 э
режим течения
d вн
6

7.

Коммерческий расход
(падение давления природного газа)
Уравнение Бернулли
(распределение потенциальной работы)
c
w w d g dz g w**
2
2
Qк 6 ,07 n E d
p2
Уравнение Дарси-Вейсбаха
c
dp
c
u
dx
; w
2 d вн
dx
2 d вн
2 d вн
2
2
2
L
p12
2 ,5
вн
( p12 p22 ) R
тр zm Tm L
Qк2 тр zm Tm L
( 6 ,07 n E d вн2 ,5 )2 R
( p p ) R 6 , 07 E n d
2
1
2
2
2 ,5 2
вн
тр zm Tm Qкд 2
Уравнение неразрывности потока
G Qк ст сх х f u f
0 ,2
2k
тр 0 ,067 э Развитый турбулентный
режим течения
d вн
7

8.

Коммерческий расход
(падение давления природного газа)
■ Эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб:
– для обычных стальных труб kэ 0,03 мм
– для труб с внутренним гладкостным покрытием kэ 0,01 0,02 мм
2k э
тр 0 ,067
d
вн
0 ,2
■ Коэффициент гидравлической эффективности внутренней поверхности труб на ЛУ
E
Qк .д
Qк . р
Qк .д
6 ,07 d
2 ,5
вн
( p12 p22 ) R
тр zm Tm L
Влияние изменений фактического состояния внутренней
поверхности труб и режима течения газа на пропускную
способность МГ в процессе его эксплуатации.
Соотношение фактического и расчетного коммерческого
расхода газа по ЛУ МГ, найденного при проектном
состоянии труб (Е = 1).
8

9.

9

10.

Пропускная способность
технологического участка МГ
Пропускная способность ЛУ МГ
Пропускная способность
технологического участка МГ
2
2
(
p
p
max .д
2 ) R
Q р.л 6 ,07 E n d вн2 ,5
тр zm Tm L
Пропускная способность КС МГ
2
5,2
1 N кс.у.д dвн E pm.max
Qр.кс
2 ст
пр L
zm.пр Rпр Tm.пр
Qп.с min Q р.л ,Q р.кс
1/ 3
Q р .л Q р .кс запирающий участок – ЛУ МГ
Q р.кс Q р.л
запирающий участок – КС МГ
10

11.

Пропускная способность технологического
участка МГ
Запирающие участки можно считать
таковыми только в случае
необходимости обеспечения
производительности МГ, близкой к
проектной. При неполной загрузке эти
участки можно считать запирающими
лишь условно
11

12.

Способы устранения запирающих участков на
магистральных газопроводах
Линейная часть
• Увеличение коэффициента гидравлической эффективности внутренней
поверхности труб на участке.
• Повышение суммарного проходного сечения многониточного МГ (прокладка
новой нитки или лупинга).
• Повышение максимально допустимого давления на входе в ЛУ (замена труб с
пониженным разрешенным давлением).
• Понижение средней температуры природного газа на ЛУ.
Компрессорная станция
• Увеличение мощности компримирования за счет модернизации ГПА.
• Увеличение мощности компримирования за счет восстановления технического
состояния ГПА (ремонт, обслуживание).
• Повышение эффективности внутренней поверхности труб ЛУ (увеличение
числа чисток или оптимизация их проведения).
• *Перераспределение нагрузки между КС одного технологического участка.
12

13.

Заключение
■ Решение задач по определению эффективности магистрального транспорта
природного газа опирается на анализ результатов расчета
термогазодинамических процессов, протекающих на основных объектах
технологических участков МГ.
■ При расчете термобарических характеристик МГ следует выбирать такие
математические соотношения, которые наиболее точно соотносятся с
эксплуатационными данными.
■ Объем энергетических затрат при магистральном транспорте природного газа во
многом определяется характеристиками процесса неизотермического течения
газа на линейных участках газопроводов и процесса сжатия природного газа в
системах компримирования на КС МГ.
■ Для определения запирающих участков МГ необходимо определить пропускную
способность всех объектов участка. При этом, наименьшая пропускная
способность и является фактической пропускной способностью всего участка.
■ Выбор способа устранения запирающих участков МГ требует экономического
обоснования согласно принятым методикам определения эффективности
инвестиций, направленных на внедрение мероприятий по энергосбережению.
13

14.

Основные расчетные соотношения
Qк 6 ,07 E d
2 ,5
вн
( p p ) R
тр zm Tm L
2
1
2
2
2
2
(
p
p
1
2 ) R
Qк 6 ,07 E n d вн2 ,5
тр zm Tm L
p2
L
p12
Q тр zm Tm L
( 6,07 E d вн2,5 )2 R
2
2
тр zm Tm Qкд 2
zm f Tm , рm , rCH 4
2 ,5 2
вн
2 p13 px3
pm (1 x ) 2
3 p1 px2
G u f с f Qк ст
E
2
к
( p p ) R 6 , 07 E n d
2
1
2kэ
тр 0, 067
D
вн
0 ,2
Qк д
Qк пр
Qк д
6 ,07 d вн2 ,5
( p12 p22 ) R
тр zm Tm L
Qк пр Е 1
Qк ном Е 0,95
Qк д Е ...
Кз
Qк д
Qк ном
14

15.

Задача №1
15

16.

Решение
16

17.

17

18.

Задача №2
p2
p12
Qк2 тр zm Tm L
( 6,07 E d вн2,5 )2 R
18

19.

Решение
19

20.

20

21.

Рекомендуемая литература
■ Энергосберегающие технологии при магистральном транспорте
природного газа : Учебное пособие / Б.П. Поршаков, А. Ф. Калинин, С. М.
Купцов, А.С. Лопатин, К.Х. Шотиди. – М. : РГУ нефти и газа (НИУ) имени
И.М. Губкина, 2014. – 408 с.
■ СТО Газпром 2-3.5-051-2006 Нормы технологического проектирования
магистральных газопроводов. – ООО «ИРЦ Газпром», 2006 – 205 с.
■
Научная электронная библиотека https://elibrary.ru
21