Оцінка економічної ефективності газопроводів з шляховими відборами та витоками газу

Розглядається задача про вплив шляхових відборів та малих витоків газу на гідравлічну та економічну ефективності транспортування газу по трубопроводах. Показано принцип виявлення витоків газу з подальшим уточненням коефіцієнта гідравлічної ефективності для зменшення похибок в розрахунках.

 

Considered the problem of the track extraction and gas leaks influence on the hydraulic and economic efficiency of the gastransmission through pipelines. The principles of detection of gas leaks from further refinement coefficient of hydraulic efficiency to reduce errors in the calculations.

 

Ключові слова: коефіцієнт гідравлічної ефективності, економічна ефективність, аварійний витік, шляховий відбір.

 

Keywords: hydraulic efficiency coefficient, economic efficiency, emergency leakage, track extraction.

 

 

Характерною особливістю газотранспортної системи України (ГТС) є наявність великої кількості шляхових відборів газу, які можуть бути постійнодіючими, або буферними, сталими за величиною, або змінними в часі. В процесі експлуатації ГТС спостерігаються малі витоки газу, які виникають за рахунок розгерметизації трубопроводів та арматури (нештатні ситуації) і які зазвичай важко діагностуються в зв’язку з тим, що їх поява практично не спотворює параметри режиму з одного боку, а візуальні спостереження не дають бажаного ефекту. Поява шляхових відборів або витоків газу викликає нестаціонарний процес в газопроводі, який супроводиться коливаннями параметрів в часі і викликає появу інерційних втрат енергії в газовому потоці. В зв’язку з сказаним загальні витрати енергії на транспортування газу при появі відборів зростають, що знижує економічну ефективність газотранспортної системи. Тому проблема ефективності газопроводів з шляховими відборами на сучасному етапі господарювання є актуальною.

 

 

В літературі часто зустрічаються відомості про результати досліджень ефективності газопроводів і систем з шляховими відборами газу та аварійними витоками. Серед таких досліджень слід виділити роботи Бобровського С. А. [1], Грудза В. Я. [2], Щербакова С. Г. [3], Яковлєва Є. І. [4] та інших. В приведених роботах аналізуються режими роботи газотранспортних систем з шляховими відборами, характер протікання нестаціонарних процесів, визначення величини витоків чи відборів. Однак питання гідравлічної та економічної ефективності таких газотранспортних систем залишаються поза увагою.

 

 

Метою даного дослідження є встановлення впливу шляхових відборів газу та аварійних витоків з газопроводу на гідравлічну ефективність газотранспортної системи і економічні її показники.

Аналіз літературних джерел вказує на пріоритетний напрямок застосування аналітичних методів досліджень проблеми, зокрема методів математичного моделювання з адаптацією отриманих результатів.

Діагностична модель газотранспортної системи повинна зв’язувати основні параметри режиму перекачування газу з діагностичними ознаками, до яких в першу чергу слід віднести коефіцієнт гідравлічної ефективності. Очевидно, що встановити точно місце аварійного витоку газу і його величину оперативно надзвичайно складно. Тому завдання ставиться наступним чином: встановити, в якій мірі впливає поява аварійного витоку з газопроводу на його гідравлічну ефективність, і, якщо цей вплив суттєвий, то необхідно при визначенні коефіцієнта ефективності вводити корективи в розрахунки, які враховували б наявність витоків газу.

 

 

Для газопроводів без шляхових відборів і аварійних витоків газу величина коефіцієнта гідравлічної ефективності (E) входить в основне рівняння газопроводів і може бути визначена

 

де Q – фактична витрата газу в газопроводі; с -коефіцієнт, що залежить від вибору системи одиниць; d – внутрішній діаметр газопроводу;  ,   – тиски на початку і в кінці газопроводу;   – теоретичне значення коефіцієнту гідравлічного опору;  - відносна густина газу;  - коефіцієнт стисливості; Т – середня температура газу;   – довжина лінійної ділянки.

Якщо на віддалі   від початку знаходиться зосереджений відбір газу або аварійний витік з витратою  , то на основі (1) одержимо систему рівнянь

 

Очевидно, що коефіцієнт гідравлічної ефективності газопроводу з витоком газу   до певної міри відрізнятиметься від коефіцієнта гідравлічної ефективності газопроводу без витоку газу Е, оскільки дані величини отримані на основі різних математичних моделей. Сумісний розвязок системи (2) і рівняння (1) дає залежність для співвідношення вказаних коефіцієнтів у вигляді

 

Таким чином, метою дослідження є встановлення величини  та її залежності від величини витоку і його координати. На рис. 1 приведено графічні залежності вказаного відношення від величини витоку газу і його розміщення на газопроводі. Аналіз графіків показує, що при величині витоку газу, що складає 0, 1% від витрати в газопроводі коефіцієнт гідравлічної ефективності знижується на 13, 4%. З збільшенням величини витоку газу і його відстані від початку газопроводу вказане відхилення збільшується. Тому виникає необхідність певною мірою компенсувати вказане відхилення. Для цього необхідно знати величину і координату аварійного витоку, якщо такий існує. Пропонується аналізувати нестаціонарний процес в газопроводі, викликаний появою аварійного витоку газу.

Як відомо [ 1 ], нестаціонарний процес руху газу в лінійній дільниці газопроводу описується рівнянням

 

Якщо в точці   трубопроводу має місце шляховий витік газу масовою інтенсивністю  , то рівняння нерозривності газового потоку може бути записане в вигляді

 

В роботі [ 2 ] показано, що для моделювання нестаціонарного ізотермічного процесу, викликаного включенням шляхового відбору, точність визначення діагностичної ознаки не виходитиме за межі 1, 5% в