Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Экспериментальное исследование условий выноса жидкостных скоплений из внутренней полости газопровода

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Автореферат диссертации по теме "Экспериментальное исследование условий выноса жидкостных скоплений из внутренней полости газопровода"

На правах рукописи

ПОТАПЕНКО ЕГОР СЕРГЕЕВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ВЫНОСА ЖИДКОСТНЫХ СКОПЛЕНИЙ ИЗ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ГАЗОПРОВОДА

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов,

баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

29 Я!'3 2015

Москва 2014 г.

005558082

005558082

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа

имени И.М. Губкина

Научный руководитель Доктор технических наук, профессор РГУ

нефти и газа имени И.М. Губкина Лурье Михаил Владимирович

Официальные оппоненты: Галиуллин Загидулла Талипович,

доктор технических наук, профессор ООО «Газпром ВНИИГАЗ»

Седых Александр Дмитриевич,

кандидат технических наук, зам. генерального

директора ООО «АВТОГАЗ»

Ведущая организация

ОАО «СевКавНИПИгаз»

Защита состоится «19» февраля 2015 г. в 15 часов 00 мин. в ауд.502 на заседании диссертационного совета Д212.200.06 при Российском государственном университете нефти и газа имени И. М. Губкина по адресу: Ленинский проспект д. 65, ГСП-1, г. Москва, 119991.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.

Автореферат разослан «15» января 2015 г. Объявление о защите диссертации и автореферат размещены на официальном сайте РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина http://www.gubkin.ru и направлены на размещение в сети Интернет Министерства образования и науки Российской Федерации по адресу http://vak2.ed.gov.ru.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета д.т.н., профессор

А.М. Ревазов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Диссертация посвящена изучению вопросов, связанных с удалением скоплений жидкости из пониженных участков профиля газопроводов. Практика показывает, что природный газ, транспортируемый по трубопроводам, содержит высокомолекулярные углеводороды, а также пары воды. При определенных условиях (давлении и температуре) эти углеводороды и пары конденсируются и выпадают в виде жидкости, которая аккумулируется в пониженных участках профиля газопровода, образуя жидкостные скопления. Аналогичная ситуация имеет место для участков морских трубопроводов, в которых течет газ, содержащий большую долю газоконденсатных составляющих. Скопления жидкости, образующиеся в трубе, существенно затрудняют нормальную транспортировку газа. Они сужают живое сечение трубопровода, увеличивая тем самым гидравлическое сопротивление движению потока газа. Кроме того, в определенных условиях скопления жидкости приходят в движение, образуя так называемый «слаг» или подвижную жидкостную пробку. Движение тяжелого «слага» в газопроводе наподобие снаряда в стволе орудия происходит с большой скоростью и представляет собой серьезную опасность для технологического оборудования, установленного на магистрали. Как следствие, возможны аварии с разрушением оборудования и даже разрывом трубопровода. Во всех подобных случаях остро стоит проблема очистки внутренней полости газопровода от скоплений жидкости.

Цель диссертационной работы

Цель диссертационной работы состоит в экспериментальном изучении использования энергии транспортируемого газа для удаления жидкостного скопления из пониженного участка газопровода, а также разработке комплекса мероприятий, направленных на совершенствование технологии очистки внутренней полости газопроводов от скоплений жидкости.

Основные задачи исследования

Для достижения поставленной цели следовало решить следующие задачи:

• разработать экспериментальную установку, позволяющую исследовать процесс удаления жидкости из внутренней полости газопровода;

• экспериментально ранжировать параметры транспортируемого газа и образующегося скопления, влияющие на эффективность удаления жидкости из пониженного участка профиля трубопровода;

• установить критерии, при которых удаление скопления жидкости из пониженных участков трубопровода возможно и эффективно;

• составить математическую модель процесса выноса жидкостного скопления из газопровода;

• разработать технологию очистки внутренней полости магистральных газопроводов от жидкостных скоплений, основанную на использовании энергии струи транспортируемого газа (т.е. на продувке).

Научная новизна работы

В процессе исследований получены следующие новые результаты:

• установлено, что полное удаление жидкости из пониженных участков газопровода путем использования энергии струи газового потока во многих случаях возможно и целесообразно;

• показано, что определяющим критерием возможности и эффективности удаление жидкости из пониженных участков газопровода путем использования энергии газового потока служит безразмерный комплекс, зависящий от основных параметров: диаметра газопровода, максимального угла наклона восходящих участков газопровода и скорости течения газа;

• установлена степень влияния основных факторов транспортировки газа на эффективность удаления скопления жидкости из пониженных участков профиля газопровода и предложены соответствующие эмпирические зависимости;

• установлено, что при равных углах наклона газопровода, эффективность выноса жидкостного скопления увеличивается с увеличением давления транспортируемого газа в трубопроводе;

• предложена и апробирована технология очистки внутренней полости трубопровода, основанная на создании в очищаемом газопроводе достаточной скорости потока за счет импульсного режима увеличения давления газа перед очищаемым участком.

Защищаемые научные положения

• На удаление скопления относительно тяжелой жидкости, аккумулированной в низинах газопровода, относительно легким газом влияют углы подъема восходящих сегментов газопровода, в то время как углы наклона нисходящих сегментов влияния практически не оказывают.

• Существуют безразмерные критерии, выявленные в ходе исследований, определяющие возможность удаления жидкости из пониженных участков профиля газопровода и представляющие собой соотношения между диаметром газопровода, максимальным углом наклона восходящих участков газопровода в комплексе с отношением плотностей жидкости и газа, а также скоростью газа.

• Полное удаление жидкости из пониженных участков газопровода путем использования энергии струи газового потока для газопроводов малого диаметра, в частности трубопроводов газораспределительных сетей, возможно и целесообразно вследствие относительной простоты и дешевизны этого способа.

• Увеличение давления газа в газопроводе и, следовательно, его плотности, облегчает условия выноса скопления жидкости.

• Для магистральных газопроводов среднего и большого диаметра очистка внутренней полости от скоплений жидкости методом продувки хотя и возможна, но малоэффективна, поскольку требует чрезвычайно больших скоростей газа.

• Путем временного изменения режима транспортирования газа в газопроводах относительно небольшого диаметра существует возможность создать скорость течения, достаточную для удаления скопления жидкости. Разработан новый способ удаления скопления жидкости из пониженных участков профиля трубопровода за счет изменения технологического режима.

Метод исследования

Основным методом исследования является эксперимент. Для выполнения поставленных задач выполнен комплекс экспериментальных исследований, включающих создание экспериментального стенда (позволяющего варьировать определяющие параметры явления - скорость течения, углы наклона трубопровода, плотность и вязкость жидкости и т.д.), планирование инженерного эксперимента, многовариантные исследования по удалению скопления жидкости путем увеличения скорости газа, проверку достоверности полученных результатов методом регрессионного анализа.

Достоверность научных положений

Результаты работы обоснованы и подтверждены использованием современных методов экспериментальных исследований, достаточной сходимостью полученных зависимостей с результатами экспериментов, апробацией полученных выводов на производственном участке газотранспортной сети.

Практическая ценность исследования

Практическая ценность исследования обусловлена потребностью производства в достаточно простых, дешевых и эффективных методах очистки внутренней полости газопроводов от скопления жидкости, а также необходимостью ответов на технические вопросы, возникающие в связи с этой потребностью. В частности на вопрос, когда и при каких условиях метод про-

дувки возможен, эффективен, и как обеспечить удаление жидкости без больших денежных и материальных затрат.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ряде научно-технических конференций:

• VII практическая конференция молодых работников ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», п. Рыздвяный, сентябрь 2010 г.

• IX Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», г. Москва, октябрь 2011 г.

• Научно-практическая конференция молодых работников При-вольненского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», г. Сальск, май 2012 г.

• IX Научно-практическая конференция молодых работников ООО «Газпром трансгаз Ставрополь», г. Ставрополь, октябрь 2012 г.

• Юбилейная X Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», г. Москва, октябрь 2013 г.

Научные публикации

По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, из которых 4 - в изданиях, входящих в перечень ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Личный вклад соискателя:

• автор выполнил проектирование и изготовление экспериментального стенда для исследования процесса выноса скопления жидкости из пониженных участков трубопровода с помощью потока газа;

• выполнено планирование инженерных экспериментов и осуществлены сами многовариантные эксперименты;

• выполнен анализ полученных результатов и их проверка на достоверность путем использования статистического и регрессионного анализа;

• получен критерий скорости газового потока, при которой невозможно образование жидкостного скопления в пониженном участке трубопровода;

• предложен и апробирован метод очистки газопроводов-отводов и газопроводов газораспределительных систем без прекращения газоснабжения потребителей.

Реализация результатов работы

Результаты исследования могут быть использованы диспетчерскими службами газотранспортных предприятий для создания технологического режима, способного произвести самоочищение трубопровода от скопления жидкости. Периодическое создание «режима самоочистки» позволит снизить затраты на транспортировку природного газа и повысить надежность газотранспортной системы.

Материалы диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина при изучении дисциплины «Трубопроводный транспорт углеводородов».

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложена на 133 страницах текста, содержит 53 рисунка, 6 таблиц, список использованных источников из 117 наименований, 7 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована необходимость и актуальность исследований, направленных на разработку мероприятий для снижения эксплуатационных затрат при транспортировке газа в магистральных трубопроводах и газораспределительных сетях, а также дана общая характеристика работы.

В первой главе дан критический анализ существующих способов очистки магистральных газопроводов и газотранспортных сетей. Анализ показал, что, несмотря на то, что транспорт газа существует более полувека, некоторые его проблемы до сих пор решены не в полном объеме, в том числе множество проблем возникает в области очистки внутренней полости газопроводов от всевозможных отложений и пробок, в частности, удаления жидкости из пониженных участков профиля газопровода.

В материалах первой главы рассмотрены существующие технологии очистки газопроводов от скопления жидкости. Дана оценка эффективности и целесообразности применения каждой из таких технологий для различных типов газопроводов. Основной технологией является очистка внутренней полости газопроводов с использованием очистных устройств (поршней и скребков), однако она неприемлема для очистки газопроводов-отводов и газораспределительных сетей. Причины этого заключаются в том, что во многих случаях необходима очистка газопроводов малого диаметра, на которых отсутствуют камеры приема-запуска поршней, причем их установка технически и экономически нецелесообразна или же мал радиус поворотов газопроводов. В этой же главе выполнен обзор патентной литературы в области создания и модернизации средств очистки внутренней полости газопроводов.

В этом разделе диссертации дан также анализ экспериментальных и теоретических исследований по вопросу удаления жидкости из трубопровода. Отмечен и по достоинству оценен вклад в разработку и совершенствование способов и технологий удаления скопления жидкости, сделанный отечественными и зарубежными учёными: Чарным И.А.,

Галлямовым А.К., Гуссейновым Ч.С, Ивановой ЕЛ., Касперовичем В.К., Коробковым Г.Е., Щищенко Р.Н., Медведевым В.Ф., Губиным В.Е., Селиверстовой В.Г., Черняевым В.Д., Одишария Г.Э., Нечваль A.M., Усольцевым М. Е., S. Coleman, Н. Clay, D. McCurdy, R. Turner, M. Hubbard, A. Dukler, R. McNeil, D. Lillico и многими другими.

Анализ экспериментальных и теоретических работ показал, что теория удаления жидкостных скоплений и очистки внутренней полости газопровода достаточно развита, базируется на прочном научном фундаменте и характеризуется значительными достижениями в области практического применения. Вместе с тем выяснилось, что некоторые проблемы, чрезвычайно важные для проектирования и эксплуатации современных газопроводов и газораспределительных сетей, практически остались неизученными. В числе таких проблем:

• осуществление очистки газопроводов-отводов с давлением 5,07,0 МПа\

• предотвращение отложений тяжелых углеводородных фракций в газопроводах с давлением менее 1,2 МП а;

• удаление скоплений жидкости из газопроводов с относительно малым диаметром (газопроводов газораспределительных сетей);

• надежная и стабильная подача природного газа в предгорных и горных районах, характеризуемых большим перепадом высот профиля (например, на Северном Кавказе, Урале, Алтае и т.п.).

На основе сделанного анализа сформулированы цели и задачи исследований, изложенных в диссертации.

Во второй главе на основании проведенного анализа, анализа научно-технической литературы, а также на основании собственных результатов автора, полученных им при подготовке выпускных работ на соискание степеней бакалавра и магистра техники и технологии, установлено, что на величину критической скорости -дкр газового потока в большей или меньше степени влияют следующие параметры: внутренний диаметр трубопровода Н0, плот-

ность рж и вязкость жидкости уж в скоплении, плотность газа рг, угол наклона восходящих участков газопровода к горизонту а, ускорение свободного падения д, иными словами:

iV = <Р (Но. Рж. Рг. Чж, sin а,д) (1)

Для построения этой зависимости и исследования ее особенностей автором была разработана схема экспериментов и смонтирована экспериментальная установка (рисунок 1).

Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной установки. Вид Л.

Установка включает в себя: воздуходувку 1, подключенную к трубопроводу 2, на котором установлен измерительно-расчетный комплекс, со-

стоящий из счетчика газа 3 с подключенным к нему компьютером 4. С помощью гофрированной трубки 5 экспериментальный участок трубопровода 8 соединен с подводящим газопроводом 2 (рисунок 1, вид А). Устройство 6 служит для изменения величины угла наклона восходящего участка к горизонту. Подставка 9, эмитирующая транспортир, служит для выставления угла а, необходимого для проведения экспериментального исследования.

Возможности установки позволяют при помощи шаровых кранов 11 и 12 изменять скорости потока газа (воздуха), создаваемого воздуходувкой 1. Причем при открытом кране 11 максимальная скорость газового потока достигает 9 м/с, а при открытых кранах 11 и 12 - 15 м/с. Исследуемая жидкость поступает в пониженный участок трубопровода через штуцер, закрываемый пробкой 7. После проведения экспериментов жидкость удаляется из полости трубопровода потоком воздуха и скапливается в емкости 10. Емкость 10 с испытываемой жидкостью при необходимости (при накоплении жидкости в сосуде) демонтируется и опорожняется, что позволяет многократно повторять опыт.

Перед проведением экспериментов определялись плотность и вязкость жидкости, а также угол наклона восходящего участка газопровода. Для оптимизации исследования и получения достоверных данных, автором использована теория планирования инженерного эксперимента. Задача планирования состояла в выборе наиболее подходящих соотношений изменяемых параметров эксперимента и минимизации числа самих экспериментов при сохранении качества получаемых результатов. В итоге составлен план экспериментального исследования.

Эксперименты проводились следующим образом: после определения плотности и вязкости испытываемой жидкости ее заливали в пониженный участок газопровода, вслед за этим выставлялся требуемый угол наклона восходящего участка к горизонту, и только после этого экспериментальный трубопровод «выводился» на заданный режим - в нем создавался поток газа (воздуха) с заданным расходом.

Возможности экспериментальной установки позволяли изменять скорость потока. При постепенном увеличении скорости течения газа в трубопроводе определялось такое ее значение, при котором скопление жидкости приходило в движение вверх по восходящему сегменту трубы. Скорость, при которой это происходило, считалась критической скоростью дкр выноса скопления. Ее значение вычислялось измерительно-расчетным комплексом.

Экспериментальная установка была спроектирована и изготовлена таким образом, чтобы исследователь мог визуально отслеживать поведение жидкости при различных «докритических» и «критических» значениях скорости газового потока (рисунок 2).

.1 ■аИН

ШШШ >4 ч "Ч ■I

Рисунок 2 - Положение жидкости при скорости газового потока, равной 6,12 м/с

Для изучения процесса удаления скопления жидкости из низин профиля газопровода углы наклона восходящих участков трубопровода к горизонту варьировались с достаточно малым шагом. В качестве жидкости использовались растворы диэтиленгликоля (ДЭГ) с водой в различных концентрациях, водные растворы поваренной соли и различные нефтепродукты. Полученные результаты приведены в тексте диссертации.

В третьей главе произведен анализ размерностей величин, позволивший использовать основную теорему теории подобия и размерности (к - теорема Букингема). Согласно этой теореме, всякую зависимость между размерными величинами, объективно отражающую существующую физическую за-

кономерность, можно переписать в инвариантном, т.е. в независящем от выбора единиц измерения виде, а именно: в виде зависимости между безразмерными комплексами, составленными из определяющих параметров. Следовательно, интересующую зависимость можно представить в виде:

Я = ЯЯа,Я2), (2)

где П,П1,П1 - безразмерные комплексы, в состав которых входят параметры, определяющие изучаемое явление: внутренний диаметр трубопровода И0, рж - плотность жидкости в скоплении; уж - вязкость жидкости в скоплении; рг - плотность газа; а - угол наклона восходящего участка газопровода к горизонту; д - ускорение свободного падения и $кр - критическая скорость газового потока.

Особый интерес вызвало нахождение безразмерного параметра, в который входят плотность газа и плотность жидкости. Так как размер величины плотности жидкости рж и плотности газа рг одинаковы, то безразмерный комплекс П1 логично было представить в виде:

Так как плотность газа в экспериментальном исследовании изменять невозможно, а в реальном газопроводе плотность изменяется прямо пропорционально давлению газа в трубопроводе, следовательно безразмерный параметр П1 на модели и в реальном газопроводе будут различны. Логично предположить, что жидкость легче вынести при большей плотности газа при прочих равных условиях. Значит, критическая скорость выноса, вычисленная на модели, будет применима на реальном газопроводе только для меньшего угла. Положим, что безразмерный комплекс П1 имеет вид:

Проверим гипотезу. На экспериментальной установке были выполнены предварительные эксперименты и получена критическая скорость выноса для различных жидкостей. Эксперименты проводились на углах наклона газопровода равные 0,5°; 1°; 2°; 3°; 6°; 9°. Построим график зависимости безразмерного комплекса Я от Яа (безразмерный параметр Я = -р=). Получим:

у/9 Н о

'У 35 ^дНО 30 25 20 15 10 5 0

50

100

Ржита Рг

Вид А-А

ржБ1па Рг

Рисунок 3 - Влияние безразмерного комплекса П± на П

На рисунке 3 видно, что точки на графике лежат вдоль некой кривой, а небольшой разброс обусловлен тем, что при построении зависимости не учитывались все параметры (вязкость жидкости, сила поверхностного натяжения

и т.д.), которые влияют на критическую скорость, а также неточность эксперимента. Отсюда можно сделать вывод, что на критическую скорость выноса влияет именно параметр П1 =-, который был использован как безраз-

Рг

мерный комплекс.

Зависимость безразмерной критической скорости

газового

потока, при которой происходит вынос жидкостного скопления из пониженного участка трубопровода, от других безразмерных определяющих параметров искалось в виде степенного одночлена:

= А _ /А^зшах™1 _ / уж \т2 Т^о ^ Рг ' \у[дЩ)

(3)

где т1, т2 и А - заранее неизвестные безразмерные коэффициенты, которые требовалось определить в процессе экспериментов. В логарифмическом представлении эта зависимость имела вид:

, ^кр . . , , (рж$та\ ( \

1п , = 1пЛ + т1 ■ 1п - + т2 ■ 1п , (4)

1 \ Рг ) у }

с 3-мя неизвестными: 1п/1, т1, тг.

Путем математической обработки результатов, полученных в ходе экспериментов, с помощью метода наименьших квадратов были определены неизвестные величины, входящие в выражения (3) или (4). В результате получена формула, которая описывает процесс выноса жидкостного скопления из пониженного участка газопровода:

0 199

^р^т ду'

#кр = 6,19 ■ Рг 029 ■ ^¡дЩ (5)

I \

\Ш)

Для переноса результатов (5), полученных в экспериментах на натурные газопроводы, использованная модель проверялась на адекватность. Проверка на адекватность выполнялась по критерию Фишера (технология проверки и все необходимые вычисления содержатся в тексте диссертации). Вычисления показали, что модель адекватна - это означает, что в 95% случаев уравнение (5) верно и применимо на практике.

В уравнение (3) входят три коэффициента А,тът2 которые найдены по экспериментальным данным. Очевидно, что все они влияют на значение параметра $кр. Для определения значимости каждого из коэффициентов по отдельности используется критерий Стьюдента. Вычисления показали, что коэффициенты А, т1 значимы и их изменение резко влияет на изменение г9кр, в то время как коэффициент т2 менее значим. Иными словами, вязкость жидкости в скоплении весьма слабо влияет на значение критической скорости, при прочих равных параметрах наиболее существенным оказывается угол наклона восходящего участка газопровода.

Исходя из опытных результатов, построены графики зависимости критической скорости выноса для данного диаметра трубы от вязкости (рисунок 3) и от плотности (рисунок 4) жидкости в скопления.

сСт

1,46 3,5 4,98 8,4 10 13 17 25 32,3 38,87 51,8 65 •.....угол 3 град.....Ю.....угол 6 град угол 9 град

Рисунок 4 — Влияние вязкости жидкости на скорость потока газа

кг/м'

град -Ш-6 град —¿¡¿—9 град Рисунок 5 - Влияние плотности жидкости на скорость потока газа

Как видно из рисунков 4 и 5, критическая скорость выноса (при фиксированном угле наклона) прямо пропорциональна плотности жидкости и обратно пропорциональна вязкости жидкостного скопления.

Выполнено также исследование, касающееся влияния объема жидкостного скопления и угла наклона нисходящего участка газопровода на критическую скорость газового потока. В диссертационной работе приведено доказательство о том, что ни объем жидкостного скопления, ни угол наклона нисходящего участка не влияют на критическую скорость выноса.

В четвертой главе предложены пути практического использования результатов диссертационной работы для очистки внутренней полости газопроводов-отводов.

Газопровод-отвод - это важная техническая составляющая единой газотранспортной системы. Он представляет собой ответвление от линейного магистрального газопровода для подачи газа населенным пунктам и отдельным предприятиям.

Протяженность отводов обуславливается природно-географическими условиями прокладки линейной части магистральных газопроводов, плотностью населенных пунктов в зоне прохождения трассы, технологическим построением схемы газоснабжения населенных пунктов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов. В настоящее время проблемой

для этих сооружений является отсутствие технического решения по очистке внутренней полости и диагностированию без прекращения подачи газа потребителям. Основными характеристиками любого газопровода, в том числе газопровода-отвода, являются его производительность, диаметр, рабочее давление и массовый расход газа.

При дальнем транспорте газ компримируют, и в трубопроводе он находится под высоким давлением. Это делается с целью увеличения единицы количества газа в единице объема. На экспериментальной установке было эмпирически доказано, что в трубопроводе возможно создать высокоскоростное течение газа при низком давлении за счет увеличения массового расхода. В частности, для создания высокоскоростного течения газа в газопроводе-отводе необходимо организовать такой технологический режим, чтобы давление в магистральном газопроводе (МГ) и газопроводе-отводе (ГО) было различным, т.е. на запорном кране, отсекающем ГО от МГ, был перепад давления. Для достижения этой цели предлагается способ создания высокоскоростного участка за счет потребителей газа через газораспределительную станцию (ГРС).

Способ создания высокоскоростного потока заключается в сооружении лупинга в обвод крана 2 (рисунок 6). На обводной линии устанавливают временную газораспределительную станцию (ВГРС), кран 2 закрывают, открывают краны / и^и выполняют редуцирование газа до давления:

Р2 = Р3 + 0ДР3

Очевидно, что на кране 2 создается перепад давления.

Этот способ показателен тем, что при постоянном потреблении газа, скорость газового потока в газопроводе-отводе возможно изменять и регулировать.

мг

ВГРС

>. Потребитель

Рисунок 6 - Продувка при помощи ВГРС

Для улавливания жидкостных скоплений перед ГРС необходимо установить расширительные камеры (РК). Их размеры и объем определяются расчетом, исходя из местоположения объекта, массового расхода газа, предполагаемого объема жидкости, а главное — индивидуальным для каждого газопровода-отвода.

Получена зависимость для установления режима самоочистки газопровода:

На основе формулы (6) произведены расчеты для реально действующего газопровода-отвода диаметром Н0 = 0,2 м, в полости которого находится некоторое жидкостное скопление плотностью рж = 1000 кг/м3 и значением вязкости уж = 50 лш2/с, максимальный угол наклона восходящего участка очищаемого газопровода а = 10°. Трубопровод проложен в грунте, температура которого Тг = 283 К. Давление в очищаемом газопроводе Р2 можно изменять от 0,5 до 7,5 МПа, коммерческий расход газа по газопроводу отводу равен (}к = 35 м3/с.

Примем допущения (] — 9,81 м/с — ускорение свободного падения, Тст = 293 К - температура при стандартных условиях, Рст - атмосферное давление 101325 Па, Д = 518,33 Дж/(кг-К) - газовая постоянная для метана.

Рст0кгт

■рж% т (а) г ИТ

- К

0,199

-0,029

> 6,19 ^

Исходные данные были введены в формулу (6) и при помощи программы MS Excel построена графическая зависимость i9 и i9Kp от давления Рг. Причем д - скорость газового потока, которую возможно создать при различном давлении в газопроводе (левая часть неравенства 6), a i9Kp - критическая скорость газа, необходимая для выноса жидкости из трубопровода. Из рисунка 7 видно, что очистку внутренней полости газопровода возможно осуществить при давлении 4,3 МПа и меньше.

Результаты диссертационной работы использовались для корректировки методики очистки внутренней полости трубопровода от жидкостных скоплений на действующем объекте газотранспортной системы.

1 2 3 4 5 Рисунок 7 - Очистка при 4,3 МПа

Метод, разработанный автором, позволяет упростить технологию очистки, снизить эксплуатационные затраты и уменьшать воздействие вредных веществ на окружающую среду, что подтверждается актом внедрения результатов диссертационной работы.

Выводы

1. Очистка внутренней полости газопровода от жидкости, аккумулирующейся в пониженных участках профиля, путем увеличения скорости потока газа во многих случаях возможна. Метод продувки целесообразно применять для удаления жидкости, прежде всего из газопроводов небольшого диаметра, при этом очистка выполняется путем снижения в трубопроводе давлении до расчетного.

2. Под действием набегающего потока газа скопление жидкости в пониженном участке профиля газопровода деформируется, постепенно перемещаясь на восходящий участок колена, поэтому на условие выноса жидкости из трубопровода оказывает влияние только восходящие участки, точнее -углы их подъема, в то время как нисходящие участки существенного влияния не оказывают. В критерии возможности выноса скопления жидкости из конкретного газопровода следует учитывать максимальное значение углов восходящих участков.

3. Показано, что при повышении давления в газопроводе и, следовательно, увеличении плотности газа, вынос жидкостных скоплений из пониженных участков профиля достигается при меньших значениях скорости газа. Иными словами увеличение плотности газа эквивалентно уменьшению угла наклона восходящих участков газопровода.

4. Критическая скорость дкр газового потока, при которой происходит вынос жидкости из пониженного участка профиля газопровода данного диаметра, зависит, главным образом, от произведения отношения плотностей жидкости и газа, умноженной на синус угла наклона восходящего участка трубопровода к горизонту. Соответствующая зависимость предложена в диссертации. Для расчета процесса продувки рекомендуется использовать формулу (6), полученную в диссертации.

5. При продувке газопровода на поверхности жидкости из скопления образуются волны, а когда амплитуда этих волн приближается к внутреннему диаметру трубопровода, поток газа отрывает часть жидкости от об-

щего объема скопления и частично выносит ее из трубы. Частичных выносов может быть много, причем они происходят при меньшей скорости потока, чем критическая. Объем жидкости в скоплении практически не влияет на значение критической скорости. Установленный эффект имеет значение, прежде всего, для реальных газопроводов, поскольку заранее невозможно определить объем жидкости, находящейся в трубе.

6. Увеличение скорости газового потока необходимо осуществлять постепенно и равномерно, для того чтобы уменьшить число частичных выносов, так как удаляемая жидкость, движущаяся в потоке газа, имеет большую кинетическую энергию, которая при столкновении с технологическим оборудованием может нанести повреждение этому оборудованию или даже вовсе разрушить его.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих научных работах:

1. Потапенко Е.С. Экспериментально-теоретическое исследование способов удаления жидкостных скоплений из магистральных газопроводов. - М.: Трубопроводный транспорт (теория и практика) №4 (32), 2012 г., С.24-27.

2. Потапенко Е.С. Возможность удаления жидкостных скоплений из пониженных участков трубопровода методом продувки. - М.: Технологии нефти и газа. №4 (81), 2012 г., С.61-64.

3. Потапенко Е.С. Экспериментальные исследования влияния скорости потока газа на жидкостное скопление в пониженном участке трубопровода. -М.: Газовая промышленность №9 (679), 2012 г., С.44-47.

4. Потапенко Е.С., Коклин И.М., Маленкина И.Ф. Теоретическое обоснование возможности использования энергии потока газа для выноса жидкостных скоплений из газопровода. - М.: Газовая промышленность. №4 (689), 2013 г.,С.47-48.

5. Потапенко Е.С., Коклин И.М., Погорелов В.В., Пятибрат А.Ф. Эксплуатационно-технологическая надежность газообеспечения крупного Не-винномысского промышленного центра Ставропольского края. - М.: ООО «Газпром экспо» - Транспорт и подземное хранение газа, 2012 г., - 82 с.

6. Потапенко Е.С. Теоретическое обоснование возможности использования энергии потока газа для выноса жидкостных скоплений из газопровода. // Тезисы докладов Юбилейной X Всероссийской конференции молодых ученых специалистов и студентов. - М., 2013 - С. 115.

7. Потапенко Е.С. Экспериментальное исследование выноса жидкостных (газоконденсатных) скоплений из пониженных участков газопровода. // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции молодых ученых специалистов и студентов. - М., 2011 - С. 130.

Подписано в печать: 14.12.2014 Тираж: 100 экз. Заказ № 1308 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru