Резерви покращення експлуатаційних параметрів складних газотранспортних систем

Даний підхід дозволив розробити моделі і принципи їх реалізації для режимів роботи складної газотранспортної системи, рівномірного завантаження різнотипних газоперекачувальних агрегатів на компресорних станціях з метою мінімальних витрат паливного газу при максимальних поставках газу споживачам. 

Ключові слова: газотранспортна система, газоперекачувальний агрегат, компресорна станція, газотурбінна установка, компресорний цех, апарат повітряного охолодження. 

 

 

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.13 – трубопроводный транспорт, нефтегазохранилища. Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа. – Ивано-Франковск, 2007.

Диссертация посвящена усовершенствованию методов управления неустановившимися неизотермическими режимами газотранспортных систем на компрессорных станциях и в линейной части трубопровода. 

Во вступлении обоснована актуальность темы исследований, показана ее связь с научными планами, программами, освещены научная новизна и задачи исследований, научное и практическое значение полученных результатов, дается общая характеристика работы. Приведена информация об апробации работы, ее внедрении, раскрыт личный вклад автора.

В первом разделе проведен анализ работы газотранспортной системы как линейной части магистрального газопровода, так и компрессорных станций с точки зрения режимов работы газопроводов, на основе чего выбраны основные направления исследований касательно разработки критериев классификации режимов, оптимального управления газотранспортной системой при нестационарном неизотермическом движении газа с учетом тепло- и массообмена с окружающей средой, а также использованием реальных термодинамических свойств газа.

Одним из эффективных способов уменьшения потерь газа при транспортировке являются температурные факторы. Для определения температуры во всех сечениях по длинне газопровода в качестве основы в работе использована общая математическая модель. Исходя из вышесказанного, сформулированы цели, методы и задачи диссертационной работы.

Второй раздел посвящен исследованию влияния термодинамических процессов в газопроводе. Для достижения указанной цели создана математическая модель. Основу этой модели составляют уравнения, выражающие законы сохранения вещества, импульса и энергии. Проведены аналитические исследования термогазодинамических процессов в сложных системах. Установлены закономерности распределения потока газа при переменных геометрических характеристиках и характера гидравлического сопротивления, что позволило создать новый концептуальных подход к созданию модели управления режимами: а) математическую модель транспортной сети с использованием метода увязки по узлам; б) математическую модель газотранспортной сети без компрессорных станций с использованием метода увязки по контурам с учетом и выбором начально-граничных условий.

Разработана математическая модель работы линейной части позволяет учесть изменения площади осевого сечения трубы, энергетические расходы на транспортировку, неоднородность состояния внутренней поверхности. Кроме этого в данном разделе разработана математическая модель режимов работы КС, где использовано уравнение сохранения массы и количества движения. В результате решения модели расчитана мощность нагнетателя, определяющаяся расходом топливного газа. Создана модель для управления газопотоками и определены параметры оптимального управления динамическими режимами работы трубопроводов.

В третьем разделе созданы алгоритмы и методика нестационарного движения газа в газопроводах при наличии компрессорных станций, а также отборов и подкачек газа в трубопровод. С целью оптимизации переходных процессов разработаны методика и алгоритм расчета линейной структуры нестационарного режима. Проведен вычислительный эксперимент по разработанным алгоритмам и программам нестационарного движения газа в газопроводах. Создана модель управления газопотоками и формирования параметров оптимального управления. Установлены характерные связи между параметрами нестационарных процессов в газотранспортных системах для определения критериев нестационарности режимов работы, разработана классификация эксплуатационных режимов. Определены критерии нестационарности линейной части газопровода, а так же введены критерии нестационарности при расчетах режимов работы газотранспортной системы в целом. Проведен анализ, которым определено, когда и каким критерием необходимо пользоваться при заданных режимах.

В четвертом разделе исследуются температурные факторы, влияющие на режимы работы газотранспортной системы. Проанализировано влияние температуры и коэффициента теплопроводности на объемные расходы газа. 

С этой целью рассматривается математическая модель для расчетов оптимального расхода топливного газа для поддержания заданного давления.

Результаты эксперимента качественно подтверждают влияние термодинамических параметров газа на гидродинамические характеристики процесса. Проведен анализ эксплуатации КС, где показано, что ее оптимальное функционирование зависит от степени охлаждения газа. Определено количество работающих агрегатов воздушного охлаждения при минимальных затратах топливного газа на перекачивание максимальных объемов газа потребителям. Анализ результатов показал, что при глубине охлаждения газа, одинаковой для всех КС и равной 2 0С, общая мощность ГПА уменьшается на 0,22%, увеличение охлаждения на 4 0С приводить к экономии мощности на 0,5%, охлаждение газа на 10 0С – на 1,5%. Разработана методика полной загрузки работающих ГПА с использованием их рабочих характеристик и учетом перетоков между КЦ. Исследованы нестационарные режимы эксплуатации газотранспортных систем, которые возникают во время пуска и остановки КС. Доведено, что для качественного и количественного исследования процесса, а также для получения достоверной информации о режимах работы необходимо использовать полную математическую модель. Кроме этого определялось давление, температура, массовая скорость газа в процессе их стабилизации во время пуска и остановки участка газопровода, а также время, необходимое для стабилизации этих параметров по всему участку газопровода.

Подытоживая выполненные исследования можно сделать вывод: полная математическая модель дает возможность зафиксировать ряд явлений, которые возникают во время пуска газопровода – это колебание газа в начальный момент, перемещение нагретого газа вдоль участка магистрального газопровода, колебание температуры в произвольном сечении трубы после прохождения фронта нагретого газа и много других факторов. 

На основании разработанных математических моделей построены алгоритмы и программы расчета нестационарных режимов работы газопроводов при наличии компрессорных станций и отводов, а также проведен расчет минимальных затрат топливного газа для поддержания заданного давления. Проведены аналитические исследования процессов пуска - остановки компрессорных станций для выбора математических моделей нестационарных процессов и учета температурных режимов с целью обеспечения оптимального управления эксплуатационными режимами. 

Данный подход позволил разработать модели и принципы их реализации для управления режимами работы сложной газотранспортной системы, равномерной загрузки разнотипных газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях с целью минимальных расходов топливного газа при максимальных поставках газа потребителям. 

Ключевые слова: газотранспортная система, газоперекачивающий агрегат, компрессорная станция, газотурбинная установка, компрессорный цех, аппарат воздушного охлаждения. 

 

 

Thesis for competition of a scientific degree of candidate of engineering sciences in specialty 05.15.13 – oil and gas pipelines, bases and depositories. - Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas. – Ivano-Frankivsk, 2007. 

Dissertation is dedicated to the improvement of gas transporting systems unsettled non-isothermal modes management methods in the compressor stations and linear parts of the pipelines. Analytical research of the thermal-gas-dynamic processes in complex systems has been conducted. Gas streams distribution regulations under conditions of changing geometrical characteristics and the character of hydraulic resistance have been exposed, that allowed to create the mathematical model of gas-transporting network computation by using the method of binding contour and the method of binding nodes, taking into consideration various initial and boundary conditions. The mathematical model of gas streams control and optimum gas streams management parameters forming has been created. 

The distinctive correlation between non-stationary processes in the gas-transporting systems parameters have been determined, that allowed to establish the criteria of non-stationary behavior of the linear part of the pipeline operating modes, as well as to determine the complete gas-transporting system operating modes non-stationary criteria.

The gas-transporting systems operating modes classification has been developed, as well as the methodology of computation of the non-stationary operating modes of the gas-transporting systems using the criteria of transitory modes minimal duration have been created. 

The given approach allowed developing models and principles of their realization for the complex gas-transporting system operating modes, and equal load of different types of compressor stations gas-pumping equipment with the purpose of gas fuel minimal consumption and maximal gas delivery to the customers.