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:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности эксплуатации теплообменного оборудования газораспределительных станций магистральных газопроводов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Посмак михаил петрович

Повышение эффективности эксплуатации теплообменного оборудования газораспределительных станций
магистральных газопроводов

Специальность - 25.00.19 – Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью
«Газпром трансгаз Ухта»

Научный руководитель - Кузьбожев Александр Сергеевич,
доктор технических наук
Официальные оппоненты: Одишария Гурами Эрастович доктор технических наук, профессор, советник генерального директора ООО «Газпром ВНИИГАЗ»;
Колотовский Александр Николаевич, кандидат технических наук,
заместитель начальника Управления ОАО «Газпром»
Ведущая организация - ООО «ВолгоУралНИПИгаз», г. Оренбург

Защита диссертации состоится 16 мая 2012 года в 13 часов 30 минут на
заседании диссертационного совета Д 511.001.02, созданного на базе ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район,
пос. Развилка.

Автореферат разослан 29 марта 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Ирина Николаевна Курганова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Для снабжения газом населенных пунктов и промышленных предприятий от магистрального газопровода сооружаются газораспределительные станции (ГРС), основное назначение которых - снижение давления газа и подача его потребителям.

Для исключения образования гидратов при редуцировании газ из магистрального газопровода предварительно подогревается в подогревателях газа (теплообменниках) с промежуточным теплоносителем (ПТ), состоящим из смеси пресной воды (30 % объема) и диэтиленгликоля (ДЭГ, 70 % объема). с

При эксплуатации подогревателей газа с промежуточным теплоносителем со временем снижается их КПД до 30 % за счет деструкции теплоносителя на основе ДЭГ и образования коррозионных высокотемпературных отложений на теплообменных трубах, что влечет перерасход топливного газа на один подогреватель средней мощности до 200 тыс. м3/год или 423 тыс. руб./год.

Очистка труб от отложений связана с необходимостью полной разборки подогревателя, временного слива ДЭГ из корпуса подогревателя и его хранением, что трудоемко. Сложность конфигурации пучка теплообменных труб не позволяет проводить механическую очистку всей поверхности. Технических способов очистки теплообменных труб без остановки эксплуатации и слива ДЭГ не разработано.

Промежуточный теплоноситель рассчитан на длительный период эксплуатации, сравнимый со сроками морального старения оборудования, в течение которого должны обеспечиваться его стабильные свойства, однако процессы ухудшения теплофизических свойств теплоносителя за счет деструкции в ходе хранения и длительной эксплуатации остаются неизученными.

Поэтому повышение эффективности эксплуатации теплообменного оборудования газораспределительных станций магистральных газопроводов (МГ) является актуальной темой исследований.

Цель работы: Разработка методов эксплуатационного мониторинга промежуточного теплоносителя и совершенствование методики ультразвуковой очистки теплообменного оборудования газораспределительных станций магистральных газопроводов для повышения эффективности эксплуатации.

Задачи исследования:

- обобщить и проанализировать факторы, вызывающие уменьшение эффективности эксплуатации теплообменного оборудования ГРС;

- получить опытные данные о физико-химических свойствах промежуточного теплоносителя подогревателей газа на ГРС после его применения с разными сроками эксплуатации;

- исследовать состояние поверхностей теплообмена подогревателя газа ГРС, в условиях осаждения высокотемпературных отложений из промежуточного теплоносителя путем эксплуатационного мониторинга и диагностирования оборудования;

- разработать экспериментальную методику количественной оценки смесей диэтиленгликоля по активности образования осадков, провести имитационные испытания образования осадков на образцах сталей оборудования ГРС с определением скорости и характера осаждения отложений;

- выполнить моделирование в лабораторных условиях процесса ультразвуковой очистки поверхностей труб с разной толщиной и составом отложений, оптимизировать процесс очистки по энергопотреблению, частоте, эффективному расстоянию;

- обосновать методику и параметры оценки эффективности ультразвуковой очистки отложений на деталях подогревателя ГРС для условий эксплуатации без слива промежуточного теплоносителя.

Научная новизна:

Обоснована методика мониторинга и диагностирования подогревателей газа ПТПГ-30, отработавших более 20 лет, выявлена тенденция уменьшения их тепловой мощности, что приводит к существенному увеличению расхода топливного газа, составляющему в среднем не менее 30 % за последние 5-7 лет эксплуатации.

Выполнена экспериментальная оценка параметров теплоносителя от срока эксплуатации, установлена тенденция увеличения плотности на 0,25% в год и уменьшения рН от 7,5-7,7 до 6,5 за 3-5 лет, обусловленная превышением содержания воды в пробах с наработкой 10 лет и свыше.

Предложена и реализована оригинальная экспериментальная методика количественной оценки смесей диэтиленгликоля по активности образования осадков на основе введенного коэффициента электрохимической активности, определяемого с учетом средней и максимальной силы тока катодной и анодной поляризации.

Обоснована методика и параметры оценки эффективности ультразвуковой очистки отложений на деталях подогревателя с учетом массы удаленных отложений, выходной мощности генератора, расстояния между очищаемой и излучающей поверхностями.

Защищаемые положения:

- экспериментальное обоснование методики мониторинга и диагностирования подогревателей газа ПТПГ-30, позволяющей оценить состояние поверхностей теплообмена и эффективность работы оборудования;

- экспериментальное обоснование оценки динамики изменения физико-химических свойств теплоносителя, позволяющей установить пригодность теплоносителя к дальнейшей эксплуатации;

- расчетно-экспериментальное обоснование методики количественной оценки смесей диэтиленгликоля по активности образования осадков, включающей оценку электрохимической активности теплоносителя;

- расчетно-экспериментальное обоснование методики и параметров оценки эффективности ультразвуковой очистки отложений на деталях подогревателя, позволяющей установить оптимальные режимы ультразвуковой очистки отложений.

Практическая ценность работы заключается в разработке стандарта ООО «Газпром трансгаз Ухта» СТО 74.30-00159025-05-001-2009 «Методические рекомендации по обоснованию замены и порядке утилизации промежуточного теплоносителя подогревателей газа».

Разработанные рекомендации внедрены при ремонтных работах по восстановлению номинальной теплопередачи в ходе эксплуатации ГРС, достигаемой путем комплексного мониторинга свойств промежуточного теплоносителя подогревателей газа. В результате на основе диагностирования эффективности работы подогревателей газа выделены объекты, характеризующиеся уменьшением тепловой мощности, на которых рекомендовано выполнить очистку элементов теплообменного оборудования от теплоэкранирующих отложений (более 15 объектов).

По результатам промышленного внедрения работ рассчитан ожидаемый экономический эффект в ООО «Газпром трансгаз Ухта» в 2012-2015 гг., достигаемый за счет снижения материальных и энергетических затрат на капитальный и текущий ремонт подогревателей газа на ГРС путем поддержания их эффективной мощности, увеличения текущего КПД, устранения необходимости временного слива ДЭГ, с планируемым индексом эффективности не менее 6,9 (согласно СТО Газпром РД1.12-095-2004 Внутрикорпоративные правила оценки эффективности НИОКР (приказ №70 от 16.08.2004) – коммерческий эффект).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- 3-ей международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири» (г. Тюмень, 2009 г.);

- IV Межд. научн.-техн. конф. «Газотранспортные системы: настоящее и будущее» (GTS-2011), (ВНИИГАЗ, г. Москва, 2011 г.);

- VII Межд. науч.-практ. конф. «Ашировские чтения» (СамГТУ, п. Агой, 26-29 сент. 2011 г.);

- II Межд. науч.-практ. конф. «Техника и технологии: инновации и качество» (г. Барановичи, Белоруссия, 24-25 ноября 2011 г.);

- IX Всероссийской науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (РГУНиГ им. И.М. Губкина, г. Москва, 30 янв.-1 февр. 2012 г.);

- Межд. конф. «Фундаментальные аспекты коррозионного материаловедения и защиты металлов от коррозии» памяти Г.В. Акимова (ИФХиЭ РАН им. А.Н. Фрумкина, г. Москва, 23-25 мая 2011 г.);

- X Межд. науч. конф. «Севергеоэкотех» (УГТУ, г. Ухта, 4-5 февр. 2010 г.);

- семинарах, деловых встречах, отраслевых совещаниях и научно-технических советах ОАО «Газпром» и его дочерних обществ за период 2007-2011 г.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 129 страниц текста, 66 рисунков, 23 таблицы и список литературы из 144 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и значимость выбранной темы, степень ее разработанности, охарактеризованы научно-методические пути ее решения.

В первой главе выполнен обзор и анализ эффективности работы теплообменного оборудования ГРС МГ, раскрыты проблемы, возникающие при длительной эксплуатации подогревателей газа на ГРС, сопровождающиеся снижением их тепловой мощности, что ведет к существенному повышению расхода топливного газа. Установлено, что одной из причин снижения теплопередачи теплоносителя является образование отложений на деталях подогревателя, через которые осуществляется передача тепла. В развитии теплотехники и её теоретических основ большая заслуга принадлежит российским учёным. Комплексными исследованиями процессов теплопередачи и теории теплообмена занимались различные научные школы, в том числе Всесоюзного теплотехнического института им. Ф.Э. Дзержинского, Центрального котлотурбинного института им. И.И. Ползунова, Энергетический института им. Г.М. Кржижановского АН СССР, Московского энергетического института, Центрального аэрогидродинамического института, и ряда других.

Признанными основоположниками нашей школы физической теплотехники являются Гухман А.А., Кирпичев М.В., Кнорре Г.Ф., Корницкий С.Я.,
Михеева М.А., Невский А.С., Раков К.А., Рамзин Л.К., Сабуров Э.Н., Уваров В.В.

В настоящее время исследования теплообмена интенсивно развиваются как в названных институтах, так и в академических учреждениях, во многих высших учебных заведениях и в различных отраслевых институтах. В ООО «Газпром ВНИИГАЗ» изучением проблем транспорта газа занимались В.В. Харионовский, И.И. Велиюлин. К.И. Джафаров, Я.С. Мкртычан, В.А. Мамаев, С.В. Карпов, в том числе тепломассообменных процессов Г.Э. Одишария, З.Т. Галлиулин, И.Е. Ходанович, Б.Л. Кривошеин.

Несмотря на большое число исследований в данном направлении, отмечен ряд практических проблем работы теплообменного оборудования газораспределительных станций МГ в методическом плане и в вопросах повышения эффективности эксплуатации. В частности, проведены исследования по оценке снижения тепловой мощности подогревателей газа ГРС «Эжва» ООО «Газпром трансгаз Ухта». В 2006 г. было выполнено обследование технического состояния газоподогревателей типа ПТПГ-30. Тепловую мощность определяли при номинальном давлении газа перед горелкой 0,6 кгс/см2, температура газа на входе и выходе подогревателя определялась термометром типа ТК-5.05 с погружным зондом (класс точности 0,5), расход газа через подогреватель определялся по показаниям штатного прибора учета Superflow-2E, класс точности 0,5.

В 2000 и 2006 г. было измерено давление газа перед горелками газоподогревателей, для обеспечения требуемой среднегодовой эксплуатационной нагрузки каждого из газоподогревателей, равной 0,388 Гкал/ч. В частности, наибольшие изменения требуемого давления зафиксированы на подогревателе № 3 (рис. 1).

Установлено, что в 2000 г. для достижения нормативной тепловой производительности на подогревателе № 3 было необходимо давление 0,33 кг/см2, в то время как в 2006 г. уже 0,58 кг/см2, что соответствует относительному перерасходу топливного газа (по давлению) на 57 %. Далее произвели разборку корпуса подогревателя, слили ПТ и выполнили осмотр внутренней полости подогревателя.

Установлено, что тепловая производительность может уменьшаться за счет образования отложений (осадков) на металлических поверхностях деталей подогревателя, через которые осуществляется передача тепла. Отложения исполняют роль теплового экрана и образуются на жаровой трубе, дымогарных трубах и трубном пучке высокого давления.

Уменьшение тепловой производительности подогревателя газа может быть обусловлено, как за счет коррозионных отложений, так и за счет, ухудшения качества собственно теплоносителя, выражающееся в снижении его теплофизических свойств и в первую очередь, в снижении теплоемкости. Данный факт не являлся очевидным и потребовал экспериментальной проверки.

Рис. 1 Зависимость тепловой производительности подогревателя ПТПГ-30
от давления газа перед горелкой

измерения 2000 г.: 1 – подогреватель № 1, 2 - № 2, 3 - № 3; измерения 2006 г.: 4 – подогреватель № 1, 5 - № 2, 6 - № 3

Во второй главе выполнены экспериментальные исследования физико-химических свойств на пробах промежуточного теплоносителя. Коррозионная активность ПТ определялась по концентрации водородных ионов (pH).

Водородный показатель определялся индикаторной лакмусовой бумагой по ТУ 16-09-1181-71 и потенциометрическим методом по ГОСТ 22567.5 с использованием электронного рН-метра, стеклянного и хлорсеребряного электродов. Теплофизические свойства ПТ оценивались по содержанию компонентов смеси вода-гликоль, так как теплопроводность гликоля и воды существенно отличается (при 80 °С кГ 0,26, кВ 0,66 Вт/(м·К). Для приблизительной оценки количества гликоля определялась плотность ПТ, которая измерялась ареометром по ГОСТ 18995.1-73, содержание воды определялось спектрофотометрическим методом. Использовался спектрофотометр, измеряющий спектр поглощения жидких образцов в диапазоне от 1000 до 2000 см-1, со спектральным разрешением не менее 4 см-1.

На основании полученных данных построены зависимости величин плотности и рН проб ПТ от срока эксплуатации (рис. 2). Установлено, что пробы ДЭГ изначально характеризовались наименьшими величинами рН в диапазоне 7,5-7,7. Уже через 2-3 года эксплуатации величина рН ДЭГ принимает значения меньше граничной величины 7,5, что характеризует, согласно принятым критериям среднюю активность ПТ.

Величины рН проб ОЖ-65 уменьшаются до значений менее 7,5 через 11-12 лет эксплуатации, а для проб ОЖ-40 этот период составляет 13 лет. Причем через 10-12 лет эксплуатации ПТ на основе ОЖ-40, ОЖ-65 среднюю активность приобретает не более половины отобранных проб, а для проб ОЖ-40 даже через 20 лет эксплуатации рН не уменьшается менее 7,0.

Таким образом, установлено, что при длительной эксплуатации ПТ происходит процесс уменьшения величины рН, наиболее скоро у ПТ на основе ДЭГ (3-5 лет), и более продолжительное время (10-15 лет) у ПТ ОЖ-40, ОЖ-65 на основе моноэтиленгликоля. Плотность ПТ, и для проб на основе ДЭГ, и на основе ОЖ-40, ОЖ-65 характеризуется тенденцией увеличения показателя со временем эксплуатации. Причем закономерна наибольшая исходная плотность ПТ на основе ДЭГ 1,08-1,09 г/см3 (за исключением единичной пробы с плотностью 1,064), чуть меньшей исходной величиной 1,075-1,08 характеризуются пробы ОЖ-65.

Характер прироста плотности сопоставим для обоих типов ПТ, для ПТ на основе ДЭГ составляет примерно 0,25% в год, для ОЖ-40 примерно 0,17% в год. Таким образом, преимущественное увеличение плотности смеси ДЭГ - вода объясняется следующим. С одной стороны, температура кипения воды наименьшая, равна 100 °С, этиленгликоля 197,6 °С, ДЭГ – 247 °С, поэтому в смеси ПТ в открытом подогревателе газа (без избыточного давления), преимущественному испарению подвержена вода.

То есть, этот процесс приводит к изменению количественного соотношения смеси ДЭГ – вода в сторону увеличения содержания ДЭГ, и соответственно, увеличению плотности смеси. С другой стороны, этиленгликоль и ДЭГ сильно гигроскопичны, примерно за 1 неделю 100 частей этиленгликоля поглощают из воздуха 30 частей воды. Поэтому, процесс изменения состава смеси неоднозначен, так как возможные потери воды ее за счет высокотемпературного испарения могут быть компенсированы путем поглощения воды из воздуха, либо путем восполнения текущих потерь рабочей смеси водой во время эксплуатации.

 а) ависимости плотности (а) и рН (б) проб ПТ от срока-3

 а) ависимости плотности (а) и рН (б) проб ПТ от срока эксплуатации Для-4

а)

Рис. 2 Зависимости плотности (а) и рН (б) проб ПТ от срока эксплуатации

Для точного определения содержания воды в смеси ПТ был применен метод инфракрасной (ИК) фурье - спектроскопии с использованием фурье - спектрометра ФСМ – 1201 в кювете с окнами из CaF2 в поглощающем слое 0,008 см. Фурье-спектрометр ФСМ - 1201 для средней и ближней ИК областей, предназначен для качественного и количественного анализа твердых, жидких и газообразных образцов. Спектрометр автоматизирован и управляется от персонального компьютера.

Для количественного анализа воды в пробах ПТ были приготовлены и измерены градуировочные растворы ДЭГ с массовой долей воды: 0,18; 1,38; 4,46; 8,39; 26,5; 47,4 %. По записанным ИК - спектрам провели определение численных значений ИК – коэффициентов пропускания I1847, I2142 в области волновых чисел 1847 и 2142 см-1 и определили значения оптических плотностей (ОП) по формуле:

(1)

По полученным данным была построена градуировочная зависимость для количественного определения воды в ДЭГ (рис 2).



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.