Введение к работе
Актуальность. Сжиженные углеводородные газы (СУГ) получили широкое распространение как источники газоснабжения городов и сельских населенных пунктов Российской Федерации, удаленных от магистральных газопроводов природного сетевого газа.
Наиболее эффективную форму снабжения потребителей СУГ обеспечивают групповые резервуарные установки. В газовых хозяйствах России находится в эксплуатации свыше 30 тыс. подземных резервуарных установок. Подавляющее большинство групповых резервуарных установок работают с естественной регазификацней СУГ, используя природное тепло грунта.
Столь широкие масштабы использования резервуарных установок с естественной регазификацней (РУЕР) СУҐ обусловливаются их техническими и технико-экономическими преимуществами:
-отсутствие необходимости в специальном теплоносителе для регазифика-
цпи сжиженного газа;
отсутствие необходимости в установке дорогостоящей автоматики безопасности и регулирования процессов испарения;
простота монтажа и эксплуатации резервуарных установок;
- относительно небольшие капитальные вложения в сооружение резерву
арных установок и др.
В то же время, ряд нерешенных в настоящее время вопросов и, в первую очередь, отсутствие научно обоснованных методов расчета и проектирования групповых РУЕР СУГ, а также предупреждения ледяных и гндратных пробок при эксплуатации в холодный период времени года в значительной степени снижают их экономичность и надежность. Необходимость и первостепенная значимость решения указанных вопросов определяет актуальность данной диссертационной работы.
Цель работы -повышение экономичности и надежности снабжения потребителей сжиженным газом от резервуарных установок с естественной регазификацней, которое реализуется путем разработки методики расчета паро-производителыюсти групповых резервуарных установок, оптимизации схем-ко-параметрических решений, исследования процессов дросселирования сжиженного газа и предупреждения гидратообразовання в редуцирующих головках подземных резервуаров и базируется на разработке новых технических решений в области резервуарното снабжения сжиженным углеводородным газом.
Задачи исследования:
-
Разработка математической модели теплового взаимодействия резервуаров сжиженного газа с грунтом при групповом размещении;
-
Обоснование схемно-параметрических решений подземных РУЕР;
-
Применение основ электротепловой аналогии для исследования взаимного теплового влияния резервуаров с естественной регазификацней при их
A групповой установке;
-
Разработка математической модели процесса дросселирования влажного газа в регуляторах давления РУЕР;
-
Исследование процесса теплообмена между фунтом и паровой фазой сжиженного газа в подземном резервуаре;
-
Разработка нового метода предупреждения гидратообразования в редуцирующих головках подземных резервуаров с естественной регазификацией;
-
Разработка методики расчета оптимальной теплозащиты редуцирующих головок РУЕР.
В качестве методической базы исследований в работе используются основные принципы системного анализа, математическое, экономико-математическое и электротепловое моделирование, методы исследования функций на экстремум, элементы математической статистики и вычислительная техника.
Научная новизна:
1. Математическая модель теплового взаимодействия групповой рсзерву-
арной установки с естественной регазлфикацией с грунтом при оснащении
подземными резервуарами вертикального типа, комплексно учитывающая
влияние конфигурации сосудов, наличие собственного температурного поля
грунта, различие условий теплообмена на внутренних поверхностях резервуа
ров, контактирующих с паровой и жидкой фазами продукта.
-
Алгоритм определения паролроизводительности групповых РУЕР при вертикальном размещении сосудов в грунте, учитывающие взаимное тепловое влияние резервуаров, в зависимости от числа резервуаров в групповой установке и расстояния между ними.
-
Экономико-математическая модель оптимизации подземных РУЕР СУГ, позволяющая учитывать геометрические размеры и конфигурацию сосудов, их размещение на территории резервуарной установки, паропроизводи-тельность и взаимное тепловое влияние.
-
Математическая модель процесса дросселирования влажного газа в регуляторах давления, учитывающая условия кристаллизации воды в регуляторах давления, особенности дросселирования бинарной смеси (пропан-бутан) и возможности безгидратной эксплуатации систем резервуарного газоснабжения.
-
Новый способ предупреждения гидратообразования в РУЕР СУГ, путем перегрева паров в расходном резервуаре и теплоизоляции трубопровода паровой фазы до регулятора давления.
-
Экономико-математическая модель оптимизации теплозащиты редуцирующих головок подземных резервуаров, позволяющая, в отличие от известных аналогов, определять оптимальную толщину тепловой изоляции дифференцированно для каждого элемента трубопроводной обвязки.
На защиту выносятся:
-результаты электротеплового моделирования взаимного теплового влияния подземных вертикальных резервуаров сжиженного газа при групповом
5 размещении в грунте;
- алгоритм определения паропроизводительности групповых резервуар-
ных установок с естественной регазификацией, оборудованных подземными
резервуарами вертикального типа;
-результаты оптимизации схемно-параметрических решений подземных резервуарных установок с естественной регазификацией сжиженного углеводородного газа;
-математическая модель дросселирования влажного газа в регуляторах давления РУЕР;
- новый способ предупреждения гидратсюбразования в РУЕР путем пере
грева паров в расходном резервуаре и тепловой изоляции трубопроводной об
вязки редуцирующих головок;
- экономико-математическая модель оптимизации теплозащиты трубо
проводной обвязки редуцирующих головок РУЕР.
Практическая ценность. Разработанные теоретические и практические положения обеспечивают повышение эффективности систем снабжения сжиженным углеводородным газом на базе подземных РУЕР путем реализации и внедрения: рекомендаций по определению паропроизводительности групповых резервуарных установок СУГ; алгоритма и программы расчета коэффициента тепловой интерференции при групповом вертикальном размещении резервуаров в грунте; рекомендаций по оптимальному размещеншо резервуаров СУГ на территории резервуарной установки; рекомендаций по оптимальному функционированию резервуарных установок, работающих на влажном газе; комплекса мероприятий по предупреждению гидратообразования в редуцирующих головках. подземных РУЕР; алгоритма н программы выбора оптимальной толщины теплоизоляции трубопровода паровой фазы, обеспечивающей безгидратную эксплуатацию РУЕР СУГ вертикального типа.
Представленная работа выполнялась в Саратовском государственном техническом университете на кафедре "Теплогазоснабжение и вентиляция" в соответствии со следующими планами и программами:
по плану гранта Министерства образования России за 1998-1999 годы, раздел С-098, направление Об, проект "Разработка методов экономии природ- ного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения малых промышленных предприятий и населенных пунктов";
по хоздоговору НТП "Волга-техника" СГТУ "Разработка рекомендаций по определению паропроизводительности подземных резервуаров сжиженного газа";
по тематическому плану научно-исследовательской работы "Разработка физико-математических моделей гидратообразования в системах снабжения сжиженным газом" СГТУ-361.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 1998, 1999, 2000); международной научно-практической конференции "Современное строительство" (Пенза, 1998); научно-техническом совете АК "Рос-
6 газстрой" (Москва, 1999); международной научно-практической конференции "Строительство-2000" (Ростов-на-Дону, 2000); научной конференции Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова (Саратов, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, обобщения внедрения и экономической эффективности результатов исследований, списка литературы из 167 наименований и 4 приложений. Общий объем работы 205 страниц, в том числе основной текст на 185 страницах, 26 рисунков, 5 фотографий, 27 таблиц.
