Введение к работе
Актуальность проблемы
В нашей стране создан мощный высокоэффективный топливно-энергетический комплекс. Российская Федерация (РФ) – единственная крупная промышленно развитая страна, которая полностью обеспечивает себя топливом и энергией за счет собственных природных ресурсов и одновременно осуществляет экспорт топлива и электроэнергии.
Двадцать первый век является веком энергетики, одним из основных энергоносителей является природный газ. Без него невозможно динамичное развитие ни одной отрасли народного хозяйства. Этот природный ресурс в основном сконцентрирован в северных районах РФ, поэтому для его доставки в центральные регионы и зарубежным партнерам необходимо перемещение на многие тысячи километров.
Газовая промышленность оказывает существенное влияние на экономику и развитие РФ в целом. Основой газовой промышленности является Единая система газоснабжения (ЕСГ), представляющая собой комплекс месторождений, газовых объектов, объединенных сетью магистральных газопроводов (МГ). Наиболее значительной из них является система магистрального транспорта газа, включающая мощную сеть МГ, компрессорных станций (КС), подземных хранилищ газа (ПХГ) и газораспределительных станций (ГРС).
В последнее время намечается тенденция к уменьшению запасов энергоресурсов, а также старению газодобывающего и газотранспортного оборудования, что приводит к рискам в обеспечении энергоэффективности и надежности магистрального транспорта газа.
Основой энергоэффективной эксплуатации МГ, а следовательно, ведущей малозатратной статьей эксплуатационных энергосберегающих мероприятий является оптимизация технологических процессов транспорта газа. Совершенствование методов и средств оптимизации режимов работы компрессорных станций и МГ позволит получить дополнительные возможности снижения энергозатрат на собственные нужды, увеличить подачу газа и повысить надежность снабжения потребителей газом.
Цель работы
Целью диссертационного исследования явилась разработка, совершенствование энергосберегающих технологий перекачки газа и повышение работоспособности магистральных газопроводов.
Для достижения поставленной цели диссертационного исследования решались следующие задачи:
1 Разработка способов совершенствования технологии перекачки газа, в условиях недогрузки магистральных газопроводов на новых низконапорных режимах с пониженными степенями повышения давления.
2 Разработка метода выбора рациональных режимов работы газоперекачивающих агрегатов (ГПА) с газотурбинным приводом, работающих в группе с учетом их индивидуальных приведенных характеристик.
3 Разработка и методическое обоснование критериев количественной оценки нестабильности термодинамических параметров при транспортировке газа по магистральным газопроводам.
4 Определение и анализ фактических эксплуатационных характеристик аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа и разработка аналитических зависимостей для расчета теплосъема с поверхности трубных пучков.
5 Количественная оценка объемов выбросов парниковых газов в окружающую среду на объектах магистральных газопроводов и разработка рекомендаций по их сокращению.
6 Моделирование рациональных режимов транспортировки природного газа по многониточной системе магистральных газопроводов ЕСГ в пределах эксплуатационного участка.
Методы решения задач
При решении поставленных задач использовались вероятностно-статистические методы, элементы теории детерминированного хаоса, метод динамического программирования, метод имитационного моделирования, методы решения оптимизационных задач и теория нейронных сетей. Для подтверждения выводов и реализации предложенных в диссертационной работе методов и алгоритмов использовалась промышленная информация, полученная при эксплуатации магистральных газопроводов, линейных и дожимных компрессорных станций.
Научная новизна
1 Для условий сниженной загрузки МГ разработан способ определения рационального режима работы КС, основанный на применении одноступенчатых схем включения неполнонапорных ГПА с газотурбинным приводом при их совместной работе с полнонапорными агрегатами, позволяющий снизить расход энергоресурсов на собственные нужды газокомпрессорных станций на магистральных газопроводах.
2 Разработан метод распределения нагрузок между разнотипными ГПА на КС, из условия работы нагнетателя в области максимального политропного КПД, с использованием совмещенных характеристик и эмпирических коэффициентов на основе применения теории позиномов, позволяющий повысить энергетическую эффективность работы ГПА при их работе в группе по схеме в «параллель».
3 Получена новая математическая модель для определения режима работы компрессора высокого давления (КВД), с учетом фактического технического состояния газотурбинных установок (ГТУ) и климатических условий в соответствии с изменяющимися параметрами перекачки газа, обеспечивающая оперативность в управлении режимами работы ГПА.
4 С применением теории детерминированного хаоса получен и практически обоснован для различных условий магистрального транспорта газа количественный показатель (), позволяющий устанавливать предельные режимы перекачки газа, влияющие на работоспособность МГ. Установлено, что в предаварийном состоянии газопровода значение показателя () составляло 0,56-0,7, а при нормальной эксплуатации не превышало величину 0,42. Показано преимущество низконапорных режимов перекачки газа, позволяющих повысить работоспособность МГ.
5 Разработана новая математическая модель АВО газа для различных случаев включения вентиляторов, учитывающая фактическую тепловую эффективность трубных пучков аппаратов, позволяющая определять теплосъем в зависимости от изменяющихся параметров перекачиваемого природного газа и условий окружающей среды.
Практическая значимость
Результаты работы используются в ООО «Газпром энерго» при составлении и анализе эффективности выполнения сводных программ энергосбережения, а также при разработке сводных перспективных и текущих планов и программ мероприятий по энергосбережению в ОАО «Газпром».
Обоснованные в работе предложения применяются в ОАО «ТНК-ВР Менеджмент» и позволяют повысить эффективность эксплуатации технологического оборудования.
Метод оптимального распределения нагрузки между ГПА, работающими по схеме в «параллель», и способ определения частоты вращения ротора двигателя в зависимости от условий эксплуатации (температуры воздуха на входе в двигатель, нагрузки на силовом валу ГТУ) применяются ЗАО «Уфа-АвиаГаз» и позволяют повысить энергетическую эффективность работы компрессорной станции на 16%.
Результаты работы используются организациями ГУП «Башкирский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения» и ООО «Корпорация Уралтехнострой» на стадиях конструктивно-технологического проектирования и изготовления оборудования для ОАО «Газпром».
Разработанный метод оптимизации порядка проведения планово-предупредительных работ по замене кранов, утративших герметичность применяется в ООО «Нефтегазстрой» и позволяет снизить эксплуатационные затраты на 10%.
Результаты выполненных в диссертационной работе исследований реализованы в виде методических указаний «Энергосбережение в магистральном транспорте газа. Оптимизация оборудования КС» (Уфа: УГНТУ.2009.29 с.), которые используются в учебном процессе УГНТУ при изучении дисциплины «Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленных предприятий», а также при дипломном проектировании студентами специальностей 140104 – «Промышленная теплоэнергетика» и 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» (специализация 130501.1 «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»).
Апробация работы: Основные положения работы докладывались на следующих семинарах, научно-технических советах и конференциях: межрегиональная научно-методическая конференция «Проблемы нефтегазовой отрасли», г. Уфа 14 декабря 2000 г.; XXIV школа - семинар «Проблемы механики сплошных сред в системах добычи, сбора, подготовки, транспорта и переработки нефти и газа», г. Уфа 1516 февраля 2001 г.; научно-техническая конференция по итогам X юбилейного Конкурса научных разработок «ТЭК-2001», г. Москва 1213 февраля 2002 г.; семинар «Энергоэффективные технологии магистрального транспорта газа», г. Москва, РГУ им. И.М.Губкина, март 2005 г.; конкурс научных разработок «ТЭК-2005», г. Москва, Министерство промышленности и энергетики Российской Федерации, февраль 2006 г.; деловая встреча «Диагностика2006», г. Сочи, 1821 апреля 2006 г.; семинар производственно-диспетчерских служб «Обеспечение эффективности и надежности транспорта газа», г. Уфа, ООО «Газпром трансгаз Уфа», 2628 февраля 2007 г.; VIII Международный симпозиум «Энергоэффективность и энергосбережение», г.Казань, 4 6 декабря 2007 г.; научно-технический совет «Проблемы проведения энергетических обследований в ОАО «ТНК-Нягань», г.Нягань, 22 июня 2009 г.; международный круглый стол «Вопросы организации и анализ проведения энергетических обследований на объектах ОАО «ТНК-ВР Менеджмент», г.Москва, 18 ноября 2009 г.; технический совет «Результаты проведения энергетических обследований объектов ОАО «Самотлорнефтегаз», г.Нижневартовск, 2 декабря 2010 г.; «Основные этапы и подходы к проведению энергетических обследований на объектах ОАО «НК «Роснефть», г.Москва, 22 декабря 2010 г.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 38 научных трудов, в том числе 1 монография, 16 статей опубликовано в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК Минобразования и науки РФ.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов; содержит 284 страницы машинописного текста, 25 таблиц, 99 рисунков, библиографический список использованной литературы из 205 наименований и 3 приложения.
