Рассматривается участок газопровода Уренгой-Ужгород (построен в 1983 г.). В качестве исходных принимаются данные, которые были получены авторами от компании ООО «Газпром трансгаз Москва» Курское ЛПУМГ при участии в кейс-чемпионате SWSU Case Championship 2017 в секции «Теплогазоводоснабжение» [7].
Рис. 1. Структурная схема участков магистральных газопроводов
Условно принимается проведение ремонтных работ на участке 23/3-19/3 между КС-1, КС-4 (рис.1). Перемещение газа в соседний магистральный газопровод можно осуществить по имеющимся технологическим перемычкам А, Б или В [4]. На участке 23/3 - 19/3 давление газа изменяется от рабочего порядка 7,5 МПа до значения около 5,6 МПа перед компрессорной станцией КС-4. Для проведения ремонта останавливают работу установок КС-1. Давление по длине участка быстро выравнивается и принимает некоторое среднее значение Pср1 [6]. Исходя из этого, по перемычке Б передачу газа можно осуществить только с помощью нагнетательного устройства, т.к. значение давление после КС-2 близко к рабочему. Естественным путем газ будет перемещаться по перемычкам А и В, однако в случае В будет обеспечен больший перепад давления и, как следствие, перемещение большего объема газа. Последний вариант рассмотрим более подробно.
Запорные устройства (рис.2) 23/3, 8 и 7 от КС-1, 19/3 находятся в положении «закрыто», устройство 20/3 - в положении «открыто». При открытии запорного устройства 29 объем газа под действием разности давлений начинает перемещаться по перемычке B в соседний газопровод.
Рис. 2. Организация перемещения газа по перемычке В
Для детального анализа процесса используется математическая модель, представленная в [1], [5]. При отключении участка магистрали режим движения газа на участке отключения приобретет неустановившийся характер и описывается системой уравнений [4]:
, (1)
где d - внутренний диаметр трубы, м; x - координата, совпадающая с осью трубы и направленная по течению газа, м; p - абсолютное среднее давление газа, Па; ν - средняя скорость газа, м/с; ρ - плотность газа, кг/м3; α - угол возвышения трубы над горизонтом, град.; t - время, с; λ - коэффициент гидравлического сопротивления участка газопровода, безразмерный; β - поправка Кориолиса, безразмерная, (при турбулентном течении 0,02-0,03); с - скорость звука в газе, м/с; g - ускорение свободного падения, 9.81 м/с2; h - высота, на которой находится центр сечения x, м.
Преобразования данной системы (1), изложенные в [1], [5], [6] позволяют получить решения для некоторых частных случаев режима работы газопровода. Для рассматриваемого случая необходимо применять нестационарную модель режима работы, однако, для точных расчетов необходимо наличие достаточного количества исходных данных и граничных условий, что представляет определенную сложность. Для проведения расчетов с определенными допущениями можно использовать уравнения стационарной модели. Исходные данные для расчета представлены в таблице 1. Расчет ведется согласно рекомендациям [2], [3].
Табл.1
Исходные данные
Параметр |
Обозначение, формула |
Величина |
Размерность |
Длина газопровода |
100 |
км |
|
Абсолютное давление в начале газопровода в начальный момент времени |
7,5 |
МПа |
|
Абсолютное давление в конце газопровода в начальный момент времени |
5,6 |
МПа |
|
Длительность временного отрезка |
300 |
с |
|
Средняя температура газа в газопроводе |
293,15 |
K |
|
Внутренний диаметр газопровода |
1,390 |
м |
|
Наружный диаметр газопровода |
1,420 |
м |
|
Площадь внутреннего сечения газопровода |
1,517 |
||
Плотность газа в нормальных условиях |
0,730 |
кг/ |
|
Плотность газа при Tср |
0,678 |
кг/ |
|
Относительная плотность газа по воздуху |
0,563 |
безразмерная |
|
Коммерческий расход газа на участке магистрали |
28 |
млрд. м3/год. |
|
Коэффициент годовой неравномерности потребления газа |
0,85 |
безразмерный |
|
Средний по длине газопровода коэффициент сжимаемости газа |
0,88 |
безразмерный |
Коммерческий суточный расход газа на участке 23/3-19/3 определяется по формуле:
(2)
Из коммерческого расход пересчитывается в нормальные условия по формуле:
(3)
Среднее давление в магистрали до открытия запорного устройства 29 определяется по следующей формуле:
(4)
Объем газа, находящийся в локализованном газопроводе, определяется:
(5)
Коммерческий расход газа через перемычку B длиной 100 м при открытии запорного устройства 29 определяется по уравнению:
(6)
Пересчитываем расход газа на нормальные условия:
(7)
Среднее давление в ремонтируемой магистрали после открытия запорного устройства 29 определяется по следующей формуле:
(8)
Объем газа на участке 23/3-19/3 при давлении 6,11 МПа составляет:
(9)
Объем газа, который переместится в соседний газопровод, равен:
(10)
При средней стоимости природного газа 5,5 руб./м3 экономия составит:
(11)
Объем газа, сброшенный через продувочную свечу без использования перемычки, определяется:
(12)
где – среднее избыточное давление на участке, кгс/см2.
При этом финансовые потери составят:
(13)
Отношение перемещенного объема газа к сброшенному объему газа через продувочную свечу (или отношение их стоимостей) дает нам значение получаемой экономии:
(14)
Вывод. Таким образом, использование перемычки дает выгоду в размере 7,14% от общих потерь энергетических ресурсов при сбросе газа в атмосферу. В реальных условиях экономия будет еще меньше, так как при проведении оценочного расчета не учитывается ряд факторов (неизотермичность течения газа, взаимодействие встречных потоков газа, нелинейный характер потерь давления и т.д.). Если при проведении ремонта планируется просто сбросить газ в атмосферу, то целесообразно будет реализовать перемещение части газа через перемычку, а затем осуществлять сброс газа.
Библиографический список
Трубопроводный транспорт нефти и газа: Учеб. для вузов/ Р.А.Алиев, В.Д.Белоусов, А.Г.Немудров и др.-2-е изд., перераб. и доп. – М: «Недра».– 1988. – 368 с.
Справочник по проектированию магистральных трубопроводов./ А.К. Дерцакян, М.Н. Шпотаковский, В.Г.Волков и др/ под редакцией А.К. Дерцакяна. – Л: «Недра». – 1977. – 519 с.
Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. СТО Газпром. – М.: ОАО «Газпром». – 2006. – 192 с.
Ванчин А.Г. Гидравлический расчет перемычек между магистральными газопроводами // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012. №6. С.177-183. URL: http://ogbus.ru/authors/Vanchin/Vanchin_7.pdf (дата обращения: 27.09.2017)
Ванчин А.Г. Методы расчета режима работы сложных магистральных газопроводов // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. №4. С.192-214. URL: http://ogbus.ru/issues/4_2014/ogbus_4_2014_p192-214_VanchinAG_ru.pdf (дата обращения: 27.09.2017)
Ванчин А.Г. Определение границ применения стационарной и нестационарной моделей работы газопровода // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. №1. С.598-617. URL: http://ogbus.ru/authors/Vanchin/Vanchin_17.pdf (дата обращения: 29.09.2017)
URL: http://ctv.swsu.ru/events/scc-2017-sektsiya-teplogazovodosnabzhenie/ (дата обращения: 26.09.2017)