Оптимизация системы охлаждения природного газа на компрессорной станции «ярынская»

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования

«Ухтинский государственный технический университет»
(УГТУ)

Кафедра проектирования и эксплуатации магистральных газоне-

фтепроводов

ВКР-02069562-21.04.01-1.21-18	ПЭМГ-16м ИГНиТТ

А. А. Полищук

Оптимизация системы охлаждения природного газа на
компрессорной станции «Ярынская»

Ухта 2018

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)

СОГЛАСОВАНО

Зав. кафедрой	ПЭМГ

(полное наименование факультета)

____________	Р. В. Агиней
(подпись)	(инициалы, фамилия)

____________
(дата)


Тема Оптимизация системы охлаждения природного газа на компрес-сорной станции «Ярынская».




ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА


Направление подготовки	21.04.01 – Нефтегазовое дело

(код, полное наименование направления подготовки)






Руководитель ВКР

Г. Г. Кримчеева_______


(инициалы, фамилия)

___________

профессор каф. ПЭМГ,



кандидат тех. наук, доцент
(подпись)

(ученая степень, звание)





Автор ВКР


обучающийся гр.
ПЭМГ-16м




____________

А. А. Полищук
(подпись)
(инициалы, фамилия)









Ухта 2018


2

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)


Кафедра	Проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов


СОГЛАСОВАНО
УТВЕРЖДАЮ
Гл. специалист предприятия





(для которого выполнен реальный проект)
Зав. кафедрой
ПЭМГ.






__________________________________


Р. В. Агиней .
(подпись, инициалы, фамилия)

(подпись, инициалы, фамилия)

«_____»___________________2018 г.
«_____»_________________2018 г.






ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА



к выпускной квалификационной работе на тему:
Оптимизация системы охлаждения природного газа на компрессорной
станции «Ярынская».














(наименование темы)





Автор ВКР

А. А. Полищук











(подпись, инициалы, фамилия)
Обозначение ВКР

ВКР – 02069562 – 21.04.01 – 1.21 – 18








группа

ПЭМГ-16м

Направление подготовки

21.04.01 – Нефтегазовое дело





программа подготовки «Надежность газонефтепроводов и хранилищ»






(код, полное наименование направления подготовки)





Руководитель ВКР



Г. Г. Кримчеева






(подпись, дата, инициалы, фамилия)
Консультанты по разделам:










Теоретическая	часть	____

(краткое наименование раздела)

_Исследовательская часть

(краткое наименование раздела)

Специальная часть

(краткое наименование раздела)


Г. Г. Кримчеева

(подпись, дата, инициалы, фамилия)

Г.Г. Кримчеева

(подпись, дата, инициалы, фамилия)

Г.Г. Кримчеева

(подпись, дата, инициалы, фамилия)


Экономическая часть  ________
П.Н. Пармузин_
Нормоконтролер __________________

Г.Г. Кримчеева

(подпись, дата)
(инициалы,  фамилия)
Ухта 2018





3

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)

Кафедра	Проектирования и эксплуатации магистральных газонефтепроводов

УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой	ПЭМГ


Р. В. Агиней

(подпись, инициалы, фамилия)

«_____»__________________2018 г.


Задание на выпускную квалификационную работу

Обучающийся
А. А. Полищук
группа   ПЭМГ-16м

(инициалы, фамилия)



1.Тема Оптимизация системы охлаждения природного газа на компрессорной станции «Ярынская».
утверждена приказом по УГТУ №  419-с от « 14 »  марта
2018 г.









2. Срок представления ВКР к защите «
»




2018 г.










3. Исходные данные для выполнения ВКР: ______________________________________________

______________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________


4. Содержание пояснительной записки:

Аннотация


Введение


1. Теоретическая часть

2. Исследовательская часть

3. Специальная часть

4. Экономическая часть Заключение Библиографический список








4


Руководитель ВКР	_______________________


Г. Г. Кримчеева



( подпись, дата)
(инициалы, фамилия)
Консультанты по разделам:

Теоретическая часть

Г. Г. Кримчеева


(краткое наименование раздела)

Исследовательская часть

(краткое наименование раздела)

Специальная часть



(подпись, дата, инициалы, фамилия)

Г. Г. Кримчеева

(подпись, дата, инициалы, фамилия)

Г. Г. Кримчеева



(краткое наименование раздела)

Экономическая часть

(краткое наименование раздела)


(подпись, дата, инициалы, фамилия)

П. Н. Пармузин

(подпись, дата, инициалы,  фамилия)



Нормоконтролер  _____________


Г. Г. Кримчеева

(подпись, дата)




(инициалы, фамилия)
Задание принял к исполнению

10.02.2018


А. А. Полищук




(подпись, дата)


(инициалы, фамилия)











































5

АННОТАЦИЯ


     Тема работы: Оптимизация системы охлаждения природного газа на компрессорной станции «Ярынская».

     Объем работы 102 страниц; количества иллюстраций 25, количество таблиц 11, количество используемых источников 70.

     Ключевые слова: магистральный газопровод, компрессорная станция «Ярынская», аппарат воздушного охлаждения.

     Целью исследования является изучение и предложение направлений усовершенствования процесса охлаждения природного газа на компрессор-ной станции «Ярынская».

     В диссертации рассмотрена работа аппаратов воздушного охлаждения АВГ-120МГ/3-9-2 на КС «Ярынская»; выявлены закономерности темпера-

турно-расходных характеристик АВО на КС «Ярынская»; разработаны ре-комендации по повышению эффективности и надежности работы АВО при подготовке газа к транспорту на северных месторождениях и предложены инженерные решения, направленные на повышение эффективности охла-ждения природного газа на компрессорной станции «Ярынская».

     Полученные результаты позволяют повысить эффективность работы систем охлаждения технологического газа на «Ярынская», а, следовательно, снизить энергетические затраты на магистральный транспорт природного га-за.






















6

ANNOTATION



     R & D: Optimization of the natural gas cooling system at the «Yarynskaya» compressor station.

     The amount of work is 98 pages; the number of illustrations 25, the number of tables 11, the number of sources used 70.

Key words: main gas pipeline, compressor station «Yarynskaya», air cooling

unit.

     The aim of the study is to study and suggest directions for improving the process of cooling natural gas at the compressor station «Yarynskaya».

     The thesis deals with the operation of air-cooling units ABG-120MG / 3-9-2 at the compressor station «Yarynskaya» the regularities of the temperature-consuming characteristics of the ABO on the «Yarynskaya» compressor station were revealed; recommendations were developed to improve the efficiency and re-liability of the ABO work in the preparation of gas for transport in northern fields and proposed engineering solutions aimed at improving the efficiency of natural gas cooling at the«Yarynskaya» compressor station.

     The results obtained make it possible to increase the efficiency of the opera-tion of cooling systems for process gas at«Yarynskaya» , and, consequently, to re-duce the energy costs for trunk transportation of natural gas.


























7

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ



АВО - аппарат воздушного охлаждения;

     АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом;

ГПА - газоперекачивающий агрегат; ГТУ- газотурбинная установка; КПД - коэффициент полезного действия; КС – компрессорная станция;

ЛПУ - линейное производственное управление; МГ – магистральный газопровод; РТО - рекуперативный теплообменник; СОГ - станция охлаждения газа; ТДА - турбодетандерный агрегат; ТЭР - топливно-энергетические ресурсы;

УПТИГ - установка подготовки топливного и импульсного газа.




































8

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ



     Аппарат воздушного охлаждения - теплообменный аппарат, в кото-ром охлаждающим агентом служит воздух.

     Газоперекачивающий агрегат - установка, включающая в себя газовый компрессор (нагнетатель), привод (газотурбинный, электрический, поршне-вой или другого типа) и оборудование, необходимое для их функционирова-ния.

     Компрессорная станция - комплекс сооружений магистрального газо-провода, предназначенный для компримирования газа.

     Магистральный газопровод - технологически неделимый, централи-зованно управляемый имущественный производственный комплекс, состоя-щий из взаимосвязанных объектов, являющихся его неотъемлемой техноло-гической частью, предназначенных для транспортировки подготовленной в соответствии с требованиями национальных стандартов продукции ( природ-ного газа) от объектов добычи и/или пунктов приема до пунктов сдачи по-требителям и передачи в распределительные газопроводы или иной вид транспорта и/или хранения.

     Природный газ - газовая смесь, компонентами которой в основном яв-ляются предельные углеводороды (CkH2k+2), азот, диоксид углерода и серово-дород.

     Станция охлаждения газа - комплекс установок, систем и сооруже-ний, предназначенных для охлаждения газа, транспортируемого в районах многолетнемерзлых грунтов, в целях предотвращения их "растепления", уменьшения линейных деформаций и температурных напряжений в трубо-проводах, снижения интенсивности коррозионных процессов, увеличения производительности газопровода.

     Турбодетандерный агрегат - турбинная лопаточная машина непре-рывного действия для охлаждения газа путём его расширения c совершением внешней работы.


9

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Теоретическая часть. Современное состояние вопроса о системах охлаждения природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов

1.1 Назначение систем охлаждения природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов

1.2 Основные двухступенчатые схемы систем охлаждения природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов

2 Исследовательская часть. Анализ технологических режимов систем охлаждения газа на КС «Ярынская»

2.1 Характеристика объекта исследования

2.2 Анализ эффективности работы аппаратов воздушного охлаждения на КС «Ярынская»

3. Рекомендации по повышению эффективности и надежности работы АВО газа на КС «Ярынская»

3.1 Применение частотного регулирования производительности вентиляторов АВО при подготовке газа к транспорту на северных месторождениях

3.2 Очистка внутренней поверхности теплообмена трубного пучка АВО.

3.3 Очистка наружных оребренных поверхностей теплообменных труб АВО.

3.4 Конструкторско-технологические решения при проектировании и модернизации штатных АВО.

4 Оценка эффективности методов интенсификации охлаждения природного газа на КС «Ярынская»

5. Экономическую часть Заключение Список литературы





11





13



14



19



26

26



37



60





60

65



67



73



78

86

93

95




10

ВВЕДЕНИЕ



     Газовая промышленность России является одной из наиболее энерго-емких отраслей промышленности, в свою очередь самой энергоемкой из подотраслей газовой промышленности является магистральный транспорт природного газа. Потребление энергоресурсов каждой компрессорной стан-цией на газопроводе диаметром 1420 мм составляет около 150 тысяч т.у.т. и в связи с этим, вопрос энергосбережения и более эффективного использования систем охлаждения транспортируемого газа на компрессорных станциях чрезвычайно актуален.

     Актуальность диссертации обусловлена, прежде всего, важностью за-дачи снижения энергетических затрат при магистральном транспорте при-родного газа.

     Научная новизна выполненных исследований заключается в том, что впервые в качестве объекта исследования рассмотрена компрессорная стан-ция «Ярынская» (КС-42) с турбодетандерной станцией охлаждения газа, вхо-дящая в состав газопровода «Бованенково – Ухта» и являющаяся производ-ственным подразделением Воркутинского ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта». На данной компрессорной станции осуществляется предварительная очистка поступающего газа из входного коллектора магистрального газопро-вода, его сжатие в технологическом компрессоре газоперекачивающего агре-гата, охлаждение транспортируемого газа в аппаратах воздушного охлажде-ния, турбодетандерной станции и дополнительно в блоке рекуперативных теплообменных аппаратов, подача газа в выходной коллектор магистрально-го газопровода для дальнейшей транспортировки.

     Целью исследования является возможность изучение и предложение направлений усовершенствования процесса охлаждения природного газа на компрессорной станции «Ярынская». Для реализации данной цели предпола-гается решение следующих задач:




11

? охарактеризовать эффективность работы  оборудования  на  компрес-

сорной станции «Ярынская» и изучить процессы охлаждения природного га-за в эксплуатируемых аппаратах воздушного охлаждения АВГ-120МГ/3-9-2 на КС «Ярынская».

? выявить  закономерности  температурно-расходных  характеристик  ап-

паратов воздушного охлаждения на КС «Ярынская».

? разработать рекомендации по повышению эффективности и надежно-

сти работы аппаратов воздушного охлаждения при подготовке газа к транс-порту на северных месторождениях и предложить инженерные решения, направленные на повышение эффективности охлаждения природного газа на компрессорной станции «Ярынская».

     Решению обозначенных задач, позволяющих повысить эффективность работы систем охлаждения технологического газа на «Ярынская», а, следова-тельно, снизить энергетические затраты на магистральный транспорт при-родного газа и посвящена представленная работа.

     О теоретической и практической значимости работы свидетельствует то, что она выполнялась, исходя из конкретных потребностей газовой отрас-

ли, и направлена на реализацию «Энергетической стратегии России на пери-од до 2030 года» и «Концепции энергосбережения в ОАО «Газпром» на 2011

- 2020 гг.».

     Предложенные инженерные решения и рекомендации могут быть ис-пользованы для оценки эффективности эксплуатации и оптимизации режи-мов работы систем охлаждения природного газа на КС МГ с целью снижения энергетических затрат на транспорт природного газа.

     Апробация работы заключается в том, что Основные результаты про-веденного исследования докладывались, обсуждались на промежуточных ат-тестациях магистрантов и получили положительные отзывы рецензента.









12

1  ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ.	СОВРЕМЕННОЕ  СОСТОЯНИЕ  СИ-

СТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА КОМПРЕССОРНЫХ

СТАНЦИЯХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ



     Газовая промышленность является одной из наиболее значимых отрас-лей, оказывающая существенное влияние на экономику нашей страны. Осно-вой газовой промышленности является Единая система газоснабжения, пред-ставляющая из себя комплекс месторождений, газовых объектов, объединен-ных сетью магистральных газопроводов (МГ) [1-7]. Трубопроводный транс-порт природного газа является основным способом доставки углеводород-ного топлива потребителям [8, 9].

     Развитие газовой и ряда смежных отраслей промышленности сего-дня в значительной степени зависит от дальнейшего совершенствования проектирования, эксплуатации и обслуживания систем трубопроводного транспорта природных газов от месторождений крайнего севера в про-мышленные и центральные районы страны [2].

     Оптимальный режим эксплуатации магистральных газопроводов определяется максимальным использованием их пропускной способности при минимальных энергетических затратах на компримирование и транс-портировку газа по газопроводу [10]. В значительной степени оптималь-ный режим определяется работой компрессорных станций (КС), которые являются составной и неотъемлемой частью магистрального газопровода, служат его управляющими элементами, обеспечивающими транспорт газа [11].

     Компрессорные станции (КС) устанавливаются по трассе газопрово-да, как правило, через каждые 100-150 км. Длина участков газопровода между компрессорными станциями рассчитывается, с одной стороны, ис-ходя из величины падения давления газа на данном участке трассы, а с другой - исходя из привязки станции к населенным пунктам, источникам водоснабжения, электроэнергии и т.п. [9, 12].


13

     На компрессорных станциях магистральных газопроводов осуществля-ется технологический процесс компримирования природного газа, очистка природного газа от жидких и твердых примесей и охлаждение компримиро-ванного газа перед подачей его в линейный участок [9].

     Оптимальный режим работы компрессорной станции в значительной степени зависит от типа и числа газоперекачивающих агрегатов, их энер-гетических показателей и технологических режимов работы. В настоящее время основными типами газоперекачивающих агрегатов являются: агрега-ты с приводом от газотурбинных установок, электроприводные агрегаты и поршневые газомотокомпрессоры. В связи с удаленностью магистральных газопроводов от центральных систем энергоснабжения, на компрессорных станциях наиболее распространен газотурбинный привод нагнетателей газа, который характеризуется высокой единичной мощностью (от 6 до 25 МВт), небольшой относительной массой, блочно-комплектной конструкцией, вы-соким уровнем автоматизации и надежности, автономностью привода [13-17].

     На станциях с газотурбинным приводом нагнетателей до 60...70% по-требляемой электроэнергии расходуется на охлаждение компримирован-ного газа в различных аппаратах охлаждения, что определяет актуаль-ность проблемы повышения эффективности их работы [18,19].


     1.1 Назначение систем охлаждения природного газа на компрес-сорных станциях магистральных газопроводов


     Системы охлаждения на компрессорных станциях магистральных га-зопроводов обеспечивают надежность его линейной части, снижают энерге-тические затраты на транспорт природного газа и способствуют увеличению пропускной способности газопровода. Известно, что при компримировании газа его температура повышается, и на выходе из центробежного компрессо-ра она может достигать 70 °С. В случае отсутствия системы охлаждения на


14

КС газ не успеет охладиться между станциями до уровня температуры газа на входе в предыдущую станцию. По мере увеличения дальности транспорта газа от станции к станции, по длине трубопровода произойдет непрерывное повышенные температуры газа, что в свою очередь приводит к увеличению затрат мощности на транспорт газа, нарушению изоляционного покрытия (традиционная битумная и пленочная противокоррозионная изоляция при высокой температуре разрушается), снижению пропускной способности га-зопровода (из-за повышения вязкости перекачиваемого газа с увеличением температуры.) и к возможной потере устойчивости самого трубопровода (чем выше температура перекачиваемого газа, тем больше величина сжимающих напряжений в теле трубы). Благодаря охлаждению газа производительность газопровода может быть увеличена на несколько процентов.

     Поэтому температура природного газа после системы охлаждения па входе в линейный участок должна быть выше температуры гидратообразова-ния и ниже максимально допустимой температуры устойчивой работы изо-ляционного покрытия и линейных участков магистральных газопроводов.

     Предъявляют особые требования к режимам работы систем охлажде-ния природного газа на компрессорной станции при расположении техноло-гических участков магистрального газопровода в районах многолетнемерз-лых грунтов при подземной прокладке газопровода. В этих условиях для со-хранения устойчивости труб и требований защиты окружающей среды необ-ходимо минимизировать тепловое воздействие газопроводов на многолетне-мерзлые грунты. При прокладке газопроводов в вечномерзлых грунтах поло-жительная температура газа может привести их к протаиванию и как след-ствие к необратимым изменениям ландшафта, чрезмерной осадке и разруше-нию трубопровода. Для этого системы охлаждения природного газа на ком-прессорной станции должны обеспечивать температуру газа на выходе из станций tвых = 0 - минус 2 °С [22, 23].

     Таким образом, охлаждение газа на КС необходимо по следующим причинам:


15

? для обеспечения надежной работы магистрального газопровода;

? для некоторого увеличения его производительности;

     ? для уменьшения отрицательного воздействия газопроводов на окружающую среду при их прокладке в многолетнемерзлых грунтах.

     Наиболее распространены на линейных компрессорных станциях маги-стральных газопроводов системы охлаждения, оснащенные аппаратами воз-душного охлаждения (АВО), характеризующиеся следующими достоинства-ми: не требуют предварительной подготовки теплоносителя, имеют простые схемы, экологически безопасны, достаточно надежны в эксплуатации [24, 25].

     Система охлаждения на компрессорных станциях магистральных газо-проводов может быть либо цеховой, либо агрегатной. Аппараты воздушного охлаждения входящие в цеховые системы охлаждения включают в себя обычно от 8 до 16 аппаратов воздушного охлаждения (внешний вид аппарата охлаждения газа АВГ – 85 МГ представлен на рисунке 1).
























Рисунок 1 - Внешний вид аппарата охлаждения газа АВГ – 85 МГ



     В цеховой группе АВО происходит охлаждение природного газа, сжи-маемого в газоперекачивающих агрегатах данного цеха (рисунок 2) [22].





16

     В настоящее время на вновь строящихся компрессорных станциях ис-пользуется модульная компоновка станций, при которой каждый газоперека-чивающий агрегат оборудуется агрегатными системами охлаждения техноло-гического газа, подготовки топливного газа и т.д. с переносом цеховых си-стем на агрегатный уровень [26-29]. Такая компоновка компрессорных стан-ций позволяет в 2,5…3 раза уменьшить гидравлические потери в обвязке КС и повысить эффективность работы технологического оборудования в систе-мах очистки и охлаждения технологического газа [28].




















Рисунок 2 - Схема и обвязка цеховой системы охлаждения:

1 - АВО; 2 - коллекторы; 3 - краны; 4 - свечи;

5 - температурные компенсаторы; 6 - обводная (байпасная) линия



     В АВО происходит охлаждение потока газа, проходящего по трубному пучку, за счет теплообмена с атмосферным воздухом. Основные узлы и агре-

гаты АВО [22]:

? секции оребренных теплообменных труб длинной от 3 до 12 м;

? вентиляторы с электроприводом;

? диффузоры и жалюзи для регулировки производительности воз-

духа;

? несущие металлоконструкции;

? механизмы регулирования.





17

     Аппараты воздушного охлаждения газа выполняются с верхним и ниж-ним расположением вентиляторов, с горизонтальными и зигзагообразными теплообменными секциями [30].

     Атмосферный воздух прокачивается вентилятором с приводом от элек-тродвигателя через пучок оребренных теплообменных труб. Поток воздуха может либо нагнетаться в пакет (при нижнем расположении вентилятора), либо вытягиваться из него (при верхнем расположении вентилятора). Пре-имущество первого варианта состоит в том, что вентилятор и привод нахо-дятся в холодном воздухе, что повышает эффективность работы вентилятора, упрощает крепление вентилятора и привода и облегчает его обслуживание, но низкая скорость нагретого воздуха при естественной конвекции может стать причиной рециркуляции горячего воздуха и снизить максимальную разность температур между природным газом и воздухом. Второй вариант – откачивание воздуха из трубного пучка позволяет обеспечить высокие ско-рости и снижает влияние естественной конвекции [30].

     Для подачи охлаждающего воздуха, как правило, применяют осевые вентиляторы пропеллерного типа с диаметром колеса от 0,8 до 7 м произво-дительностью до 1,5 млн. м3/час. Колеса вентиляторов изготовляют сварны-ми из алюминия или из композитных материалов.

     Особенностью АВО является развитое оребрение наружных поверхно-стей теплообменных труб, с коэффициентом оребрения теплообменных труб (равен отношению поверхности оребренной трубы к наружной поверхности гладкой трубы по основанию ребер) в пределах от 7,8 до 23,8 [22]. Данный факт обусловлен тем, что коэффициент теплоотдачи от компримированного природного газа к внутренней поверхности теплообменных труб значительно выше коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности труб в окружа-ющую среду. Выполняют оребрение различными способами: спиральной накаткой труб из деформируемого алюминиевого сплава, завальцовкой в спиральную канавку на трубе, приваркой металлической ленты или напрес-совкой ребер [31].


18

Регулирование режимов работы АВО достигается:

     ? изменением количества работающих вентиляторов (включение или отключение вентиляторов, установленных на АВО);

? перепуском части газа в обход АВО;

? изменением угла наклона лопастей вентиляторов.

     Ряд специалистов приходит к заключению, что основным потребителем электроэнергии на компрессорной станции с газотурбинными перекачиваю-щими агрегатами и в газотранспортной системе в целом является электро-привод аппарата воздушного охлаждения газа. Охлаждение газа является наиболее энергоемким процессом (60...70% расхода электроэнергии на ком-прессорной станции с газотурбинными перекачивающими агрегатами).

     В связи с тем, что эффективность работы систем охлаждения природ-ного газа, оснащенных аппаратами воздушного охлаждения, напрямую зави-сит от разности температур между теплоносителями, все существующие схе-мы предусматривают различные варианты охлаждения газа после его ком-примирования на компрессорной станции [22].


     1.2 Основные двухступенчатые схемы систем охлаждения природ-ного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов


     При положительных температурах окружающего воздуха (в теплый пе-риод года) системы охлаждения газа на компрессорных станциях, оснащен-ные только АВО, не могут обеспечить требуемый тепловой режим газопро-водов. Поэтому на компрессорных станциях магистральных газопроводов, расположенных в районах многолетнемерзлых грунтов, для обеспечения за-данного теплового режима газопровода применяются двухступенчатые си-стемы охлаждения природного газа:

? первая ступень оснащена АВО;







19

? вторая ступень, называемая  станциями охлаждения газа (СОГ),

снабжена холодильными системами: холодильными машинами или турбоде-тандерами.

     Принципиальная схема компрессорной станции с двухступенчатой си-стемой охлаждения газа с использование холодильных машин представлена на рисунке 3.























     Рисунок 3 - Принципиальная схема компрессорной станции с двухсту-пенчатой системой охлаждения природного газа с использованием холодиль-ных машин


     При работе компрессорной станции по данной схеме природный газ по-сле очистки и компримирования поступает в первую ступень системы охла-ждения с АВО, после чего во вторую ступень, оснащенную холодильной ма-шиной, в которой происходит охлаждение природного газа до требуемого значения температуры на входе в линейный участок. Применяют как паро-компрессионные, так и абсорбционные холодильные машины, использующие теплоту отработавших продуктов сгорания газотурбинных установок (ГТУ) [22].

     В районах многолетнемерзлых грунтов также могут использоваться турбодетандеры в качестве второй ступени системы охлаждения комприми-

рованного природного газа, при расширении газа в которых также обеспечи-вается понижение его температуры до требуемого уровня.


20

     Мощность, вырабатываемая в турбодетандере при расширении газа, может применяться для привода генератора электрической энергии или при-вода центробежного компрессора второй ступени сжатия системы компреми-рования. Принципиальная схема компрессорной станции с двухступенчатой системой охлаждения газа при использовании турбодетандеров с выработкой электрической энергии представлена на рисунке 4.

     Турбодетандерной энергетической установкой называется агрегат, вы-полненный в едином блоке и включающий турбодетандер и генератор элек-трической энергии. Вырабатываемая данной установкой электроэнергия мо-жет использоваться как для снабжения объектов магистрального транспорта природного газа (снабжением электрической энергией электродвигателей АВО первой ступени охлаждения природного газа), так и для сторонних по-требителей.

     Принципиальная схема компрессорной станции с двухступенчатой си-стемой охлаждения газа с применением турбодетандеров, используемых в качестве привода центробежного компрессора второй ступени сжатия систе-мы компримирования, приведена на рис. 1.5.























     Рисунок 4 - Принципиальная схема компрессорной станции с двухсту-пенчатой системой охлаждения природного газа при использовании турбоде-тандера в качестве привода генератора электрической энергии: 1 - турбодетандер; 2 - генератор электрической энергии


21

     Турбодетандер 2 и компрессор 1, могут быть выполнены в едином бло-ке, называемом турбокомпрессорным агрегатом.

     В системе охлаждения с дополнительным сжатием природного газа во второй ступени компримирования перед АВО и последующим расширением

в турбодетандерах реализовывается принцип искусственного повышения температуры газа перед АВО, что увеличивает их тепловую мощность и эф-

фективность работы.

























     Рисунок 5 Схема компрессорной станции с двухступенчатой системой охлаждения природного газа при использовании турбодетандера в качестве привода центробежного компрессора второй ступени сжатия: 1 - центробежный компрессор второй ступени сжатия с приводом от турбодетандера: 2 - турбоде-тандер

     На линейных компрессорных станциях северных газопроводов транс-портирующих газ от месторождений Крайнего Севера, режим эксплуатации которых обеспечивает низкую отрицательную температуру природного газа на входе компрессорных станций, для охлаждения природного газа во второй ступени охлаждения распространено использование рекуперативных систем или рекуперативных систем с детандерами (рис. 6 и рис. 7) [32].







22
























     Рисунок 6 - Принципиальная схема компрессорной станции с двухсту-пенчатой системой охлаждения компримированного природного газа при ис-пользовании рекуперативной системы охлаждения


     При использовании на компрессорной станции двухступенчатой систе-мы охлаждения природного газа с рекуперативной ступенью охлаждения, газ, имея отрицательную температуру, сначала поступает из линейного участка в систему рекуперативных теплообменных аппаратов, в которой происходит охлаждение потока природного газа, уходящего со станции. За-тем природный газ последовательно проходит системы очистки, комприми-рования и первую ступень системы охлаждения, оснащенную АВО (рис. 6). Системы рекуперативных теплообменных аппаратов являются второй сту-пенью системы охлаждения природного газа на компрессорных станциях.

     При использовании на компрессорной станции комбинированной реку-перативной системы охлаждения природного газа с применением турбоде-тандерных агрегатов, природный газ, поступающий на компрессорную стан-цию, перед прохождением рекуперативных теплообменных аппаратов рас-ширяется в детандере 1, в котором еще более понижает свою температуру, повышая эффективность работы всей рекуперативной системы. После чего, в рекуперативных теплообменных аппаратах природный газ охлаждает до не-

23

обходимого уровня газовый поток, уходящий из компрессорной станции на последующий линейный участок.


























     Рисунок 7 - Принципиальная схема компрессорной станции с двухсту-пенчатой системой охлаждения природного газа с использованием рекупера-тивной системы охлаждения и турбодетандерных агрегатов:

1 - детандер турбокомпрессорного агрегата;

2 - центробежный компрессор турбокомпрессорного агрегата



     Затем происходит сжатие газа в компрессоре турбодетандерного агре-гата 2, его очистка, компримирование и охлаждение в первой ступени охла-ждения (рисунок 7).

     При использовании рекуперативных систем охлаждения и комбиниро-ванных рекуперативных систем охлаждения природного газа с применением турбодетандерных агрегатов, на компрессорной станции происходит повыше-ние температуры природного газа на входе системы компримирования, что приводит к увеличению мощности на сжатие при прочих равных условиях.

     В газотранспортной системе России на компрессорной станции голов-ных технологических участков магистральных газопроводов, в настоящее время в большинстве случаев используются двухступенчатые системы охла-


24

ждения. В этих системах в качестве второй ступени используются детандер-ные агрегаты и парокомпрессионные холодильные машины [20, 21, 32-61]. В частности, на компрессорной станции «Ярынская» (КС-42), входящей в со-став газопровода «Бованенково – Ухта» охлаждение природного газа во вто-рой ступени системы охлаждения осуществляется с помощью турбодетандер-ной станции.


Выводы по теоретической части :



     Анализ литературных источников по применяемым системам охлажде-ния природного газа на компрессорных станциях магистральных газопрово-дов позволил сделать следующие выводы:

1. На компрессорных станциях технологических участков магистраль-

ных газопроводов в газотранспортной системе России, в настоящее время в большинстве случаев используются двухступенчатые системы охлаждения: первая ступень оснащена аппаратами воздушного охлаждения компримиро-ванного газа, а в качестве второй ступени используются турбодетандерные агрегаты в составе с рекуперативными теплообменниками.

2. Основные затраты электроэнергии (до 60...70% потребляемой  элек-

троэнергии) приходятся на аппараты воздушного охлаждения компримиро-ванного газа, которыми оснащены системы охлаждения компрессорных станциях магистральных газопроводов, в связи с этим в качестве объекта ис-следования в данной работе выбраны именно системы охлаждения компрес-сорных станций.

     3. Потенциальным ресурсом энергосбережения при магистральном транспорте природного газа является повышение эффективности работы си-

стем охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопрово-дов.







25

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ



2.1 Характеристика объекта исследования



     Объектом исследования является компрессорная станция «Ярынская» (КС-42) с турбодетандерной станцией охлаждения газа (СОГ). КС-42 «Ярын-ская» с СОГ является производственным подразделением Воркутинского ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Ухта», предназначена д.......................