Выбор основного оборудования КС

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА

                                                                                                               

 Кафедра: Транспорт углеводородных ресурсов

 

 

Магистральные газопроводы 

методические указания по выполнению курсового проекта

для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 Нефтегазовое дело

всех программ и форм обучения

 

Тюмень

ТИУ

2019

 

Магистральные газопроводы: метод. указ. по выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 Нефтегазовое дело / сост. С.М. Чекардовский, А.А. Хлус, А.У. Якупов; Тюменский индустриальный университет.– Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2019.– 37 с.

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры транспорта углеводородных ресурсов

«____» ____________ 2019 года, протокол № ____.

 

Аннотация

 

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Магистральные газопроводы» предназначены для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело».

Настоящие методические указания представляют собой систему теоретических материалов, требований, форм контроля, критериев оценки и рекомендаций по выполнению курсового проекта по дисциплине «Магистральные газопроводы». Приведенные в методических указаниях рекомендации обеспечивают студента теоретической базой и помогают сформировать практические навыки необходимые для успешного усвоения материала дисциплины и выполнения курсового проекта.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Трубопроводный транспорт является одним из наиболее экономичных, а в случае транспорта газообразных веществ - единственным видом транспорта. С другой стороны, это один из самых капитало- и металлоемких видов транспорта. Будучи при нормальной работе экологически чистым, он может нанести невосполнимый ущерб природе при авариях. Отсюда понятно внимание, уделяемое вопросам надежности и эффективности работы магистральных трубопроводов при их проектировании и эксплуатации.

Надежность работы обеспечивается соблюдением рекомендаций нормативных документов при проектировании и эксплуатации трубопроводов (строительных норм и правил, норм технологического проектирования и правил эксплуатации).

Эффективность работы зависит от технического состояния объектов и оборудования и рациональности их использования. Фактические условия работы трубопроводов отличаются от проектных. Так, производительность зависит как от возможности добычи нефти и газа, так и от потребности в них. В процессе эксплуатации меняется состояние линейной части и оборудования станций, что предопределяет изменение пропускной способности нефе - и газопроводов и изменение параметров работы при постоянной производительности. В этих условиях приходится решать следующие задачи: выбор оптимальной схемы работы при заданной производительности, определение параметров работы при максимальной загрузке, разработка мероприятий по улучшению технико-экономических показателей работы.

Решение задачи повышения эффективности эксплуатации трубопровода полностью зависит от качества выполнения анализа функционирования всего трубопровода и отдельных его элементов в предшествующий период. Результаты анализа должны позволить сделать вывод о фактическом состоянии линейной части и оборудования, рациональности их использования, экономичности используемой технологической схемы и об основных причинах, снижающих эффективность работы.

Выполняя курсовой проект, необходимо учитывать следующие основные положения:

- это Ваш проект и все решения принимаются самостоятельно, согласовывая их, при необходимости, с руководителем;

- все решения и величины принимаются с соответствующими обоснованиями и ссылками;

- оценка проекта определяется качеством решения поставленных задач, их представления (записка, чертежи, доклад) и своевременностью выполнения.

Цель курсового проекта – научиться самостоятельно решать поставленные задачи

РАСЧЕТ РЕЖИМА РАБОТЫ КС

 

Расчет режима работы КС производится при проектировании станций и газопроводов, а также при их эксплуатации. Цель расчета режима работы КС при проектировании:

а) определение параметров газа (давления и температу­ры) на входе и выходе КС для нахождения потребного количест­ва станций и их расстановки по трассе газопровода;

б) разработка мероприятий, предотвращающих перегрев газа и перенапряжение трубопроводов на выходе КС, а также мероприятий, обеспечивающих наиболее экономичный транспорт газа подобранным оборудованием.

При эксплуатации КС расчет режима ее работы проводится в следующих целях:

а) проверка возможности транспорта газа в заданном ко­личестве в различные периоды эксплуатации КС (по месяцам, сезонам и т.д.);

б) определение количества работающих ГПА и способов регулирования режима их работы для достижения КС требуемых технологических параметров;

в) оптимизация транспорта газа в различных условиях эксплуатации.

Результаты расчета режимов работы КС используются так­же для определения зон возможного выпадения кристаллогидратов в трубопроводе и разработки профилактических мероприятий.

Во всех случаях расчет состоит в определении мощности N, потребляемой каждой компрессорной машиной, и мощности , развиваемой приводящим ее двигателем.

Возможность транспорта газа в заданном количестве су­ществует при соблюдении неравенства (6)

                                             (6)

Экономичность - при Р_н =Р’_н и следующих услови­ях / I /;

а) КС с центробежными нагнетателями

  (7)

где P_н - давление на выходе КС;

Р’_н - номинальное давление на выходе КС или требуемое давление на выходе станции (при неполном развитии КС и газопровода или их недогрузке);

η_пол - политропический к.п.д., определяемый по приведенной характеристике нагнетателя;

T_а - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, определяемая по приложению 16.

При проектировании КС (газопровода)  рассчиты­вается для среднегодовых значений Т_а, при эксплуата­ции - для среднего значения Т_а. в рассматриваемый период времени (месяц, квартал и т.д.).

Численные значения и для различных типов компрессорных машин и приводящих их двигателей рассчитыва­ются различным образом.

 

2.1.1 Определение располагаемой мощности электродвигателя.

При номинальных значениях параметров системы охлаждения двигателя располагаемая мощность синхронного электродвигате­ля равна номинальной мощности.

При отклонения температуры охлаждающей среды в системах охлаждения электропривода от номинальных значений располага­емая мощность должна определяться по приложению 8.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АВО

Определения потребного количества АВО проводится на основе [4]. Для выполнения курсовой работы можно вос­пользоваться упрощенным вариантом методики [4], который по­зволяет определять количество АВО ориентировочно[1]. По упро­щенной методике количество АВО определяется следующим об­разом.

1. Определение общего количества тепла, подлежащего отводу от газа на установке – Q₀, Дж/с

                                           (31)

где М - общее количество газа, охлаждаемого на КС, кг/с;

С_р - теплоемкость газа при давлении на входе в АВО и средней температуре газа в АВО , Дж/(кг К);

  t₁ - температура газа на входе в АВО, равная температуре газа на выходе компрессорных машин, °С;

  t₂ -оптимальная температура охлаждения газа, °С.

 

Теплоемкость газа при давлении на входе в АВО и средней температуре газа в АВО находится по формуле (25)

 

                      (32)

 

К рассмотрению принимается несколько различных типов АВО (приложение 7). По номинальной производительности аппаратов и известной производительности КС определяется потребное количество АВО m каждого типа и рассчитываются требуемые производительности одного аппарата каждого типа по теплоотводу Q₁ и по газу M₁:

; .                                     (33)

Принимаемые к рассмотрению АВО должны иметь рабочее давление, соответствующее давлению на выходе КС.

2. Проверка принятого количества АВО по температуре охлаждающего воздуха t_2в

                                         (34)

где V_в - общий объемный расход воздуха, подаваемого всеми вентиляторами одного АВО, м³/с;

С_рв – теплоемкость воздуха при барометрическом давлении Р_а и t_1в, Дж/(кг К);

ρ_в - плотность воздуха на входе в АВО, кг/м³;

                                      (35)

Предварительно принятое количество АВО остается в силе при t_2в > t₁. Если для некоторого типа АВО данное условие не соблюдается, количество аппаратов в этом случае увеличи­вается на один и расчет повторяется до получения необходимо­го соотношения между t_2в и t₁.

3. Проверка принятого количества АВО по поверхности теплопередачи одного АВО. Требуемая поверхность теплопереда­чи F_р:

                                           (36)

где К_р - коэффициент теплопередачи, принимаемый по при­ложению 7, Вт/(м² К);

;                                         (37)

m’ - скорректиро­ванное в п.3 количество АВО;

                                          (38)

 

;                               (39)

 

                                   (40) 

где i - число ходов газа в аппарате;

 - поправка, определяемая по приложению 10, в зависимости от параметров R и Р;

 

;                                            (41)

 

                                           (42)

Проверка выполняется при выполнении условия:

                                            (43)

где F - фактическая поверхность теплопередачи (для данного типа АВО), увеличенная согласно [4] на 10% с учетом возможного выхода из строя отдельных вентиляторов и загрязнения поверхностей теплообмена, м;  - допустимое расхождение между F_Р и F (может быть принято равным 5% от F), м.

Если данное условие не соблюдается, то расчет повторя­ется с измененным значением t₂: при F_Р > F t₂ сле­дует увеличить, при    F_Р < F - уменьшить.

4. Расчет гидравлического сопротивления АВО по ходу газа _ΔР в МПа (движение газа - в зоне квадратичного закона сопротивления).

                      (44)

где ω - средняя скорость газа в трубах АВО, м/с;

ρ -плотность газа при давлении на входе в АВО и средней темпе­ратуре газа в АВО, кг/м³;

 - сумма коэффициентов местных сопротивлений (приложение 7);

l - длина труб АВО, м;

d - внутренний диаметр труб, м;

Δ - эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб (в расчетах принимать Δ =2 10^-4 м), м;

                                               (45)

S - площадь сечения одного хода труб АВО со стороны газа, м².

Полученное значение _ΔР должно удовлетворять усло­вию:

                        (46)

где - нормативные [4] потери давления в нагнетательных коммуникациях КС (приложение 4), МПа;

- расчет­ные потери давления в нагнетательных коммуникациях КС МПа;

= 0,015 - 0,02 МПа.

При невыполнении данного условия необходимо либо принять другой тип и количество АВО, либо пересмотреть технологическую схему КС.

5. Определение энергетического коэффициента Е. Энергетический коэффициент используется для сравнения эффективности работы теплообменной аппаратуры и представляет собой отложение количества переданного тепла к затратам энергии на преодоление гидравлических сопротивлений теплообменника.

                                     (47)

где N - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротив­лений со стороны поверхности теплопередачи, Вт;

H - пол­ный напор, развиваемый вентиляторами АВО, Па.

6. Выбор оптимального типа и количества АВО. Основным критерием оптимальности в данном случае является минимум приведенных затрат по установке охлаждения газа. При отсут­ствии экономических данных по АВО за критерии оптимальности для ориентировочной оценки могут быть приняты энергетичес­кий коэффициент Е и металловложения в установку АВО G.

Тип и, соответственно количество АВО, которым отвечают Е _мах и G _min являются оптимальными.

Уточнение количества АВО по экстремальным усло­виям эксплуатации аппаратов. Таковыми условиями являются: абсолютная максимальная температура наружного воздуха в районе расположения КС и июльская температура грунта на глубине заложения газопровода.

 

 

ПОДБОР ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЕЙ

 

Методика определения числа масляных пылеуловителей изложена в [4]. Потребное количество пылеуловите­лей циклонного (мультициклонного) типа определяется следую­щая образом. Первоначально уточняется рабочее давление пыле­уловителя (оно равно давлению газа на входе КС). Затем по характеристике пылеуловителя (приложение 6) определяются его минимально и максимально допустимые производительности Q_min и Q_max. При отличии плотности транспортируемого газа при стандартных условиях от 0,75 кг/м³ полученные значе­ния Q_min и Q_max корректируются по приложению 10. По уточ­ненным значениям производительностей определяется потребное число пылеуловителей таким образом, чтобы при отключении од­ного из аппаратов, нагрузка на оставшиеся в работе не выхо­дила за пределы их максимальной производительности Q_max, а при работе всех аппаратов - не выходила за пределы мини­мальной производительности Q_min. При этом в любом режиме работы общие потери давления на стороне всасывания КС не должны превышать нормативных величин (приложение 8).

 

Количество пылеуловителей находим по формуле:

 

                                            (48)  

                   

                                             (49)  

 и - максимально и минимально допустимое количество пылеуловителей, шт.

- суточная производительность КС,

,  - минимальная и максимальная производительности пылеуловителей,

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. СНиП 23-01-99* Строительная климатология.

2. Перевощиков С.И. Проектирование и эксплуатация компремморных станций: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. - 100с.

3. Справочник инженера по эксплуатации нефтегазопроводов и продуктопроводов. / Под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. – М.: Инфра-Инженерия, 2006. – 928с.

4. Типовые расчеты в системах транспорта и хранения нефти и газа: Учебное пособие./Под общей редакцией Ю.Д. Земенкова. – СПб.: Недра, 2007. – 599 с.

 

Магистральные газопроводы

Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 Нефтегазовое дело всех программ и форм обучения

 

Составители: Чекардовский С.М, к.т.н., доцент,

                        Хлус А.А, к.т.н., доцент,

                        Якупов А.У., ассистент.

 

 

Подписано к печати                                                        Объем 2 п.л.

 

Формат 60∙84/16                                                                Заказ №

 

                                                                                              Тираж 100 экз.

 

Отпечатано на RISO 3750

Тюменский индустриальный университет

625000, Тюмень, Володарского,38

Отдел оперативной полиграфии ТИУ

[1] упрощение состоит в принятии коэффициента теплопере­дачи АВО без расчета, равным его номинальному значению.

 

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА

                                                                                                               

 Кафедра: Транспорт углеводородных ресурсов

 

 

Магистральные газопроводы 

методические указания по выполнению курсового проекта

для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 Нефтегазовое дело

всех программ и форм обучения

 

Тюмень

ТИУ

2019

 

Магистральные газопроводы: метод. указ. по выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 Нефтегазовое дело / сост. С.М. Чекардовский, А.А. Хлус, А.У. Якупов; Тюменский индустриальный университет.– Тюмень: Издательский центр БИК, ТИУ, 2019.– 37 с.

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры транспорта углеводородных ресурсов

«____» ____________ 2019 года, протокол № ____.

 

Аннотация

 

Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Магистральные газопроводы» предназначены для студентов, обучающихся по направлению 21.03.01 «Нефтегазовое дело».

Настоящие методические указания представляют собой систему теоретических материалов, требований, форм контроля, критериев оценки и рекомендаций по выполнению курсового проекта по дисциплине «Магистральные газопроводы». Приведенные в методических указаниях рекомендации обеспечивают студента теоретической базой и помогают сформировать практические навыки необходимые для успешного усвоения материала дисциплины и выполнения курсового проекта.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Трубопроводный транспорт является одним из наиболее экономичных, а в случае транспорта газообразных веществ - единственным видом транспорта. С другой стороны, это один из самых капитало- и металлоемких видов транспорта. Будучи при нормальной работе экологически чистым, он может нанести невосполнимый ущерб природе при авариях. Отсюда понятно внимание, уделяемое вопросам надежности и эффективности работы магистральных трубопроводов при их проектировании и эксплуатации.

Надежность работы обеспечивается соблюдением рекомендаций нормативных документов при проектировании и эксплуатации трубопроводов (строительных норм и правил, норм технологического проектирования и правил эксплуатации).

Эффективность работы зависит от технического состояния объектов и оборудования и рациональности их использования. Фактические условия работы трубопроводов отличаются от проектных. Так, производительность зависит как от возможности добычи нефти и газа, так и от потребности в них. В процессе эксплуатации меняется состояние линейной части и оборудования станций, что предопределяет изменение пропускной способности нефе - и газопроводов и изменение параметров работы при постоянной производительности. В этих условиях приходится решать следующие задачи: выбор оптимальной схемы работы при заданной производительности, определение параметров работы при максимальной загрузке, разработка мероприятий по улучшению технико-экономических показателей работы.

Решение задачи повышения эффективности эксплуатации трубопровода полностью зависит от качества выполнения анализа функционирования всего трубопровода и отдельных его элементов в предшествующий период. Результаты анализа должны позволить сделать вывод о фактическом состоянии линейной части и оборудования, рациональности их использования, экономичности используемой технологической схемы и об основных причинах, снижающих эффективность работы.

Выполняя курсовой проект, необходимо учитывать следующие основные положения:

- это Ваш проект и все решения принимаются самостоятельно, согласовывая их, при необходимости, с руководителем;

- все решения и величины принимаются с соответствующими обоснованиями и ссылками;

- оценка проекта определяется качеством решения поставленных задач, их представления (записка, чертежи, доклад) и своевременностью выполнения.

Цель курсового проекта – научиться самостоятельно решать поставленные задачи

ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КС

 

К основному оборудованию КС относятся компрессорные ма­шины (КМ) и приводящие их двигатели. Для транспорта газа применяется в основном центробежные нагнетатели. 

Суточная производительность КС определяется по годовой с помощью следующего выражения (1)

, млн.м³/сут                                    (1)

где Q_год - годовая производительность КС (газопровода) при стандартных условиях млрд.м³/год;

                                               (2)

где  - коэффициент использования пропускной способности газопровода;

K_рс,K_эт – коэффициенты, учитывающие запас пропускной способности газопровода для обеспечения газоснабжения соответственно в периоды повышенного спроса на газ и в периоды экстремально повышенных температур, приводящих к снижению мощности ГПА, K_рс =0,95, K_эт=0,98;

    - коэффициент учитывающий запас пропускной способ­ности газопровода на случай аварийных отказов линейной части газопровода и КС, принимается по приложению 1.

После определения экономичного типа компрессорной маши­ны для проектируемой КС производится выявление оптимального варианта КС - то есть определяется оптимальная марка ГПА, число и схема соединения машин данной марки на КС, количест­во ступеней сжатия КС.

Для этого из множества компрессорных машин требуемого типа [2, 3, 4] предварительно выбирается 3÷4 машины разных марок, отличающихся подачей и степенью сжатия (или давлением нагнетания). К рассмотрению принимаются машины, число которых на КС будет находится в пределах 2÷6 - для нагнетателей. Кроме того, подбираемые ма­шины в расчетном режиме работы и в возможных при эксплуатации режимах не должны иметь политропический КПД ниже 0,8 (для центробежных нагнетателей).

При производительности КС более 15 млн.м³/сут для каждой марки предварительно выбранного нагнетателя рассматривается два подварианта КС - с одноступенчатым сжатием и с двухсту­пенчатым сжатием (для полнонапорных нагнетателей рассматри­вается один подвариант - с одноступенчатый сжатием). При производительности КС 10÷15 млн.м³/сут - также два подварианта, но с двух и трехступенчатым сжатием. Во всех случаях число машин на КС должно находится в ранее отмеченных пре­делах.

Для каждого варианта и подварианта КС определяется число резервных машин (приложение 2), степень сжатия КС ε и удельные приведенные расходы на станции с учетом типа приво­да [4].

В качестве привода компрессорных машин на КС обычно применяются поршневые и газовые двигатели, газовые турбины и электродвигатели. От выбора типа привода компрессорных машин во многом зависят технико-экономические показатели КС и удобства ее эксплуатации.

Центробежные нагнетатели могут приводиться электродви­гателями и газотурбинными установками (ГТУ). При удаленности КС от надежного источника электроэнергии менее чем на 50-100 км выгоднее применять электропривод, при удаленности более 300 км - газотурбинный привод.

 

РАСЧЕТ РЕЖИМА РАБОТЫ КС

 

Расчет режима работы КС производится при проектировании станций и газопроводов, а также при их эксплуатации. Цель расчета режима работы КС при проектировании:

а) определение параметров газа (давления и температу­ры) на входе и выходе КС для нахождения потребного количест­ва станций и их расстановки по трассе газопровода;

б) разработка мероприятий, предотвращающих перегрев газа и перенапряжение трубопроводов на выходе КС, а также мероприятий, обеспечивающих наиболее экономичный транспорт газа подобранным оборудованием.

При эксплуатации КС расчет режима ее работы проводится в следующих целях:

а) проверка возможности транспорта газа в заданном ко­личестве в различные периоды эксплуатации КС (по месяцам, сезонам и т.д.);

б) определение количества работающих ГПА и способов регулирования режима их работы для достижения КС требуемых технологических параметров;

в) оптимизация транспорта газа в различных условиях эксплуатации.

Результаты расчета режимов работы КС используются так­же для определения зон возможного выпадения кристаллогидратов в трубопроводе и разработки профилактических мероприятий.

Во всех случаях расчет состоит в определении мощности N, потребляемой каждой компрессорной машиной, и мощности , развиваемой приводящим ее двигателем.

Возможность транспорта газа в заданном количестве су­ществует при соблюдении неравенства (6)

                                             (6)

Экономичность - при Р_н =Р’_н и следующих услови­ях / I /;

а) КС с центробежными нагнетателями

  (7)

где P_н - давление на выходе КС;

Р’_н - номинальное давление на выходе КС или требуемое давление на выходе станции (при неполном развитии КС и газопровода или их недогрузке);

η_пол - политропический к.п.д., определяемый по приведенной характеристике нагнетателя;

T_а - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, определяемая по приложению 16.

При проектировании КС (газопровода)  рассчиты­вается для среднегодовых значений Т_а, при эксплуата­ции - для среднего значения Т_а. в рассматриваемый период времени (месяц, квартал и т.д.).

Численные значения и для различных типов компрессорных машин и приводящих их двигателей рассчитыва­ются различным образом.

 

2.1.1 Определение располагаемой мощности электродвигателя.

При номинальных значениях параметров системы охлаждения двигателя располагаемая мощность синхронного электродвигате­ля равна номинальной мощности.

При отклонения температуры охлаждающей среды в системах охлаждения электропривода от номинальных значений располага­емая мощность должна определяться по приложению 8.