Способ откачки газа из отключенного участка газопровода и мобильная компрессорная установка для откачки газа
Изобретение относится к области транспортировки природного газа. Техническим результатом изобретения является обеспечение откачки природного газа из отключенного участка в действующий участок магистрального газопровода без термического разрушения антикоррозийного покрытия последнего. В способе откачки газа давление газа в компрессоре повышают до большей величины, чем величина давление газа в действующем участке, а затем давление сжатого газа понижают до давления газа в действующем участке. Компрессорная установка для откачки газа из отключенного участка в действующий участок газопровода содержит компрессор, своим входом соединенный с выходом отключенного участка, и устройство для понижения давления газа, которое соединено своими входом с выходом компрессора, а выходом с действующим участком. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области транспортировки природного газа и может быть использовано при техническом обслуживании и ремонте магистральных газопроводов (далее МГ), когда возникает необходимость удаления газа из отключенного участка МГ для проведения работ.
Известны способ и устройство для откачки газа, в которых газ из одного отключенного участка МГ, примыкающего к компрессорной станции (далее КС) с одной стороны, откачивается в другой действующий участок, примыкающий к КС с другой стороны, при помощи последовательно соединенных стационарных компрессора предварительного сжатия и основного (дожимающего) компрессора КС (патент RU №2176049).
Недостатком известных технических решений при обслуживании отключенного участка является необходимость откачки газа из всего присоединенного отрезка МГ между КС и дальней границей отключенного участка. Это требует проведения дорогостоящих организационно-технических мероприятий по выводу МГ из эксплуатации, дополнительных затрат на откачку газа из присоединенного отрезка МГ, приводит к прямым экономическим потерям из-за приостановки транспортирования газа по МГ и к снижению надежности МГ как опасного производственного объекта вследствие увеличения количества циклов его нагрузки переменным давлением большой амплитуды.
Наиболее близкими техническими решениями являются способ и мобильная компрессорная установка для откачки газа из отключенного участка МГ по патенту RU №2108489. Компрессорная установка обеспечивает перекачку газа из отключенного участка в действующий участок МГ без использования штатного компрессора КС, что позволяет осуществлять профилактические и ремонтные работы с отключением только участка МГ-объекта обслуживания (ремонта). Установка содержит эжектор, выход которого соединен с входом компрессора, низконапорная камера соединена с выходом отключенного участка, а высоконапорное сопло эжектора-дросселирующее устройство и выход компрессора соединены с действующим участком МГ. В эжекторе происходит смешение активного потока газа из действующего участка и пассивного потока из отключенного участка с понижением давления «смеси» не ниже 55 атм, а затем повышение давления «смеси» до давления в действующем участке 75 атм. Такая степень повышения давления «смеси» обеспечивает ограничение температуры на выходе компрессора величиной не более 330К, что, по мнению авторов, не выше температуры эксплуатации применяемых антикоррозийных покрытий МГ. В результате чего температура «смеси» становится ниже температуры газа, сжатого в компрессоре. Таким образом, установка одновременно включена в замкнутый байпасный контур циркуляции активного потока «действующий участок-эжектор-компрессор-действующий участок» и в разомкнутый контур пассивного потока «отключенный участок-эжектор-компрессор-действующий участок».
Основными недостатками указанных технических решений являются:
- невозможность их применения для откачки газа из МГ с антикоррозийными покрытиями, допущенными и преимущественно применяемыми в ОАО «Газпром» при капитальном ремонте, поскольку температура их эксплуатации ограничена 313К (характеристики материалов с указанием сайтов производителей прилагаются),
- низкая энергетическая эффективность и замедление темпа откачки в целом из-за непрерывной циркуляции по байпасному контуру всевозрастающего по мере откачки расхода активного потока газа (см. дополнительно ниже) через компрессор с многократным сжатием-расширением,
- по мере падения давления в отключенном участке расход пассивного потока газа уменьшается и для поддержания постоянного давления на выходе из эжектора необходимо компенсирующее увеличение расхода активного потока (см. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М., «Энергия», 1974, с.425), что приводит к снижению эффективности откачки и требует системы стабилизации суммарного расхода через эжектор.
Указанные недостатки делают практически невозможным создание на основе предлагаемого способа простой, эффективной и надежной мобильной компрессорной установки.
Задачей изобретения является создание конструктивно простой, эффективной и надежной в эксплуатации мобильной компрессорной установки для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода, что позволит сократить время-, топливо- и энергозатраты.
Технический результат достигается за счет того, что для откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода, содержащего по меньшей мере два участка, используют способ, при котором отключенный участок МГ соединяют с действующим участком через компрессор и производят откачку газа из отключенного участка в действующий участок, при этом газ компрессором сжимают до величины давления большей, чем величина давления в действующем участке, а затем давление газа не изотермически без подвода теплоты, например, в изоэнтропийном или в изоэнтайпильном процессах понижают до величины давления в действующем участке.
При этом сжатый газ перед понижением его давления может охлаждаться в аппарате воздушного охлаждения (далее АВО) и дополнительно всасываемым в компрессор газом из отключенного участка.
Для реализации способа откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода используется компрессорная установка для откачки газа из отключенного участка в действующий участок газопровода, содержащая компрессор, своим входом соединенный с выходом отключенного участка, и устройство для понижения давления газа, соединенное своими входом с выходом компрессора, а выходом с действующим участком.
Устройство для понижения давления газа может быть выполнено в виде газового двигателя, соединенного с генератором электрического тока, другой расширительной машины или дросселирующего органа.
Кроме того, компрессорная установка может содержать последовательно установленные по ходу газа между выходом компрессора и входом устройства для понижения давления газа АВО и рекуперативный теплообменник, по охлаждающему потоку соединенный своими входом с выходом отключенного участка, а выходом с входом компрессора.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.
Компрессорная установка содержит компрессор 1 с входом 2, соединенным с выходом 3 отключенного участка 4; и устройство 5 для понижения давления газа, соединенное своими входом 6 с выходом 7 компрессора 1, а выходом 8 с действующим участком 9. Устройство 5 может быть выполнено в виде газового двигателя, соединенного с генератором 10 электрического тока, или в виде дросселирующего органа, например регулятора давления газа типа «до себя». Установка также может содержать последовательно установленные по ходу газа между выходом 7 компрессора 1 и входом 6 устройства 5 АВО 11 и рекуперативный теплообменник 12, по охлаждающему потоку соединенный своими входом 13 с выходом 3 отключенного участка 4 и выходом 14 с входом 2 компрессора 1, а по охлаждаемому потоку соединенный своими входом 15 с выходом 16 АВО 11 и выходом 17 с входом 6 устройства 5.
Оборудование компрессорной установки соединено между собой при помощи вентилей 20-22, а МГ оснащен вентилями 18 и 19. Участок 9 может принадлежать как параллельной нитке МГ, так и нитке МГ с отключенным участком 4, например, за вентилями 18 или 19.
Установка, реализующая заявленный способ, работает следующим образом.
Для проведения профилактических либо ремонтных работ установка перемещается на специально подготовленную временную рабочую площадку в зоне ремонта (обслуживания) участка 4, отключенного при помощи вентилей 18 и 19. Из выхода 3 участка 4 компрессор 1 через свои вход 2 и выход 7, устройство 5 для понижения давления газа перекачивает газ в действующий участок 9. В устройстве 5 «срабатывает» перепад давлений между его входом 6 и выходом 8, в результате чего сжатый в компрессоре 1 газ расширяется охлаждаясь. Давление перед устройством 5 принудительно устанавливается таким, чтобы температура газа после расширения (на выходе 8) не превосходила предел эксплуатации антикоррозийного покрытия участка 9. При этом в начальный период откачки вентиляторы АВО 11 и теплообменник 12 по охлаждающему потоку при помощи вентилей 20 и 21 отключены, вентиль 22 открыт и выход 3 соединен непосредственно с входом 2.
Электрическая энергия, производимая генератором 10 с приводом от газового двигателя 5, может быть использована для питания системы управления и защиты установки, электроосветительных приборов временной рабочей площадки и пр.
По мере падения давления всасывания в компрессор 1, равного давлению в участке 4, температура газа на выходе 7 компрессора 1 растет с возрастанием степени повышения давления, что приводит к необходимости дополнительного подъема давления на входе 6 устройства 5 для недопущения увеличения температуры газа на выходе 8. Однако с возрастанием давления газа растет и его температура на входе 6. Для предотвращения взаимно компенсирующего влияния этих факторов, начиная с определяемой расчетным путем температуры газа на входе 6, включают вентиляторы АВО 11 и температура газа на входе 6 устройства 5 стабилизируется, до окончания откачки оставаясь равной температуре окружающего воздуха плюс величина недорекуперации в АВО 11. С этого момента компрессор 1 работает при постоянном давлении нагнетания (на входе 6 в устройство 5), обеспечивающем необходимую величину охлаждения газа при расширении в газовом двигателе или необходимый интегральный дроссель-эффект в дросселирующем органе. Если температура газа на выходе 16 АВО 11 выше температуры газа в участке 4, вентили 20 и 21 открывают, вентиль 22 закрывают и газ дополнительно охлаждается в теплообменнике 12 перед входом 6 в устройство 5. Это позволяет снизить давление нагнетания и потребляемую мощность компрессора 1.
Отметим, что АВО 11 должен быть рассчитан на максимальный теплосъем, обеспечивающий минимальную величину недорекуперации в режиме работы с подогревом газа в теплообменнике 12 перед его всасыванием в компрессор 1.
Пример 1.
При максимальной температуре атмосферного воздуха +40°С, заданной техническими требованиями ОАО «Газпром», и величине недорекуперации +15°С в АВО (см. Основы расчета и проектирования теплообменников воздушного охлаждения: Справочник / общ. ред. В.Б.Кунтыша, А.Н.Бессонного. - СПб.: Недра, 1996, с.113) температура газа на выходе 16 из АВО 11 (входе 6 в устройство 5) будет не ниже +55°С. При предельной температуре эксплуатации антикоррозийного покрытия +40°С температуру газа в устройстве 5 необходимо понизить не менее чем на 15°С. Тогда при давлении в участке 9, равном 7,5 МПа, давление на входе 6 в устройство 5 перед дросселированием должно быть 12,0 МПа (см. Волков М.М. и др. Справочник работника газовой промышленности. - М.: Недра, 1989, рис.4.24).
Пример 2.
Если сохраняются условия Примера 1 и температура газа в участке 4, например, равна +30°С, то температура газа на выходе 17 работающего теплообменника 12 будет +45°С. Тогда для снижения температуры теперь уже на 5°С дросселированием давление на входе 6 должно быть 8,5 МПа.
Таким образом, использование теплообменника 12 приводит в определенных условиях к существенному уменьшению потребляемой компрессором 1 мощности.
| Характеристики применяемых изоляционных материалов | |||||
| № п/п | Наименование материала (№ технических условий) | Основа | Мастика | Максимальная температура эксплуатации, °С | Сайт производителя |
| 1. | Материал рулонный мастичный армированный «РАМ» ТУ 5774-014-05801845-03 | Стеклосетка ССТ-Б или аналогичная | «Транскор-Р» | 40 | www.delan.un-real.ru |
| 2. | Лента полимерно-битумная «ЛИТКОР» ТУ 2245-001-48312016-01 | ПВХ лента, ПЭ лента. | «Транскор» | 40 | www.delan.un-real.ru www.ruiz.ru |
| 3. | Лента полимерно-битумная «ЛИТКОР-НК» ТУ 2245-001-48312016-01 | ПВХ лента, ПЭ лента. | «Транскор» | 40 | www.delan.un-real.ru www.ruiz.ru |
| 4. | Рулонный изоляционный материал «ЛИТЭП» ТУ 2245-003-01297858-01 | ПВХ лента, | БиТЭП | 40 | www.ruiz.ru |
| 5. | Лента изоляционная асмольная модифицированная «ЛИАМ» ТУ 2257-016-16802026-99 | ПВХ лента, ПЭ лента. | Асмол | 40 | www.srcpoisk.ru |
1. Способ откачки газа из отключенного участка магистрального газопровода, содержащего по меньшей мере два участка, заключающийся в том, что отключенный участок соединяют с действующим участком через компрессор и производят откачку газа из отключенного участка в действующий участок, отличающийся тем, что газ компрессором сжимают до величины давления большей, чем величина давления газа в действующем участке, а затем давление газа не изотермически без подвода теплоты понижают до величины давления газа в действующем участке.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что понижение давления сжатого газа до величины давления газа в действующем участке производят в изоэнтропийном процессе.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что понижение давления сжатого газа до величины давления газа в действующем участке производят в изоэнтальпийном процессе.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед понижением давления сжатого газа до величины давления в действующем участке сжатый газ охлаждают в аппарате воздушного охлаждения.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что после аппарата воздушного охлаждения газа газ охлаждают всасываемым в компрессор газом из отключенного участка.
6. Компрессорная установка для откачки газа из отключенного участка в действующий участок газопровода, содержащего по меньшей мере два участка, содержащая компрессор, своим входом соединенный с выходом отключенного участка, и устройство для понижения давления газа, отличающаяся тем, что устройство для понижения давления газа соединено своими входом с выходом компрессора, а выходом с действующим участком.
7. Компрессорная установка по п.6, отличающаяся тем, что устройство для понижения давления газа выполнено в виде газового двигателя.
8. Компрессорная установка по п.6, отличающаяся тем, что устройство для понижения давления газа выполнено в виде дросселирующего органа.
9. Компрессорная установка по п.6, отличающаяся тем, что содержит установленный между выходом компрессора и входом устройства для понижения давления газа аппарат воздушного охлаждения.
10. Компрессорная установка по п.7, отличающаяся тем, что содержит генератор электрического тока, соединенный с газовым двигателем.
11. Компрессорная установка по п.9, отличающаяся тем, что содержит установленный между выходом аппарата воздушного охлаждения и входом устройства для понижения давления газа рекуперативный теплообменник, по охлаждающему потоку соединенный своими входом с выходом отключенного участка, а выходом с входом компрессора.
