Зменшення енерговитрат газотранспортних систем з урахуванням сезонних чинників

Abstract

У результаті теоретичних та експериментальних досліджень виявлений взаємозв’язок між особливостями геометричної структури газопроводів, закономірностями термогазодинамічних процесів руху газу, особливостями впливу сезонних чинників та енерговитратністю транспортування газу; запропонований комплекс методів і технічних пристроїв енергозбереження в трубопровідному транспорті газу. Методом математичного моделювання встановлений взаємозв’язок між величиною шляхових відборів і підкачувань газу та тривалістю стабілізації нестаціонарного процесу і величиною амплітуди змін режимних параметрів. Виявлено, що у кінці відводів величина надлишкового з точки зору транспортування тиску газу становить від 2 до 5 МПа. Доведений значний вплив міжниткових перемичок на пропускну здатність, режимні параметри та енерговитратність експлуатації кільканитко-вих газопроводів. Розроблено стратегію переоснащення ГТС з точки зору енергозбереження. Показано, що застосування на ГРС запропонованих автором регулятора тиску і теплового насоса, конструкції яких захищені патентами, дають змогу ефективно використати надлишкові ресурси тиску у кінці відводів, що призводить до помітного зменшення енерговитратності газопостачання.

В первом разделе приведен анализ работ по вопросам прогнозирования пропускной способности и уменьшения энергозатрат при эксплуатации газотранспортной факторов. Сделано обобщение способов технического перевооружения ГТС и разработана концептуальная схема ресурсоэнергосберегающих мероприятий. Второй раздел посвящен исследованиям особенностей термогазодинамических процессов в разветвленных и многониточных газопроводах. Методом математического моделирования установлена взаимосвязь между величиной попутных отборов и подкачек газа и продолжительностью стабилизации нестационарного процесса, а также амплитудой изменения режимных параметров работы разветвленных газопроводов. Получены графические зависимости изменения массового расхода, давления и температуры газа во времени и по длине разветвленного газопровода. Предложен критерий нестационарности, учитывающий особенности термогазодинамических процессов транспортировки газа в разветвленных и многониточных газопроводах. Установлено, что максимальное время стабилизации нестационарного режима составляет 90 мин для участка разветвленного газопровода и 30 мин для междуниточной перемычки.Третий раздел содержит результаты промышленного эксперимента с целью выявления закономерностей сезонных изменений режимов работы распределительных газопроводов. Путем обработки экспериментальных данных эксплуатации ряда газораспределительных станций УМГ «Харьковтрансгаз» получены аналитические зависимости объемов потребления газа, давления и температуры газа в конце отводов от среднесуточной температуры окружающей среды за отопительный сезон. Регрессионные модели позволяют достоверно прогнозировать режимы работы распределительных газопроводов, учитывая потребности путевых потребителей газа. Получено, что в конце отводов величина избыточного с точки зрения транспортировки давления газа составляет 2-5 МПа.Четвертый раздел содержит результаты реализации математических моделей в вычислительных алгоритмах и программном обеспечении. Разработана методика и программное обеспечения для прогнозирования распределения потоков газа в многониточных ГТС с учетом различных комбинаций открытых перемычек как на линейных участках, так и на входе и выходе компрессорных станций. Выполнена апробация разработок путем проведения многовариантных расчетов пропускной способности и энергозатрат трехниточной ГТС на участке КС Бар-КС Богородчаны для различных комбинаций открытых междуниточных перемычек. Доказано значительное влияние междуниточных перемычек на режимные параметры, распределение потоков газа и энергозатраты при эксплуатации ГТС. Выявлено, что более эффективным способом увеличения пропускной способности системы при условии неполной загрузки некоторых ниток является работа с открытыми перемычками на входе и выходе КС.Пятый раздел посвящен разработке методов и технических устройств, направленных на уменьшение енергозатрат в трубопроводном транспорте газа. Предложен метод энергобалансирования активных элементов ГТС, предусматривающий утилизацию избыточных ресурсов давления в конце отводов распределительных газопроводов, а также использование природных тепловых потенциалов. Разработан метод оценки влияния шероховатости внутренней поверхности труб, отличающейся от номинальной, на гидравлическое сопротивление газопровода. Применение на ГРС предложенных автором регулятора давления и теплового насоса, конструкции которых защищены патентами, позволяют эффективно использовать излишки давления газа в конце отводов, что приводит к заметному уменьшению енергозатрат при газоснабжении. Методики расчета и компьютерные программы переданы для использования в УМГ «Черкассытрансгаз». Ожидаемый экономический эффект от их внедрения составляет 151 тыс. грн/год. Рекомендации по использования избыточных ресурсов давления газа а конце отводов распределительных газопроводов переданы для внедрения а УМГ «Харьковтрансгаз». Ожидаемый экономический эффект от их внедрения для двух ГРС составляет 15 тыс. грн/год.

In the thesis the interconnection has been theoretically and experimentally investigated between the peculiarities of hermetic structure of gas pipelines, regularities of thermal gas -dynamic processes of gas pipeline transportation, peculiarities of season factors influence and power inputs for gas transportation. Complex of methods and means has been offered to save energy in gas pipeline transportation. By the method of mathematical modeling the interrelation has been determined between the value of pipe lines as well as gas relift pumping and duration of the non-stationary process stabilization and the value of the variation amplitude of operation parameters to the gas transport system with complex network structure. These dependences give the possibility to make a reliable forecast of the operation modes for distribution gas pipelines. It has been proved that interline webs have considerable influence on the flow rate, operation parameters and power inputs during exploitation of gas pipeline with several lines. It has been determined that under the conditions of partial load of some lines of main pipelines the most effective method is to work with open webs (valves) on the inlet and outlet of compressor station. In the work the strategy has been developed devoted to the retrofitting of the gas transport system from the energy saving viewpoint, taking into consideration modem technical and economic state of gas transmission system in Ukraine. The main idea of the strategy is energy balancing of active elements with thermal discharge of opposite signs. The application of the proposed by the author new types of pressure controller and thermal pump on gas transport system, the construction of which is protected by the patents of Ukraine, enables the effective usage of excess pressure resources at the end of branch lines that leads to a considerable decrease of power inputs during gas supply process.