Повышение энергоэффективности аппаратов воздушного охлаждения газа в условиях крайнего севера

Обозначения и сокращения………………………………………………………… 5
Введение……………………………………………………………………………... 6
1 Литературный обзор………………………………………………………………. 8
1.1 Анализ применяемых в России аппаратов воздушного охлаждения газа…………………………………………………………………………. 8
1.2 Обзор методов повышения энергетической эффективности аппаратов воздушного охлаждения газа…………………………………………….. 18
1.2.1 Использование частотно-регулируемого привода
на электродвигателях аппаратов воздушного охлаждения газа 19
1.2.2 Изготовление силовых элементов вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения газа из композиционных материалов 22
1.2.3 Установка спрямляющего аппарата с плавными обводами….. 24
1.2.4 Установка системы очистки трубных пучков
от накопившейся грязи………………………………………….. 26
1.2.5 Улучшение системы управления аппаратов воздушного охлаждения газа…………………………………………………. 28
2 Применение математической модели аппарата воздушного охлаждения газа для построения зависимости степени открытия жалюзи от количества работающих вентиляторов……………………………………………………….. 37
2.1 Описание работы математической модели аппарата воздушного охлаждения газа на исследуемой компрессорной станции…………….. 37
2.2 Входные данные и результаты расчетов………………………………… 44
2.3 Порядок выполнения расчета………………………………………….... 47
3 Улучшение существующего алгоритма управления аппаратами воздушного охлаждения газа для повышения их энергоэффективности…………………… 61

3.1 Характеристика аппаратов воздушного охлаждения газа на дожимной компрессорной станции Южно-Русского нефтегазоконденсатного месторождения…………………………………………………………….



61
3.2 Варианты повышения энергоэффективности аппаратов воздушного охлаждения газа…………………………………………………………… 64
3.3 Улучшение существующего алгоритма управления аппаратами воздушного охлаждения газа……………………………………………... 66
3.3.1 Применение плавающих уставок для пропорционально интегрального дифференцированного регулирования
и антигидратной защиты……………………………………….. 71
3.3.2 Уставки антигидратной защиты………………………………... 71
3.3.3 Уставка температуры нижнего ряда трубных пучков………… 75
3.3.4 Алгоритм автоматического управления жалюзи……………… 75
3.3.5 Алгоритм автоматического регулирования количества работающих вентиляторов……………………………………… 76
3.3.6 Изменяемые по заданию оператора параметры системы управления аппаратов воздушного охлаждения газа………… 79
Заключение………………………………………………………………………….. 80
Список использованных источников……………………………………………… 80
Приложение А (обязательное) Схема работы алгоритма контроллера ………..... 82

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования.
При эксплуатации технологического оборудования и трубопроводов в условиях Крайнего Севера возможно образование газовых гидратов в их внутренних полостях. Данный процесс приводит к значительному увеличению гидравлического сопротивления и снижению пропускной способности трубопроводов вплоть до их полного закупоривания, с возможным разрушением оборудования вследствие повреждения образовавшимся гидратом. Данная проблема возникает и в трубных пучках теплообменных секций аппаратов воздушного охлаждения газа (АВОг), поэтому на них применяется антигидратная защита, которая работает при температурах окружающего воздуха ниже минус 5 ?С. Однако данная защита неэффективна при несовершенном алгоритме управления, в результате работы которого выявлены следующие недостатки:
– недостаточное охлаждение газа из-за преждевременного срабатывания антигидратной защиты в период эксплуатации АВОг при температурах окружающего воздуха ниже минус 5°С, и снижению энергоэффективности процесса охлаждения газа из-за необходимости включения в работу дополнительных вентиляторов АВОг для поддержания заданной температуры в камере вентилятора;
– преждевременный износ исполнительных механизмов (приводы управления жалюзи и вентиляторы АВОг);
– избыточное участие оператора в управлении АВОг в части корректировки параметров регулирования автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУТП) АВОг при изменении технологического процесса с учетом внешних факторов.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Литературный обзор

1.1 Анализ применяемых в России аппаратов воздушного охлаждения газа

АВОг – устройства, предназначенные для охлаждения газа после его компримирования в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) с целью:
– повышения пропускной способности магистрального газопровода (МГ) за счет увеличения его плотности [1];
– предотвращения чрезмерных температурных напряжений в теле трубы;
– предотвращения сплошности изоляции;
– предотвращения протаивания грунта в районах вечной мерзлоты (провисание) и нарушения устойчивости МГ.
АВОг состоит из одной или нескольких теплообменных секций, установленных на металлоконструкции; вентиляторов, которые прокачивают потоки воздуха через теплообменник и приводов вентиляторов (электромоторов). Вентиляторы устанавливаются в специальных диффузорах, которые предназначены для повышения эффективности и направления воздушного потока. Диффузор вентилятора представляет собой обечайку цилиндрической формы, внутри которой размещен сам вентилятор. Теплообменная секция состоит из оребренных трубок, через которые протекает газ, и коллекторов, к которым подключаются подающий и отводящий трубопроводы и которые распределяют охлаждаемый газ равномерно по трубкам теплообменника. Газ, который требуется охладить, поступает в трубки теплообменника. Тепло передается от газа к трубкам, а от трубок к ребрам и далее к воздуху, который отводит тепло от теплообменника в окружающую среду [2].
Существует два исполнения АВОг [2]:
– аппараты с естественной конвекцией воздуха через теплообменник;
– аппараты с принудительной циркуляцией воздуха, которая осуществляется с помощью вентиляторов.
АВОг с принудительной циркуляцией воздуха применяются значительно чаще, т.к. их эффективность намного выше. Теплообменники с естественной конвекцией применяются в специальных случаях, где технологические процессы требуют обеспечения небольших скоростей воздуха, например, в некоторых типах холодильных камер [2]. Общий вид АВОг представлен на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 – Схема АВОг [2]

По способу принудительной подачи охлаждающего воздуха на теплообменную поверхность аппараты подразделяют на два вида [2]:
– нагнетательный;
– вытяжной.
Взаимное расположение теплообменника и вентиляторов обеспечивает нагнетание воздушных масс на теплообменную секцию. При этом достигается высокая турбулентность воздушного потока на входе в теплообменник и как следствие более эффективная теплопередача. При горизонтальном исполнении обеспечивается легкий доступ к электромотору и вентилятору для проведения технического обслуживания, а также исключается влияние нагретого воздуха на данные элементы [2]. На рисунке 1.2 показано, как вентиляторы нагнетают воздух на теплообменник.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Рузиев, Ф.Р. Повышение энергетической эффективности аппаратов воздушного охлаждения газа / Ф.Р. Рузиев, Г.Р Базаров // Вопросы науки и образования. – 2017. – №5. – С. 45 – 46.
2 Мутугуллина, И.А. Устройство и расчет аппаратов воздушного охлаждения (АВО): учеб. пособие / И.А. Мутугуллина. – Бугульма: 2017. – 80 с.
3 Загорученко, В.А. Теплотехнические расчеты процессов транспорта и регазификации природных газов: Справочное пособие/ В.А. Загорученко, Р.Н. Бикчентай, А.А. Вассерман и др. – М.: Недра, 1980.
4 Крюков, Н. П. Аппараты воздушного охлаждения / Н. П. Крюков. – М.: Химия, 1983. – 168 с.
5 Фомин, А.В. Регулирование и оптимизация режимов работы систем охлаждения технологического газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов: дисcерт. канд. техн. наук: 25.00.19 / Фомин Александр Владимирович. – М., 2012. – 152 с.
6 Загоринский, Э.Е. Эффективность применения частотно-регулируемых приводов в АВО газа на КС / Э.Е. Загоринский, А.И. Гулиенко // Газотурбинные технологии. – 2007. – №9. – С. 32 – 35.
7 Крупников, А.В. Определение энергоэффективности установок воздушного охлаждения на базе аппаратов с различным числом вентиляторов / А.В. Крупников, А.Д. Ваняшов, И.А. Январев // Омский научный вестник. – 2010. – №3. – С. 173 – 175.
8 Хасанов, И.И. Модернизация вентиляторов аппаратов воздушного охлаждения на компрессорных станциях магистральных газопроводов / И.И. Хасанов, А.И. Ардуганов // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2022. – № 1 – 2. – С. 29 – 34.
9 Маланичев, В.А. Разработка и модернизация вентиляторных блоков аппаратов
воздушного охлаждения / В.А. Маланичев, О.Л. Миатов, А.М. Типайлов // Хи-
мическая техника. – 2004. – №2. – С. 1 – 4.
10 Омельянюк, М.В. Повышение экономичности и безопасности эксплуатации аппаратов воздушного охлаждения / М.В. Омельянюк, А.Н. Черномашенко // Нефтепромысловое дело. – 2009. – №4. – С. 43 – 46.

Весь текст будет доступен после покупки