Способ магистрального транспорта газа

Изобретение относится к энергосберегающим технологиям транспорта газа и может быть использовано при создании автоматизированной системы управления технологическим процессом магистрального газопровода на компрессорных станциях. Температура и давление компримированного газа на выходе всех компрессорных станций в начале каждого линейного участка магистрального газопровода измеряют и автоматически регулируют из условия поддержания их на оптимальном уровне в соответствии с заданными значениями и величинами возмущающих внешних воздействий, действующих на параметры потока газа в трубопроводе. Техническим результатом является повышение энергоэффективности транспорта газа. 1 ил.

 

Изобретение «Способ магистрального транспорта газа» относится к энергоэффективным технологиям транспорта газа и может быть использовано при создании автоматизированной системы управления магистрального газопровода на компрессорных станциях (КС).

Известен способ транспорта газа по магистральному газопроводу (Панкратов B.C., Берман Р.Я. Разработка и эксплуатация АСУ газотранспортными системами // Л.: Недра, 1982, с.12-21), при котором поток компримированного газа на входе каждой КС компримируется центробежными нагнетателями и охлаждается с помощью аппаратов воздушного охлаждения (АВО). Недостатком такого способа является то, что параметры температуры и давления сжатия газа на выходе КС не согласованы с аналогичными параметрами на соседних КС, что приводит к колебаниям этих параметров на линейных участках магистрального плеча и не исключает возникновения температурных деформаций трубопровода и неоптимальных значений давления перекачиваемого газа. Кроме того, неоптимальные параметры транспортируемого газа приводят к завышенным значениям затрат на транспорт газа на отдельных линейных участках и низкой энергоэффективности магистральных газопроводов в целом.

Известен также способ оптимального согласования режимов работы КС участка магистрального газопровода (Черников В.Ф., Джамирдзе С.А., Ишков А.Г. и др. Оптимизация режимов участка магистрального газопровода// Газовая промышленность, 2010, №9, с.42-44), который заключается в формировании давления и температуры потока сжатого газа по всей трассе газопровода с помощью электроприводных газоперекачивающих агрегатов и вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения, установленных на всех компрессорных станциях в начале каждого линейного участка магистрального газопровода. Однако применяемые в этой системе только электроприводные газоперекачивающие агрегаты относительно редки в использовании и не позволяют минимизировать затраты на транспорт газа для широко используемых на КС газотурбинных агрегатов. Кроме того, рассмотренный в прототипе пример соответствует только одному фиксированному набору параметров транспорта газа и не может учесть их колебания во всем диапазоне изменения производительности газопровода (Q), температуры газа по отношению к грунту (Δt), влажности (β) и температуры окружающей среды (θ).

Технический результат изобретения - повышение энергоэффективности транспорта газа путем непрерывной оптимизации энергопотребления на участке магистрального плеча с газоперекачивающими агрегатами КС и плавного регулирования параметров всех агрегатов.

Это достигается тем, что температура и давление компримированного газа на выходе всех КС в начале каждого линейного участка магистрального газопровода измеряются и автоматически регулируются из условия поддержания их на оптимальном уровне в соответствии с заданием и значениями внешних возмущений, действующих на параметры потока газа в трубопроводе.

Сопоставительный анализ заявляемого решения, заключающегося в формировании давления и температуры потока сжатого газа по всей трассе газопровода с помощью газотурбинных и/или электроприводных газоперекачивающих агрегатов и вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения, установленных на всех компрессорных станциях в начале каждого линейного участка магистрального газопровода, с прототипом показывает, что предлагаемый способ магистрального транспорта газа отличается от известного тем, что в нем автоматически устанавливаются и плавно регулируются величины давления и температуры газа с помощью соответственно газотурбинных и/или электроприводных газоперекачивающих агрегатов различных типов и аппаратов воздушного охлаждения в зависимости от текущих значений давления и температуры газа в трубе, измеряемых соответственно датчиками давления и температуры газа, заданных параметров давления и температуры соответствующего участка магистрального газопровода, а также параметров возмущающих воздействий стохастического характера и, тем самым минимизируются параметрические изменения давления и температуры газопровода, чем повышается его эксплуатационная надежность, а также оптимизируются интегральные энергозатраты на привод ГПА и вентиляторов АВО газа.

На рисунке представлена структурная схема, поясняющая предлагаемый способ магистрального транспорта газа на примере одного из его участков. На схеме показаны линейная часть магистрального газопровода (МГ) 1, по которому на КС 2 поступает природный газ. В состав КС 2 входят газоперекачивающие агрегаты (ГПА) 3 и аппараты воздушного охлаждения газа (АВО) 4. Управление установками ГПА 3 и АВО 4 производится заданием количества работающих агрегатов и соответствующих скоростей вращения приводов ГПА (ω_зад ^ГПА) 5 и вентиляторов АВО (ω_зад ^АВО) 6 посредством блока расчета параметров регулирования 7 в соответствии с заданными значениями производительности 8, давления 9 и температуры газа 10 и сигналами, полученными с датчиков измерения внешних воздействий 11 по параметрам 12 (β), 13 (θ), 14 (Δt) и 15 (Q) и датчиков температуры 16 и давления 17 газа, измеряющих реальные значения соответственно температуры газа 18 и его давление 19 на выходе КС.

Система работает следующим образом.

Объектами управления являются газоперекачивающие агрегаты 3, обеспечивающие заданную производительность 8 МГ на КС 2 при требуемом давлении 9, и аппараты воздушного охлаждения газа 4, где заданная температура газа 10 формируется путем охлаждения его окружающим воздухом, который нагнетают электровентиляторы. В зависимости от требуемой производительности 8 с учетом оптимальных значений давления и температуры газа, контролируемых датчиками 17 и 16, и параметров возмущающих воздействий 12, 13, 14 и 15, измеряемых датчиками 11, блок 7 осуществляет расчет количества работающих ГПА и вентиляторов АВО газа, а также значений скоростей вращения приводов ГПА (ω_зад ^ГПА) 5 и вентиляторов (ω_зад ^АВО) 6 соответственно приводов ГПА 3 и двигателей вентиляторов АВО 4. В результате при заданном расходе газа давление 19 и температура 18 газа на выходе КС устанавливаются и стабилизируются на заданном оптимальном по энергопотреблению КС уровне. Данный способ магистрального транспорта газа при этом представляет собой надежную и долговечную в эксплуатации систему, ограничивающую превышение давления и температуры газа выше предельных значений.

Использование предлагаемого способа магистрального транспорта газа обеспечивает по сравнению с существующими способами автоматическую стабилизацию давления и температуры газа на выходе КС, и тем самым практически полностью устраняет недопустимые деформации и напряженные состояния трубопровода и возможные разрушения его противокоррозионной изоляции, в результате чего повышается эксплуатационная надежность, а также оптимизируются интегральные энергозатраты на привод ГПА и вентиляторов АВО газа МГ.

Способ магистрального транспорта газа, заключающийся в формировании давления и температуры потока сжатого газа по всей трассе газопровода с помощью газотурбинных и/или электроприводных газоперекачивающих агрегатов и вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения, установленных на всех компрессорных станциях в начале каждого линейного участка магистрального газопровода, отличающийся тем, что автоматически устанавливаются и плавно регулируются величины давления и температуры газа с помощью соответственно газоперекачивающих агрегатов и аппаратов воздушного охлаждения в зависимости от текущих значений давления и температуры газа в трубе, измеряемых соответственно датчиками давления и температуры газа, заданных параметров давления и температуры соответствующего участка магистрального газопровода, а также параметров возмущающих воздействий стохастического характера и, тем самым минимизируются параметрические изменения давления и температуры газопровода, чем повышается его эксплуатационная надежность, а также оптимизируются интегральные энергозатраты на привод газоперекачивающих агрегатов и вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа.