ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗ

УДК 622.691.4
НАУКА И ПРОИЗВОДСТВО
50
О
ПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ
МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
OPTIMIZATION OF THE THERMAL MODES OF THE MAIN PIPELINES
М.М. Шпотаковский - доцент каф. «Термодинамика и тепловые двигатели» РГУ нефти и газа
им. И.М. Губкина, к.т.н.
Mickael M. Shpotakovsky – the senior lecturer of chair «Thermodynamics and thermal engines» of RSU of oil and gas
named after I.M. Gubkin, Candidate of Technics Sciences
Предложена методика оптимизации теплового (температурного) режима магистрального газопровода
(МГ) большого диаметра (1020, 1220 и 1420 мм). Оптимизация теплового режима такого МГ является одним
из путей энергосбережения при транспорте природного газа, т.к. позволяет минимизировать стоимость
энергозатрат на перекачку газа.
The technique of optimization of a thermal (temperature) mode of the main gas pipeline (MG) of the big diameter (1020,
1220 and 1420 mm) is offered. Optimization of a thermal mode of such MG is one of power savings ways at transport of
natural gas since allows to minimize cost of power inputs on gas swapping.
Нефть, Газ и Бизнес
Ключевые слова: магистральные газопроводы больших диаметров, тепловые режимы, оптимизация.
Keywords: main gas pipeline of big diameters, thermal mode, optimization.
Тепловой режим МГ большого диаметра следует
признать основным ″технологическим″ фактором,
который наряду с другими факторами, не уменьшая
их значимости, определяет энергетическую и, в конечном счете, экономическую эффективность работы
газопровода.
Решение любой инженерной задачи ″обречено″ на
успех, если эта задача решается как технико-экономическая. Так при проектировании или реконструкции
указанных МГ необходимо рассматривать как технический (т. е. технологический), так и экономический аспекты решения задачи охлаждения транспортируемого
газа на компрессорных станциях (КС) газопроводов.
Если установлена необходимость охлаждения
газа на КС, что является техническим аспектом отмеченной задачи, то следует решить вопрос о целесообразности оптимизации теплового режима МГ, что
является экономическим аспектом этой задачи.
Впервые охлаждение газа на КС учтено в исследованиях ВНИИГаза и кафедры термодинамики
и тепловых двигателей МИНХ и ГП им. И.М. Губкина
(ныне РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина). Эти исследования позволяют рационально выбрать диаметр
трубопровода, рабочее давление в нем и типоразмер
КС в зависимости от пропускной способности МГ [1]. В
этой работе отмечено, что ″… при транспорте больших
потоков газа одним из рациональных путей повышения
эффективности является охлаждение …″, а результаты технико-экономических расчетов позволяют ″…
оценить эффективность охлаждения …″. Однако в указанных исследованиях тепловой режим МГ большого
диаметра не оптимизировался.
Задачу по оптимизации теплового режима МГ
большого диаметра необходимо решать применительно к так называемому ″технологическому участку″
(ТУ), который в отличие от традиционно используемого расчетного участка состоит из двух соседних КС
10/2011
(например, КС-n и КС-(n+1)) и линейного участка (ЛУ)
трубопровода между этими КС.
Для решения оптимизационной задачи на ТУ (КСn)-(КС-(n+1)) выделены два сечения: первое расположено на входе в установку воздушного охлаждения
газа (УВОГ) на КС-n, используемую на большинстве
МГ России, а второе - на выходе из компрессорного
цеха КС-(n+1). В пределах этих сечений реализуются
два технологических процесса, обеспечивающие безаварийный транспорт газа: охлаждение газа на КС-n и
компримирование газа на КС-(n+1).
В качестве критерия оптимизации теплового режима указанного ТУ целесообразно принять стоимость
энергозатрат на транспорт газа в течение периода
времени τТУ СТУ, которая представляет собой сумму
стоимостей энергозатрат на охлаждение газа на КС-n
Сох(п) и на компримирование газа на КС-(n+1) Скм(n+1), причем стоимость СТУ должна быть минимальной [2]:
СТУ = Сох(n) + Скм(n+1) = f(Тох(n)) = min ,
(1)
где: Тох(n) – температуры охлаждения газа на КС-n.
Если для каждого из Т технологических участков
МГ стоимость энергозатрат СТУ,i будет удовлетворять
условию (1), то стоимость энергозатрат на перекачку
газа по всему газопроводу СМГ также будет минимальной:
Ò
СМГ =
∑C
i =1
ÒÓ,i
= f(Тох(n)) = min.
(2)
Энергозатраты на охлаждение газа на КС-n за
период времени τТУ представляют собой расход электроэнергии в электроприводах работающих в УВОГ
вентиляторов Wох(n). Стоимость этих энергозатрат
определяется из соотношения