Методы повышения энергоэффективности компрессорных станций при реконструкции магистральных газопроводов (стр. 2 )

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснован выбор направлений исследования и его цель, определен круг основных задач исследования, показана их актуальность, научная и практическая значимость.

В первой главе  выполнен анализ состояния компрессорного парка и целевых показателей работы ГТС .

Возрастная структура парка ГПА свидетельствует о моральном и физическом старении: 35,3 % мощностей газотурбинных ГПА достигли или превысили нормативную наработку; интенсивное развитие ГТС в 1980-90 гг. в настоящее время обусловливает возрастающую потребность в обновлении эксплуатируемого парка. 

Определены показатели удельной энергоемкости (отношение потребляемой мощности КС к товаро-транспортной работе – ТТР) и удельной энергоэффективности (отношений расхода топлива КС к ТТР) отечественных и зарубежных МГ.

В табл. 1 приведены значения удельной энергоемкости и энергоэффективности отечественных и зарубежных МГ.

Таблица 1

Удельная энергоемкость и энергоэффективность КС МГ

Название газопровода	Удельная энергоемкость, кВт∙ч/(млн м3∙км)	Удельная  энергоэффективность, м3/(млн м3∙км)
ГТС (ГТС Газпром Югорск)	69 (72,5)	28 (31)
Ухта – Грязовец	67,8	23,5
СЕГ: сухопутный участок (морской участок)	64,3 (33,1)	21 (10)
Бованенково-Ухта: I фаза (II фаза)	55,2 (69,8)	18 (23,5)
Альянс  (США)	62	19,5
Северная граница  (США)	67	21

Современные технико-технологические решения в транспорте газа (повышение рабочего давления газа, снижение гидравлического сопротивления линейной части, увеличение КПД и единичной мощности ГПА) позволяют повысить энергоэффективность КС проектов новых отечественных МГ. Однако применяемые инновационные технологии в большей степени являются металлосберегающими, чем энергосберегающими, т. е. принципиально не сокращают потребности в ГПА для КС.

Для повышения надежности и энергоэффективности эксплуатируемых МГ разрабатываются программы реконструкции, анализ которых выявил следующие общие недостатки:

- в результате реализации программ реконструкции энергоэффективность ГТС увеличивается не более чем на 1,8-2,0 % в год;

- применяемые технические решения направлены, в первую очередь, на поддержание технически возможной производительности МГ, а не технически возможной энергоэффективности, т. е. принципиально не сокращают энергоемкость эксплуатируемых КС; повышение энергоэффективности КС обеспечивается, главным образом, за счет замены и модернизации морально и физически устаревших ГПА (ГТК-6-750, ГПА-Ц-6,3, ГТК-10, ГПУ-10 и др.);

- не учитываются технологический потенциал многониточных систем МГ по увеличению единичной мощности эксплуатируемых ГПА; не рассматривается возможность применения энергосберегающих технических решений (ремонт линейной части с применением труб с внутренним покрытием, ГТУ сложных термодинамических циклов, в том числе парогазовые технологии и др.).

Во второй главе уточняется зависимость потребляемой мощностью КС () от производительности газопровода (q), обосновывается энергосберегающий эффект при ремонте участка газопровода (любой протяженности) с применением труб с внутренним покрытием.

Энерготехнологические особенности транспорта газа изучались  , ,  и др., но требуют уточнения с учетом переменных режимов работы эксплуатируемых МГ.

В  процессе  эксплуатации  газопровода  проявляется  изменение 

показателей энергоемкости КС, которое связано с изменением загрузки газопровода,

т. е. отношением фактической и проектной производительности.

Теоретическая взаимосвязь потребляемой мощности и производительности газопровода (с одинаковыми расстояниями между КС, без попутных отборов газа, постоянными параметрами технологического газа и газокомпрессорного оборудования)  характеризуется  тем,  что  изменение  производительности  на  1 %

приводит к изменению потребляемой мощности (расхода топлива) на 3,0-3,5 %.

Для обоснования фактической зависимости потребляемой мощностью КС от производительности газопровода проведен анализ режимов работы ГТС  трансгаз Югорск» в 2000-2008 гг. по следующим направлениям:

- оценка  изменения  параметров  транспортируемого  газа  (давление,

температура, коэффициент сжимаемости) и КПД ЦБК в течение года;

- определение коэффициентов неравномерности транспорта газа по производительности () и потребляемой мощности КЦ;

- определение показателей удельной энергоемкости и удельной энергоэффективности КС. 

Проведенный анализ позволил уточнить взаимосвязь .

На рис. 1 показано изменение относительной потребляемой мощности КС () при изменении относительной производительности газопровода (), для постоянных параметров транспортируемого газа (теоретическая зависимость) и по данным анализа текущих режимов работы КС трансгаз Югорск» и газопровода «Теннеси» (США).

Рис. 1 – Зависимость относительной потребляемой мощности КС от относительной производительности газопровода.

С учетом изменения параметров транспортируемого газа взаимосвязь становится более пологой: изменение производительности на 1 % приводит к изменению потребляемой мощности (расхода топлива) на 2,0-2,4 %.

Вследствие отклонения от проектных значений технологических параметров МГ (производительность, давление и температура газа, гидравлическое сопротивление) фактическая зависимость потребляемой мощности и удельной энергоемкости КС от производительности газопровода проявляется слабее. Уточненная зависимость позволяет прогнозировать изменение потребляемой мощности КС при изменении объема транспортируемого газа, учитывая фактические режимы работы МГ.

Применение труб с внутренним («гладкостным») покрытием для повышения гидравлической эффективности МГ обосновано в трудах ,  , и др. 

В  проектах  новых  МГ  трубы  с  внутренним  покрытием  используются, в первую очередь, для повышения производительности. Применение данного технического решения при реконструкции линейной части эксплуатируемых МГ является одним из методов повышения энергоэффективности, позволяющим сократить потребляемую мощность и расход топлива на КС.

Для определения энергосберегающего эффекта при ремонте линейной части эксплуатируемых газопроводов с применением  труб с внутренним покрытием разработана методика, включающая следующие варианты расчета: нормативный (расчет для участка газопровода между двумя смежными КС); удельных статистических показателей (по фактическим показателям энергоэффективности эксплуатируемого газопровода).

В разработанной методике принято: параметры газа на входе в газопровод остаются постоянными, сопротивление технологических коммуникаций КС не учитывается; энергосберегающий эффект от применения внутреннего покрытия заключается в снижении потребляемой мощности (и расхода топлива) на последующей КС.

Расчет производился для участка газопровода c внутренним диаметром (Dy) 1000, 1200, 1400 мм. За исходные данные принимались: q=38-90 млн м3/сут  (в зависимости от Dy); протяженность участка газопровода (L) 110 км; давление (Р1г) и температура (Т1г) газа на входе в участок газопровода 7,1 МПа и 288 К.

На рис. 2  показаны результаты расчета по нормативному  варианту:  изменение

и удельной (при замене 1 км участка газопровода) потребляемой мощности КС (, кВт/км).

Рис. 2 – Изменение относительной потребляемой мощности и удельной потребляемой мощности КС при ремонте линейной части участка газопровода с применением труб с внутренним покрытием.

Замена 1  км участка газопровода с применением труб с внутренним покрытием

снижает потребляемую мощность КС на 30,5-70,6 кВт; при применении труб с внутренним покрытием вдоль всего участка газопровода между КС (110 км) потребляемая мощность эксплуатируемой станции снижается на 22-23 %. Локальный энергосберегающий эффект зависит от места применения внутреннего покрытия: с увеличением увеличивается значение . Как показало изучение данного вопроса, замена 1 км в начале и в конце участка газопровода даёт одинаковый результат. Поскольку МГ преимущественно работают в квадратичной зоне сопротивления, то увеличение степени расширения транспортируемого газа на участке газопровода между КС описывается параболической зависимостью. При замене 1 км с применением внутреннего покрытия в начале участка газопровода снижение степени расширения газа меньше, однако данный эффект распространяется вдоль всего участка между КС, обусловливая в конце участка одинаковое снижение скорости газа, как и при замене 1 км трубы с применением внутреннего покрытия в конце участка газопровода.