Фарухшина Регина Радиковна. Обеспечение энергетической эффективности работы компрессорных станций с газотурбинным приводом при эксплуатации и реконструкции : Фарухшіна Регіна Радиковна. Забезпечення енергетичної ефективності роботи компресорних станцій з газотурбінним приводом при експлуатації і реконструкції Farukhshina Regina Radikovna. Ensuring the energy efficiency of compressor stations with a gas turbine drive during operation and reconstruction

Краткое описание

Фарухшина Регина Радиковна. Обеспечение энергетической эффективности работы компрессорных станций с газотурбинным приводом при эксплуатации и реконструкции: автореферат дис. ... кандидата Технических наук: 25.00.19 / Фарухшина Регина Радиковна;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»], 2018

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет»
На правах рукописи

ФАРУХШИНА РЕГИНА РАДИКОВНА ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ
Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Китаев Сергей Владимирович
Уфа 2018
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОБЗОР МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНЫХ
СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
Приоритетные направления повышения энергоэффективности работы компрессорных станций
в магистральном транспорте природного газа
Исследование путей снижения затрат топливного газа на компрессорных станциях при проведении
энергетических обследований
Моделирование эксплуатационных характеристик оборудования в трубопроводоном транспорте
природного газа
СОКРАЩЕНИЕ ПОТЕРЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ
АГРЕГАТОВ
Экспериментальное определение потерь газа в системе
регулирования уплотнения газового компрессора
Теоретическое обоснование применения эжектора в системе регулирования центробежного компрессора для подачи газа
в топливный коллектор агрегатов
Моделирование работы эжектора в системе регулирования
центробежного компрессора в Ansys Workbench
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПОНОВКИ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ
ИЗ УСЛОВИЯ МИНИМИЗАЦИИ ЗАТРАТ
Выбор схем компоновки компрессорных цехов при замене
газоперекачивающих агрегатов
Разработка способа выбора приоритетных типов аппаратов воздушного охлаждения газа для установки на
компрессорных станциях при реконструкции
Разработка способа выбора приоритетных типов пылеуловителей для установки на компрессорных
станциях при реконструкции
КОНТРОЛЬ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ
ГАЗОПРОВОДОВ
Анализ методов определения показателей энергоэффективности работы газоперекачивающих
агрегатов на компрессорных станциях
Разработка методов определения показателей энергоэффективности газоперекачивающих агрегатов
при ограниченном объеме исходной информации 95
4.3 Способ определения базовых эксплуатационных
характеристик газотурбинных установок, устанавливаемых
при реконструкции на компрессорных станциях 104
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 116
ПРИЛОЖЕНИЯ 131
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Важнейшей составляющей системы обеспече¬ния природным газом промышленности, энергетики и населения России был и остается трубопроводный транспорт.
Истощение запасов газа на существующих месторождениях, отдаление от центров потребления газа до новых мест освоения добычи приводят к уве¬личению протяженности трубопроводного транспорта и непрерывному росту стоимости энергоресурсов в стране.
Увеличение объемов добываемого и транспортируемого газа, с ростом количества эксплуатируемого физически и морально устаревшего оборудования компрессорных станций, диктует потребность в новых программах реконструкции и модернизации с учетом индивидуальных характеристик применяемого газотранспортного оборудования.
Значительные энергозатраты на работу компрессорных станций (КС) обуславливают потребность в экономии природного газа, расходуемого на собственные нужды газоперекачивающих агрегатов (ГПА).
В связи с вышеизложенным актуальными являются задачи разработки и обоснования новых методов, направленных на повышение энергоэффективности работы ГПА при реконструкции и эксплуатации КС с учетом режимно-технологических показателей транспорта газа.
Степень разработанности темы
Вопросами обеспечения энергетической эффективности КС с газотур¬бинным приводом занимались следующие авторы: Поршаков Б.П., Апосто¬лов А.А., Седых А.Д., Лопатин А.С., Вертепов А.Г., Козаченко А.Н., Ники¬шин В.И., Калинин А. Ф., Торопов А.Ю., Ванчин А.Г., Будзуляк Б.В., Мика- элян Э.А., Шотиди К.Х. (РГУ НГ им. И.М. Губкина), Гриценко А.И., Галиул¬лин З.Т., Ишков А.Г., Харионовский В.В., Леонтьев Е.В., Козлов С.И., Сини- цин Ю.Н., Цегельников Л.С., Щуровский В.А. (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»), Шаммазов А.М., Байков И.Р., Гаррис Н.А., Галлямов А.К., Гольянов А.И., Китаев С.В., Смородова О.В. (Уфимский государственный нефтяной техни¬ческий университет).
Вопросами совершенствования энергетических показателей ГПА, уста-новленных на КС, занимались и отражали в своих работах Зюзьков В.В., Поршаков Б.П., Лопатин А.С., Микаэлян Э.А., Козаченко А.Н., Кичатов В.В., Вертепов А.Г., Чурикова М.М. (РГУ им. И.М. Губкина), Байков И.Р., Шамма- зов А.М., Галлямов А.К., Гаррис Н.А., Гольянов А.И., Смородова О.В., Кита¬ев С.В. (УГНТУ) и другие авторы.
Соответствие паспорту заявленной специальности
Тема и содержание диссертационной работы соответствуют паспорту специальности ВАК РФ 25.00.19 - «Строительство и эксплуатация нефтега-зопроводов, баз и хранилищ»: п. 2 - «Разработка и оптимизация методов проектирования, сооружения и эксплуатации сухопутных и морских нефтега-зопроводов, нефтебаз и газонефтехранилищ с целью усовершенствования технологических процессов с учетом требований промышленной экологии»; п. 3 - «Разработка научных основ и усовершенствование технологии трубо¬проводного транспорта газа, нефти и нефтепродуктов, гидро- и пневмокон- тейнерного транспорта»; п. 6 - «Разработка и усовершенствование методов эксплуатации и технической диагностики оборудования компрессорных станций».
Цель работы - разработка технологических и технических решений для повышения эффективности работы компрессорных станций с газотур¬бинным приводом при эксплуатации и реконструкции.
Для достижения поставленной цели диссертационного исследования решались следующие задачи:
1 Оценка фактических потерь природного газа через свечи из камер дегазации центробежных компрессоров (ЦБК) с определением вида функ-циональной зависимости количественных потерь от наработки газоперекачи-вающих агрегатов.
2 Разработка технического решения для повышения эффективности ГПА путём снижения потерь природного газа из камер дегазации ЦБК, сбра¬сываемого в атмосферу через свечи.
3 Оптимизация схемы компоновки компрессорных станций газоперекачивающими агрегатами по типу и мощности, аппаратами воздушного охлаждения и пылеуловителями при реконструкции.
4 Разработка методики определения показателей энергоэффективно¬сти ГПА в условиях недостатка информации, исключающей риски снижения точности полученных результатов.
Научная новизна:
1 Впервые подобрана статистическая модель для расчета потерь газа через свечи камеры дегазации ЦБК, учитывающая наработку компрессора после капитального ремонта, коэффициент технического состояния и объем¬ную концентрацию метана в свече.
2 Установлена новая закономерность, представленная в виде эмпири-ческой зависимости потерь природного газа из камеры дегазации центробеж¬ных компрессоров ГПА от наработки после капитального ремонта.
3 Разработан и обоснован новый критерий расчета удельного расхода топливного газа по основным параметрам работы ГПА, имеющим наиболее значимую корреляционную взаимосвязь с искомым показателем, определен¬ной по обучающей выборке нейронной сети.
Теоретическая и практическая значимость работы
Рекомендации по экспериментальному определению нерациональных потерь природного газа из камеры дегазации центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов, математическая модель для расчета потерь газа через свечи дегазации, учитывающие наработку ЦБК после капитально¬го ремонта, коэффициент технического состояния ЦБК и объемную концен¬трацию метана в свече для ГПА типа ГТК-10М «Рекон» позволяют уточнить нормативное значение на 30%, апробированы, подтверждены и используются Башкирским управлением ООО «Газпром газнадзор» с 28 ноября 2017 года.
По результатам выполненных в диссертационной работе исследований издано учебно-методическое пособие «Расчеты энергоресурсосберегающих мероприятий в магистральном транспорте газа», которое используется в учебном процессе в ФГБОУ ВО УГНТУ для студентов, обучающихся по направлению «Нефтегазовое дело», специальность «Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки».
Методы решения задач
При решении задач, поставленных в научно-квалификационной работе, применялись следующие методы: вероятностно-статистические, иерархий, конечных элементов. Для разработки математических моделей использова¬лись программные продукты «Statistica Neural Networks» и «Ansys Workbench Fluent», электронные таблицы Excel.
Для подтверждения результатов использовались статистические дан¬ные промышленной эксплуатации ГПА на компрессорных станциях магист¬ральных газопроводов.
Достоверность
В диссертационной работе были корректно использованы соответст¬вующие математические методы и формулы, вычислительные программные комплексы, зарегистрированные средства измерений и методики. Достовер¬ность научных положений и полученных результатов исследований подтвер¬ждаются сопоставлением полученных результатов с экспериментальными (фактическими) данными.
Апробация результатов работы
Основные результаты и научные положения диссертационной работы были доложены на: XVIII-ой Международной научно-технической
конференции «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 12-14 марта 2014 г.); XIX-ой Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (г. Уфа, 10-12 марта 2015 г.);
X- ой Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт-2015» (г. Уфа, 2015 г.); VIII-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2015» (г. Уфа, ноябрь 2015 г.);
XI- ой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ООО «Газпром трансгаз Уфа» «Совершенствование и повышение качества
инженерно-технического производства в газотранспортной отрасли» (г. Уфа, 2015); 67-ой научно-технической конференции УГНТУ (г. Уфа, апрель 2016 г.); Международной научно-технической конференции, посвященной памяти академика А. Х. Мирзаджанзаде (г. Уфа, 16-18 ноября 2016 г.); XI-ой Международной учебно-научно-практической конференции «Трубопровод¬ный транспорт-2016» (г. Уфа, 2016 г.); IX-ой Международной научно¬практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2016» (г. Уфа, ноябрь 2016 г.); 68-ой научно-технической
конференции УГНТУ (г. Уфа, апрель 2017 г.); XIII-ой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ООО «Газпром трансгаз Уфа» «Совершенствование и повышение качества инженерно-технического производства в газотранспортной отрасли», (г. Уфа, 2017 г.); Международной научно-практической конференции «Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли», (г. Альметьевск, 2017 г.); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы и достижения науки и образования в XXI веке (естественные и технические науки)», (г. Самара, 2018 г.).
Публикации
Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 16 работах, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ. Получено одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа изложена на 155 страницах печатного текста, включая 29 Таблиц и 52 Рисунка; состоит из введения, четырех глав, основ¬ных выводов, содержит список использованной литературы из 139 наимено¬ваний, в том числе 6 иностранных, и 8 Приложений.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1 Проведено экспериментальное исследование по оценке количест¬венных потерь природного газа через свечи из камер дегазации ЦБК Н370-18-1 в составе ГПА типа ГТК-10М «Рекон». Установлена новая зако¬номерность, представленная в виде эмпирической зависимости потерь при¬родного газа из камеры дегазации центробежных компрессоров ГПА от нара¬ботки после капитального ремонта. Для ГПА ГТК-10М «Рекон» с наработкой ЦБК, равной 0,18 ^ 22,94 тыс. ч., потери газа через свечи составили
3 3
5,93 ^ 14,13 м /ч, при нормативном значении, равном 15,43 м /ч. Разработана математическая модель для расчета потерь газа через свечи камеры дегаза¬ции, учитывающая наработку ЦБК после капитального ремонта, коэффици¬ент технического состояния ЦБК и объемную концентрацию метана в свече. Средняя квадратичная погрешность функциональной зависимости составляет не более 3,0 %.
2 Предложено техническое решение по экономии природного газа сбрасываемого в атмосферу из камеры дегазации ЦБК путем подачи его в систему топливного газа ГПА с помощью эжектора. Предложен вариант кон¬струкции и геометрические размеры эжектора. КПД рассчитываемого эжек¬тора составляет 25,2 %. Экономический эффект при улавливании сбрасывае¬мого газа в атмосферу по всему парку ГПА типа ГТК-10М «Рекон» ПАО «Га зпром» по предварительным расчетам составит 312,2 млн руб./год. Срок окупаемости эжекционной установки при оснащении всех ГПА на одной компрессорной станции составит 4,5 года.
3 Предложен способ принятия решения при выборе оптимальной компоновки компрессорных станций основным оборудованием в условиях неравномерности магистрального транспорта газа. На примере реконструк¬ции КС установлено, что при выборе оптимальной компоновки ГПА пред¬почтительнее вариант компоновки КС с тремя агрегатами ГПА-25р серии «Урал». Наилучшим вариантом выбора типа АВО газа для замены является применение аппарата типа 2ABr-75c. Показано, что при замене ПУ наилуч¬шим вариантом выбора является применение ПУ типа ГП 628.
4 Получена методика определения удельного расхода топливного газа по основным параметрам ГПА, контролируемым штатной системой автоматики, основанный на применении искусственных нейронных сетей в условиях недостатка информации. При обучении нейронной сети, по данным с вариацией параметров в обучающей выборке 20 %, погрешность обучения не превышает 1 %. Показано, что при использовании нейронной сети для расчета показателей энергоэффективности средняя квадратичная погрешность не превышает 5 %. Предложенная нейросетевая модель может быть интегрирована в станционные системы мониторинга компрессорной станции.