АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Методы совершенствования технологии вакуумной осушки газопроводов
Кудрявцев Дмитрий Алексеевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Основная задача газовой отрасли, как одной из главных составляющих топливно-энергетического комплекса Российской Федерации, состоит в своевременном обеспечении природным газом отечественных и зарубежных потребителей.
Важным качественным параметром природного газа является его влагосодержание, характеризуемое значением температуры точки росы по воде при нормируемом давлении.
Повышенное влагосодержание природного газа может приводить к образованию гидратов, уменьшающих или полностью перекрывающих проходное сечение газопровода. При этом растет потребляемая мощность на компримирование газа и, как следствие, увеличивается расход топливного газа, снижается эксплуатационная надежность основных узлов и деталей газоперекачивающих агрегатов.
Повышение влагосодержания транспортируемого газа может быть следствием нарушения проектных технологических режимов работы промысловых установок осушки, установок осушки экспортного газа. Кроме того, поступление влаги в полость магистральных газопроводов (МГ) бывает обусловлено невыполнением или же некачественным выполнением работ по осушке полости трубопроводов компрессорных станций (КС) и линейной части (ЛЧ) МГ после их гидравлических испытаний на прочность в ходе строительно-монтажных работ, восстановительных работ при ликвидации аварий, капитальных ремонтов.
В настоящее время для осушки полости ЛЧ МГ, а также трубопроводов КС применяется продувка сухим воздухом или вакуумирование.
При проведении работ по вакуумной осушке газопроводов возникла необходимость в совершенствовании вакуумного оборудования, технологии удаления воды, оставшейся после гидравлических испытаний трубопроводов КС, учета влияния гидравлического сопротивления осушаемых объектов на процесс осушки. Поэтому разработка методики, позволяющей прогнозировать и корректировать в ходе производства работ продолжительность вакуумной осушки газопроводов; методики расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки газопроводов, позволяющей оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода; методики расчета параметров сублимации льда, влияющих на продолжительность вакуумной осушки, являются весьма актуальными.
Цель работы: Разработка методов совершенствования технологии и расчета процессов вакуумной осушки газопроводов, позволяющих повысить ее эффективность в зависимости от условий производства работ.
Задачи исследования:
- провести анализ теоретических и экспериментальных работ в области осушки, современного состояние способов, технологий, технических средств и нормативных требований к качеству осушки газопроводов;
- подобрать оптимальное вакуумное оборудование и разработать методы повышения эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов;
- разработать методику расчета продолжительности вакуумной осушки газопроводов;
- провести исследование процессов и областей применения вакуумной осушки газопроводов и разработать методики расчета теплового баланса и расчета параметров сублимации в процессе вакуумной осушки газопроводов.
Научная новизна.
Обоснован выбор вакуумного оборудования для Вакуумно-азотного комплекса, обеспечивающего эффективное производство работ по подготовке полости испытанных участков ЛЧ МГ, трубопроводов КС к заполнению природным газом.
Впервые разработана методика определения продолжительности вакуумной осушки газопроводов, позволяющая расчитывать параметры процесса осушки, прогнозировать и корректировать в ходе производства работ ожидаемый срок окончания осушки в зависимости от геометрических объемов газопроводов, количества влаги в их полости перед осушкой, температуры грунта на глубине их заложения (Тгр), производительности вакуумных модулей и их числа.
Впервые разработана методика расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки участков газопроводов, позволяющая оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода при различных Тгр , количестве влаги в газопроводе перед его осушкой и объемных производительностях вакуумных модулей.
Впервые разработана методика расчета параметров сублимации льда в ходе вакуумной осушки газопроводов.
На основе разработанных методов получены новые результаты, позволившие предложить:
· соотносить начало третьего этапа вакуумной осушки (переход вакуумного модуля на максимальную производительность) вместо ранее фиксированного значения (103 Па) с моментом достижения в осушаемой полости давления насыщенных паров воды при Тгр на момент проведения работ;
· применять способ продувки подогретым азотом (с использованием азотного модуля Вакуумно-азотного комплекса) для удаления льда, образующегося при вакуумной осушке трубопроводов КС Ду 700 мм и менее;
· учитывать гидравлические сопротивления газопроводов в процессе их вакуумной осушки и проводить ее до достижения абсолютного давления на входе вакуумного модуля менее 102 Па;
· вести вакуумную осушку (с использованием вакуумного модуля Вакуумно-азотного комплекса) с целью интенсификации сублимации льда до достижения значений абсолютного давления, соответствующего не нормативному значению 102 Па, а значениям абсолютных давлений на уровне 10 Па.
Основные защищаемые положения:
1. Обоснование выбора вакуумного оборудования, позволившее повысить его объемную производительность и ресурс, а также снизить весогабаритные параметры и энергопотребление;
2. Методы повышения эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов, обеспечивающие:
· порядок работ по удалению воды из трубопроводов КС;
· соотношение начала третьего этапа вакуумной осушки с моментом достижения в осушаемой полости давления насыщенных паров воды при Тгр на момент проведения работ;
· учет гидравлического сопротивления осушаемых газопроводов при проведении вакуумной осушки;
3. Методика определения продолжительности вакуумной осушки, позволяющая прогнозировать и корректировать в ходе производства работ ожидаемый срок окончания осушки;
4. Методика расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки, позволяющая оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода;
5. Методика расчета параметров сублимации, позволяющая определять продолжительность сублимации льда в процессе вакуумной осушки газопроводов.
Практическая ценность.
Совершенствование технологии вакуумной осушки с использованием оборудования Вакуумно-азотного комплекса отражено в Специальных рабочих инструкциях на производство работ по осушке участков ЛЧ МГ и трубопроводов КС, разрабатываемых ОАО «Оргэнергогаз».
Результаты работы включены в СТП 309 - 06 «Порядок проведения работ по осушке полости линейной части газопроводов, технологических трубопроводов и оборудования компрессорных станций после гидроиспытаний при их строительстве, реконструкции и ремонте», ДОАО «Оргэнергогаз», 2006г.
К настоящему времени с применением оборудования Вакуумно-азотного комплекса и технологии вакуумной осушки выполнена осушка 35 КС и 854 км ЛЧ МГ, в процессе которой использована разработанная методическая база вакуумной осушки.
Апробация работы. вакуумный осушка газопровод
Материалы исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Международной научно-практической конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» (г. Москва, 19-23 ноября 2013г.); на Х Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 8-11 октября 2013г.); на слете-конкурсе молодых специалистов ОАО «Оргэнергогаз» (п. Небуг, Краснодарский край, 20 - 24 мая 2013г.); на слете-конкурсе молодых специалистов ОАО «Оргэнергогаз» (г. Саратов, 23 - 27 мая 2011г.); на V научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала молодых специалистов - значимый вклад в развитие газовой отрасли» (г. Москва, 19-22 мая 2009 г.); на IV международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов» (г. Геленджик, октябрь 2008г.); на XXVI тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов КС» (п. Небуг, Краснодарский край, 24-29 сентября 2007 г.).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 работы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, 1 монография, 2 патента на изобретения.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, содержит 127 страниц текста, 64 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 98 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность исследуемой в диссертации проблемы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе выполнен анализ теоретических и экспериментальных работ по осушке, а также анализ современных способов, технологий, технических средств и нормативных требований к качеству осушки МГ.
Основные положения кинетики процесса осушки впервые были сформулированы в начале XX века П.С. Коссовичем и А.В. Лебедевым применительно к испарению влаги из почвы. Затем, в 30-е годы прошлого века американскими учеными У.К. Льюисом и Т.К. Шервудом была применена теория диффузии для описания переноса влаги в процессе осушки.
В отечественной теории осушки наиболее подробно исследования данного процесса были проведены А.В. Лыковым и М.В. Лыковым. Ими были рассмотрены вопросы переноса тепла и влаги на основе теории тепло- и массообмена, термодинамики необратимых процессов.
Теоретические и экспериментальные работы в области осушки применительно к газопроводам проводятся в ОАО «Оргэнергогаз» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Вопросы технологии и организации выполнения работ по осушке газопроводов при их строительстве и ремонтах рассмотрены в работахВ.Г. Дубинского, М.И. Усенко, М.Ю. Митрохина, С.В. Карпова, Д.И. Ширяпова.
В соответствии с технологиями капитального строительства и ремонта работы по осушке газопроводов производят после гидравлических испытаний на прочность и герметичность и последующего удаления воды.
Известны следующие способы осушки полости газопроводов: пропуск метанольных пробок, пропуск сыпучих сорбентов, осушка природным газом, осушка сухим воздухом, осушка инертным газом (азотом), вакуумная осушка.
Из рассмотренных способов осушки газопроводов осушка сухим воздухом и вакуумная осушка являются наиболее доступными, эффективными и универсальными. Способы осушки с использованием метанольных пробок и сыпучих сорбентов могут быть применены только при осушке участков ЛЧ МГ. Способ осушки природным газом является экономически невыгодным ввиду высокого расхода природного газа, сбрасываемого в процессе осушки в атмосферу, а способ осушки азотом невыгоден из-за низкой производительности установок, вырабатывающих азот.
В настоящее время иностранные компании используют различные способы при выполнении работ по осушке трубопроводов. При этом наиболее распространена осушка трубопроводов сухим воздухом.
Вместе с тем в зарубежной литературе вакуумная осушка упоминается как этап подготовки газопровода к сдаче в эксплуатацию со следующей аргументацией: перед подачей природного газа исключается необходимость заполнения газопровода азотом; обеспечивается осушка сложных участков трубопроводных систем (плохо продуваемые, тупиковые участки, обвязка крановых узлов, трубопроводы переменных диаметров и пр.); возможность монтажа вакуумного оборудования в любой доступной точке газопровода; меньшие затраты (относительно других способов).
В соответствии со стандартами стран Европы и Северной Америки, регламентирующими качество работ по осушке МГ, требуемое значение температуры точки росы по воде в полости газопроводов составляет минус 20°С ч минус 25°С при атмосферном давлении.
В настоящее время требование к качеству осушки после испытаний отечественных МГ устанавливается отраслевым стандартом СТО Газпром 2-3.5-354-2009, где нормативное значение температуры точки росы по воде соответствует минус 20°С (на участках МГ с многолетнемерзлыми грунтами - минус 30°С) при атмосферном давлении.