Автореферат: Методы совершенствования технологии вакуумной осушки газопроводов

На основе проведенного в первой главе анализа сформулированы цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена подбору оборудования и разработке методов повышения эффективности вакуумной осушки газопроводов.

Опыт проведения работ по вакуумной осушке объектов транспорта газа ОАО «Газпром» показал необходимость совершенствования как вакуумного оборудования в части повышения его производительности и ресурса, снижения весогабаритных параметров и энергопотребления, так и технологии вакуумной осушки в части снижения продолжительности работ, обеспечения ведения вакуумной осушки в условиях пониженных Т_гр , подтверждения достигнутого качества осушки.

В 2001 году при участии автора были начаты работы по совершенствованию технических средств, обеспечивающих вакуумную осушку газопроводов, и в 2002 году был разработан и изготовлен опытный образец передвижной вакуумной установки для осушки газопроводов «УОВ-1».

В ходе испытаний «УОВ-1» был отмечен ряд недостатков, в том числе минимально возможный уровень абсолютного давления 10² Па, ограничивающий возможности применения данного оборудования, а использование водяного охлаждения вакуумных насосов и применение воды в насосах в качестве рабочего тела предусматривает использование установки только при положительной температуре атмосферного воздуха.

В 2005 году ООО «Уромгаз» (г. Екатеринбург) был разработан образец вакуумной установки «УВ-7200».

В ходе испытаний «УВ-7200» были отмечены недостатки: повышенный уровень вибрации силовых установок, перегрев насосных агрегатов, выброс масла из выхлопного коллектора вакуумного насоса, повышенные вес и габариты.

Вышеизложенное свидетельствовало об актуальности продолжения работ по совершенствованию вакуумного оборудования для осушки газопроводов в части повышения его производительности, ресурса, снижения весогабаритных параметров и энергопотребления.

Для реализации поставленных задач в 2006 году был выполнен подбор оптимального вакуумного оборудования и изготовлен вакуумный модуль в составе Вакуумно-азотного комплекса. Также в Вакуумно-азотный комплекс вошли азотный и компрессорный модули.

Оптимальная производительность вакуумного модуля была определена, исходя из следующих условий:

· на начальном этапе осушки вакуумный модуль должен за минимально возможное время обеспечить откачку из полости осушаемых газопроводов влажного воздуха до достижения давления насыщенных паров, соответствующего Т_гр ;

· в процессе вакуумной осушки, во избежание замораживания остатков влаги в полости осушаемых газопроводов, необходимо обеспечить скорость откачки паров воды, соответствующую балансу между испаряющейся водой и откачиваемым паром.

С учетом всех требований была предложена компоновка вакуумного модуля, состоящего из двух последовательно соединенных вакуумных насосов (рис. 1).

(а)

(б)

Рис. 1 - Компоновка вакуумных насосов в вакуумном модуле (а) и схема движения парогазовой смеси через вакуумные насосы (б)

В качестве первой ступени вакуумирования был предложен форвакуумный (вспомогательный) насос Screw Line SP630 максимальной производительностью 630 м³/ч, в качестве второй ступени вакуумирования был предложен вакуумный насос Рутса RUVAC WS 2001 максимальной производительностью 2000 м³/ч.

Анализ технических характеристик вакуумного оборудования, применяемого для вакуумной осушки газопроводов, показывает, что вакуумный модуль Вакуумно-азотного комплекса выгодно отличаются по своим основным эксплуатационным параметрам. Например, величина удельной производительности : для «УОВ-1» - 0,635; для «УВ-7200» - 0,144; для вакуумного модуля - 0,89, а отношение производительности к затрачиваемой при этом приводной мощности : для «УОВ-1» - 10,8; для «УВ-7200» - 3,27; для вакуумного модуля - 133,3.

Наиболее полное удаление воды из участков ЛЧ МГ и трубопроводов КС способствует уменьшению продолжительности вакуумной осушки.

При удалении остатков воды из полостей участков ЛЧ МГ обеспечение их готовности к проведению вакуумной осушки может быть осуществлено при использовании пенополиуретановых поршней, а в случае удаления остатков воды из трубопроводов КС, где отсутствует возможность применения поршней, обеспечение готовности газопроводов к вакуумной осушке является серьезной проблемой.

Экспериментально доказано, что остаточные скопления влаги необходимо удалять отдельно из каждого участка обвязки КС путем их неоднократной продувки сжатым воздухом. Была отработана наиболее эффективная последовательность продувки КС: пылеуловители, всасывающий коллектор, пусковой коллектор, рециркуляционный коллектор, установка подготовки топливного и импульсного газа совместно с трубопроводами топливного, импульсного и пускового газа, нагнетательный коллектор совместно с аппаратом воздушного охлаждения газа, выходной шлейф, входной шлейф.

Продуваемый от остатков воды участок обвязки КС необходимо при помощи штатных кранов отсечь от прилегающего к нему участка-ресивера, в котором аккумулируют сжатый воздух. После открытия кранов остатки воды следует удалить из продуваемого участка в атмосферу через штатные дренажные устройства, перьевые врезки, люк-лазы, продувочные свечи, открытые сечения шлейфов.

Для создания давления воздуха компрессорный модуль Вакуумно-азотного комплекса следует подключать к одному из пылеуловителей.

В процессе вакуумной осушки после достижения устойчивого нормируемого значения абсолютного давления необходимо произвести выдержку газопровода при отключенном вакуумном модуле в течение 24 часов. В ходе выдержки следует вести непрерывный контроль величины абсолютного давления. Если в течение выдержки величина абсолютного давления (с учетом погрешности вакууметра) не превысит нормируемое значение, то работы по вакуумной осушке следует завершить.

Если в ходе выдержки произойдет увеличение контролируемого абсолютного давления свыше нормируемого на величину, превышающую погрешность вакууметра, то это будет свидетельствовать о присутствии скоплений влаги в полости осушаемых газопроводов. В таком случае необходимо провести дополнительную вакуумную осушку до достижения нормируемого абсолютного давления и повторную выдержку.

Третья глава посвящена разработке методики расчета продолжительности вакуумной осушки газопроводов.

Продолжительность вакуумной осушки зависит от фактической объемной производительности вакуумного модуля, геометрического объема осушаемого объекта, количества влаги в полости объекта перед его осушкой и Т_гр.

В процессе вакуумной осушки происходит уменьшение объемной производительности вакуумного модуля относительно паспортной, соответствующей этапам работы вакуумного модуля на заданных интервалах абсолютных давлений в полости осушаемого газопровода: 510 м³/час на первом этапе работы вакуумного модуля в интервале давлений 10⁵ч4,5*10³ Па, 1100 м³/час на втором этапе работы вакуумного модуля в интервале давлений 4,5*10³ч10³ Па и 3200 м³/час на третьем этапе работы вакуумного модуля в интервале давлений 10³ч10² Па.

Снижение объемной производительности вакуумного модуля в процессе вакуумной осушки вызвано увеличением гидравлического сопротивления его входного трубопровода, с помощью которого вакуумный модуль подключают к осушаемому газопроводу.

Установлено, что фактическая объемная производительность вакуумного модуля в интервалах давлений 10⁵ч4,5*10³ Па, 4,5*10³ч10³ Па и 10³ч10² Па ниже паспортной, соответственно, на 2%, 5% и 22%.

Осушаемые участки ЛЧ МГ и трубопроводы КС также являются элементами систем сложных трубопроводов, наличие гидравлического сопротивления которых (также, как и входного трубопровода вакуумного модуля) создает перепад абсолютного давления между их входом и выходом.

В связи с этим нормируемое значение абсолютного давления 10² Па, измеряемое на входе вакуумного модуля, не будет являться единым значением, которое необходимо достичь во всех точках осушаемого газопровода.

Результаты определения гидравлического сопротивления участка ЛЧ МГ диаметром 1420 мм и длиной 60 км показали, что в зависимости от количества применяемых вакуумных модулей с целью достижения в осушаемом участке давления не более 10² Па, на входе в вакуумный модуль измеренное абсолютное давление должно составлять от 65 Па (один модуль) до 56 Па (три модуля).

Расчет гидравлического сопротивления типовой КС показал, что для достижения во всех ее точках абсолютного давления не более 10² Па на входе в вакуумный модуль должно быть достигнуто абсолютное давление 72 Па.

Количество воды, содержащейся в водяной пленке на метре длины газопровода, в зависимости от его диаметра после пропуска по нему пенополиуретановых поршней, определяют по экспериментальным данным, полученным ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Т_гр регистрируют перед началом и в ходе производства работ по осушке.

Продолжительность откачки воздуха (вакуумирования) из замкнутого пространства (полостей трубопроводов, сосудов, технологического оборудования) описывается известным уравнением

,(1)

где ф - продолжительность вакуумирования, ч; V - геометрический объем замкнутого пространства, м³; q - производительность вакуумного насоса, м³/ч; - начальное абсолютное давление вакуумирования, Па; - конечное абсолютное давление вакуумирования, Па.

Однако, уравнение (1) не может быть использовано применительно к вакуумной осушке газопроводов по причине того, что оно не учитывает изменяющиеся в течение осушки значения количества влаги в полости осушаемого газопровода и Т_гр . В этой связи с целью совершенствования технологии вакуумной осушки в работе предложена методика, позволяющая рассчитать продолжительность вакуумной осушки газопроводов.

Разработанная методика основана на делении каждого из трех этапов работы вакуумного модуля на интервалы и определения на каждом из интервалов значений их продолжительности ( , ч), массового расхода вакуумного модуля (, кг/ч), плотности насыщенного влажного воздуха (, кг/м³), влагосодержания воздуха (d_i , кг/кг), скорости выноса влаги из полости осушаемого газопровода (, г/ч), количества влаги, удаленной из полости газопровода ( , г).

Первый этап (10⁵ ч 4,5*10³ Па) делится на N интервалов, второй этап (4,5*10³ ч 10³ Па) - на M интервалов, третий этап (10³ч10² Па) - на F интервалов.

Продолжительность интервалов на первом и втором этапах вакуумной осушки газопроводов опишем уравнением

,(2)

где - продолжительность вакуумной осушки от до , ч; V - геометрический объем осушаемого газопровода, м³; - производительность вакуумного модуля на каждом этапе его работы, м³/ч; - соответственно, начальное и конечное абсолютное давление на каждом интервале работы вакуумного модуля, Па; i - номер интервала в ходе каждого этапа работы вакуумного модуля.

Массовый расход вакуумного модуля на всех интервалах (, кг/ч) определяется следующим уравнением

,(3)

где - плотность насыщенного влажного воздуха, кг/м³.

При вакуумной осушке плотность насыщенного влажного воздуха изменяется в соответствии с уравнением

,(4)

где d_i - влагосодержание воздуха (кг/кг) при температуре в газопроводе t_i , °С.

Влагосодержание насыщенного воздуха d_i определяется по формуле

, (5)

где - давление насыщенных водяных паров, Па (в зависимости от фактической температуры в полости осушаемого газопровода t_i , °С).

На рисунках 2 и 3 приведены зависимости влагосодержания насыщенного воздуха от температуры и абсолютного давления в полости газопровода, построенные с использованием формулы 5.

Рис. 2 - Зависимости влагосодержания насыщенного воздуха в полости осушаемого газопровода от температуры при абсолютных давлениях 10⁵, 5*10⁴, 10⁴, 6*10³ и 4,5*10³ Па

Рис. 3 - Зависимости влагосодержания насыщенного воздуха в полости осушаемого газопровода от температуры при абсолютных давлениях 4,5*10³, 2,5*10³, 2*10³, 1,5*10³, 10³ и 7,5*10² Па

Скорость выноса влаги (, г/ч) из полости осушаемого газопровода определим, как

. (6)

Количество влаги (), удаленной из полости осушаемого газопровода за каждый интервал первого этапа вакуумной осушки, определим по формуле

(7)

Количество влаги, оставшейся в полости осушаемого МГ после первого этапа вакуумной осушки и подлежащее дальнейшей осушке (), определим как

,(8)

где - количество воды, находящееся перед осушкой в полости осушаемого газопровода, г; - количество влаги, находящееся перед осушкой в полости осушаемого газопровода в паровой фазе, г; - количество влаги, удаленное из полости газопровода за первый этап вакуумной осушки, г.