авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Транспортировка высоковязкой нефти по магистральному нефтепроводу с использованием тепловых насосов

-- [ Страница 2 ] --

Температура нагрева нефти на ТНПП возрастает с увеличением затрат на подогрев. Кривая температуры подогрева на ТНПП с грунтовым источником низкотемпературного тепла ниже, чем на фиксированно расположенном пункте подогрева с водным источником тепла из-за большей стоимости внешних теплообменников.

Решением уравнений (5-7) являются зависимости, близкие к линейным, а значит, с достаточной степенью точности выражения (5-7) аппроксимируются линейными функциями: , , .

Технологические параметры нагрева на смежных участках взаимосвязаны.

Следующим этапом расчета является определение оптимального соотношения мощностей ТНПП, расположенных на нескольких смежных участках, на каждом из которых определена зависимость температурного режима от затрат на подогрев.

Так как потери на гидравлическое трение и затраты на подогрев нефти связаны функционально , то можно для каждого из рассматриваемых участков построить график этой зависимости (рисунок 3).

Рисунок 3 – Зависимость гидравлических потерь в нефтепроводе от полных дисконтированных затрат на подогрев нефти в ТНПП

При увеличении затрат на подогрев, увеличивается температура нагрева, а значит, увеличивается температурный напор между перекачиваемой нефтью и окружающей средой, поэтому при увеличении затрат на подогрев скорость уменьшения потребного напора падает, а значит, график функции выпуклый вниз. Уменьшение затрат на подогрев на любом из участков (например, на участке длиной l1 или на участке длиной l2) вызовет увеличение потерь на данном участке и с целью компенсации данного увеличения потерь необходимо понизить потери на любом другом участке, причем для этого потребуются бльшие затраты (, а ). Таким образом, при поддержании заданной производительности и известном располагаемым напоре любое отклонение от утверждения (3) вызовет увеличение расходов на подогрев. При выполнении условия (3) затраты на подогрев будут минимальны.

В рамках модели Лейбензона с учетом вязкостно-температурной зависимости по Рейнольдсу-Филонову, осевого градиента температур по В.Г. Шухову, радиального по М.А. Михееву частная производная (3) имеет вид

(8)

В итоге, из уравнений (8) для каждого из j-х участков графоаналитическим методом находятся дисконтированные затраты на теплонасосные станции, которые определяют температурный режим перекачки.

Тепловая мощность ТНПП i-го пункта подогрева j-го участка равна

(9)

Рассмотрено увеличение пропускной способности нефтепровода Уса - Ухта с 1872 до 2412 . На рисунке 4 показано изменение графической характеристики нефтепровода. На рисунке 5 показано изменение температуры по длине нефтепровода до и после реконструкции.

В работе определены мощности и места установок теплонасосных пунктов подогрева . Суммарная тепловая мощность теплонасосных установок N=13,85 МВт; потребляемая электрическая – NЭ=3,45 МВт, что составляет всего 27% от энергозатрат на привод магистральных насосов, перекачивающих нефть по данному нефтепроводу, что может служить критерием предварительной оценки о возможности эффективного применения тепловых насосов при транспорте высоковязкой нефти по магистральному нефтепроводу.

 Графическая характеристика нефтепровода и насосных станций 1 –-43

Рисунок 4 - Графическая характеристика нефтепровода и насосных станций

1 – распределение температур по нефтепроводу до реконструкции;

2 – распределение температур по нефтепроводу после реконструкции

Рисунок 5 – Изменение температуры по длине магистрального нефтепровода Уса-Ухта

В четвертой главе обоснованы критерии применения на ТНПП дополнительных пиковых нагревателей.

Температура окружающей нефтепровод среды в течение года изменяется. По мере ее снижения увеличивается температурный напор, и тепловые потери трубопровода в окружающую среду возрастают. Вместе с тем, именно в зимний период с понижением температуры окружающей среды теплопроизводительность тепловых насосов снижается, и можно предположить, что подогрев только с использованием тепловых насосов может оказаться неэкономичным.

В качестве пиковых нагревателей целесообразно использовать традиционные способы нагрева нефти: нагрев в путевых подогревателях, паро-, электро- или индукционный подогрев.

Определено соотношение мощности теплонасосной установки и дополнительного нагревателя. Рассмотрена эксплуатация нефтепровода в различных условиях эксплуатации. На рисунке 6 приведен график изменения суммарной мощности теплонасосных пунктов подогрева при прокладке нефтепровода в районе с континентальном климатом (Башкортостан), где диапазон изменения температуры грунта на глубине заложения оси составляет 17 градусов.

Рисунок 6 - График изменения во времени суммарной мощности теплонасосных пунктов подогрева

Мощность ТНПП при пиковой нагрузке, соответствующей минимальной температуре грунта, обозначена на графике Nmax, номинальная мощность теплового насоса – NТН. Площадь под графиком P=Р1+Р2 представляет собой теплоту, переданную нефтепроводу за нагревательный период, причем Р2 – теплота, переданная нефтепроводу от теплового насоса, Р1 – от дополнительного нагревателя.

Дисконтированные затраты на подогрев нефти определены как:

, (10)

где - часть всех капитальных затрат в -м году;

– стоимость 1 кВт·ч энергии, выдаваемой дополнительным нагревателем;

– отношение стоимости единицы тепловой энергии дополнительного нагревателя к стоимости единицы тепловой энергии теплового насоса;

- стоимость капитальных затрат на 1 кВт установленной мощности дополнительного нагревателя;

- отношение стоимостей капитальных затрат единицы мощности теплонасосной станции к единице мощности дополнительного нагревателя.

Из условия минимума целевой функции (10) построены графики зависимости отношения номинальной тепловой мощности теплового насоса NТН к пиковой нагрузке на ТНПП Nmax от отношения стоимостей капитальных затрат единиц мощности теплонасосной станции и дополнительного нагревателя для различных отношений стоимости единицы тепловой энергии теплового насоса к стоимости единицы тепловой энергии дополнительного нагревателя (рисунок 7).

При сроке эксплуатации оборудования 20 лет для нефтепровода, эксплуатирующегося в условиях континентального климата, на пиковый нагреватель приходится от 10 до 40% нагрузки в зимний период эксплуатации в зависимости от диапазона изменения температуры грунта.

 а), б), в) – срок эксплуатации оборудования 20, 15 и 10 лет соответственно -55

 а), б), в) – срок эксплуатации оборудования 20, 15 и 10 лет соответственно -56

а), б), в) – срок эксплуатации оборудования 20, 15 и 10 лет соответственно

Рисунок 7 – Зависимость отношения номинальной тепловой мощности теплового насоса к пиковой нагрузке на ТНПП от отношения стоимостей капитальных затрат единиц мощности теплонасосной станции и дополнительного нагревателя

Аналогичный расчет для нефтепровода, проходящего в райнах Крайнего Севера, где диапазон изменения температуры грунта не превышает 10 градусов, показал, что при эксплуатации более 10 лет уменьшение полных дисконтированных затрат за счет установки пиковых нагревателей составляет менее 1%, а доля пикового нагревателя в общей мощности ТНПП составляет менее 10%. С учетом удорожания стоимости обвязки ТНПП и автоматики теплонасосного пункта подогрева при установке пиковых нагревателей, можно сделать вывод, что в районах Крайнего Севера полные дисконтированные затраты на сооружение и эксплуатацию ТНПП без пиковых нагревателей будут минимальными.

В пятой главе даны рекомендации по проектированию теплонасосных пунктов подогрева.

Применение предлагаемой технологии подогрева нефти требует тщательного обследования трассы нефтепровода на наличие приоритетных источников низкотемпературного тепла. При наличии по трассе нефтепровода водных источников тепла, ТНПП привязываются к месту их нахождения из-за более низкой стоимости внешнего теплообменника. Если частота расположения водных источников недостаточна для обеспечения требуемого распределения температуры, то можно использовать доступный повсеместно грунт.

Даны рекомендации по выбору грунтового теплообменника. Предпочтение отдается вертикальным грунтовым теплообменникам с глубиной монтажа 50 – 200 м. При глубине меньше 50 м увеличивается площадь поверхности Земли, используемой для установки грунтового теплообменника, а бурение на глубину более 200 м повлечет за собой дополнительные эксплуатационные затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления трубок теплообменника.

При прочих равных условиях стоимость тепловой мощности, производимой автономными ТНПП, ниже, чем стоимость тепловой мощности ТНПП при подключении к электросети, что связано с существующими высокими тарифами на электроэнергию (стоимость услуг по диспетчеризации, передаче и сбыту электроэнергии составляет более 70% тарифа). Поэтому когенерационная установка является неотъемлемой частью технологической цепочки.

В диапазоне изменения температуры грунта более 7-13 градусов рекомендуется использовать на ТНПП дополнительный нагреватель номинальной мощностью от 10 до 40% в зависимости от технических параметров ТНПП. При изменения температуры грунта в более низком диапазоне, установка пиковых нагревателей нецелесообразна.

Использование сторонним пользователем в качестве источника электроэнергии когенерационной установки ТНПП возможна как крайняя мера, при объединении технологических процессов. При расчете эксплуатационных затрат на ТНПП продажа электроэнергии от когенерационной установки нецелесообразна.

Определена электрическая мощность когенерационной установки при ее совместной работе с тепловым насосом на ТНПП:

, (11)

где W - тепловая мощность когенерационной установки: ;

- потребляемая мощность теплового насоса;

- суммарная потребляемая мощность циркуляционных насосов гидравлической обвязки;

- коэффициент преобразования энергии теплового насоса;

- тепловой КПД когенерационной установки;

- электрический КПД когенерационной установки.

Проведено технико-экономическое обоснование повышения пропуск-ной способности магистрального нефтепровода, рассмотренного в примере 1. Установлено, что использование природного низкопотенциального тепла для «распределенного» подогрева высоковязкой нефти, транспортируемой по магистральному нефтепроводу, позволяет снизить энергозатраты на трубопроводный транспорт высоковязкой нефти с экономией условного топлива для нефтепровода Уса-Ухта более 25%, по сравнению с альтернативным способом – реконструкцией насосных станций.

Индекс доходности во всем диапазоне возможных цен на условное топливо и стоимости капитальных затрат больше единицы, что свидетельствует о высокой эффективности и малом сроке окупаемости предложенной технологии.

Основные выводы и рекомендации

1 Разработан и обоснован энергосберегающий и экологически безопасный способ транспортировки высоковязкой нефти с «распределенным» подогревом, предполагающий использование природного тепла «с возвратом» за счет расстановки по трассе теплонасосных пунктов подогрева, и подведены основы для методологического расчета температурных режимов ТНПП из условия оптимизации затрат при их неравномерном расположении с учетом вида используемого источника природного низкопотенциального тепла.

2 Рекомендовано осуществлять подогрев нефти на ТНПП на величину не более 7 оС и использовать тепловые насосы с центробежным компрессором, коэффициент преобразования энергии которых в условиях эксплуатации на нефтепроводе превышает значение 5.

3 Обоснован критерий применения на ТНПП дополнительных пиковых нагревателей. В диапазоне изменения температуры грунта более 7-13 градусов рекомендуется использовать на ТНПП дополнительный нагреватель номинальной мощностью от 10 до 40% в зависимости от технических параметров ТНПП. При изменения температуры грунта в более низком диапазоне, установка пиковых нагревателей нецелесообразна.

4 Проведено технико-экономическое обоснование повышения пропускной способности магистрального нефтепровода Уса-Ухта. Установлено, что использование природного низкопотенциального тепла для «распределенного» подогрева высоковязкой нефти, транспортируемой по магистральному нефтепроводу, позволяет снизить энергозатраты на трубопроводный транспорт высоковязкой нефти. Для нефтепровода Уса-Ухта экономия условного топлива превышает 25% в сравнении с альтернативным способом – реконструкцией насосных станций, а срок окупаемости капитальных затрат не превысит двух лет.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

1 Гаррис, Н.А. Построение динамической характеристики магистрального трубопровода (Модель вязкопластичной жидкости) / Н.А. Гаррис, Ю.О. Гаррис, А.А. Глушков // Нефтегазовое дело. - 2004. - №2. - С.296.

2 Глушков, А.А. Расчет неизотермического нефтепровода с учетом подкачек нефти / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Материалы 55-й н.-т. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Уфа: УГНТУ, 2004. - С.153.

3 Глушков, А.А. Низкотемпературная перекачка при помощи тепловых насосов с электрическим нагревателем / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Трубопроводный транспорт – 2005: материалы Международной учебно-научно-практической конференции. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2005. - С. 66.

4 Глушков, А.А. Определение оптимальных параметров перекачки при снижении вязкости нефти с использованием теплового насоса / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Трубопроводный транспорт – 2005: материалы Международной учебно-научно-практической конференции. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2005. - С. 64-66.

5 Глушков, А.А. Учет тепла трения при моделировании неизотермического трубопровода / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Материалы 56-й научно-технич. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа: УГНТУ, 2005. – С. 101.

6 Глушков, А.А. Технико-экономическое обоснование возможности применения тепловых насосов при перекачке вязкопластичных жидкостей / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Материалы 56-й научно-технич. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа: УГНТУ, 2005. – С.101-102.

7 Глушков, А.А. Моделирование магистрального неизотермического трубопровода в осложненных условиях эксплуатации / А.А. Глушков // Записки Горного института. - СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2006. - Т.167. - Ч.2. - С. 13-15.

8 Гаррис, Н.А. Нетрадиционный способ подогрева потока высоковязкой нефти / Н.А. Гаррис, А.А. Глушков // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: материалы V Международной научно-технической конф.-Новополоцк: УО "ПГУ", 2006. - С. 126.

9 Гаррис, Н.А. Определение числа тепловых насосов и их тепловой мощности в расчете на максимальную загрузку магистрального нефтепровода / Н.А. Гаррис, А.А. Глушков // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: материалы V Международной научно-технической конф.-Новополоцк: УО "ПГУ", 2006. - С. 127-128.

10 Гаррис, Н.А. Экономический эффект за счет оборудования теплонасосных установок дополнительным нагревателем, компенсирующим пиковые нагрузки / Н.А. Гаррис, А.А. Глушков // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: материалы V Международной научно-технической конф.-Новополоцк: УО "ПГУ", 2006. - С. 129.

11 Глушков, А.А. Грунт как источник низкотемпературного тепла / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Материалы 57-й научно-технич. конференции сту-дентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа: УГНТУ, 2006. – С. 54.

12 Глушков, А.А. Нетрадиционный способ подогрева потока высоковязкой нефти / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: материалы V Международной научно-технической конф.-Новополоцк: УО "ПГУ", 2006. - С. 122-125.

13 Глушков, А.А. Определение мощности тепловых насосов в расчете на максимальную загрузку магистрального нефтепровода / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: материалы V Международной научно-технической конф.-Новополоцк: УО "ПГУ", 2006. - С. 125-130.

14 Глушков, А.А. Определение функциональной зависимости между температурами нагрева на теплонасосных установках при распределенном подогреве / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Трубопроводный транспорт – 2006: материалы Международной учебно-научно-практической конференции. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. - С. 43-44.

15 Глушков, А.А. Способ перекачки нефти с низкотемпературным подогревом, не нарушающий естественный радиационно-тепловой баланс / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Трубопроводный транспорт – 2006: материалы Международной учебно-научно-практической конференции. - Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2006. - С. 41-42.

16 Глушков, А.А. Хладагенты нового поколения / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // Материалы 57-й научно-технич. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ. – Уфа: УГНТУ, 2006. – С. 53.

17 Глушков, А.А. Способ, альтернативный "горячей" перекачке / А.А. Глушков, Н.А. Гаррис // VII научно-техническая конференция молодежи ОАО "Северные МН": материалы конференции, г. Ухта, 21-23 нояб. 2006г. / под ред. Н. Е. Чепурного. - Ухта: ГТУ, 2006. - С. 14.

18 Гаррис, Н.А. Энергосбережение при трубопроводном транспорте высоковязких нефтей / Н.А. Гаррис, А.А. Глушков // Нефтегазовое дело. - 2007. -Т.5, №1. - С.99-103.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.