Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методы совершенствования технологии вакуумной осушки газопроводов

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

Автореферат диссертации по теме "Методы совершенствования технологии вакуумной осушки газопроводов"

Работа выполнена в Открытом акционерном обществе «Оргэнергогаз»

Научный руководитель -

Карпов Сергей Всеволодович кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

Одишария Гурами Эрастович доктор технических наук, профессор, советник генерального директора ООО «Газпром ВНИИГАЗ»;

Митрохин Михаил Юрьевич доктор технических наук,

заместитель начальника Управления организации и мониторинга капитального ремонта Департамента капитального ремонта ОАО «Газпром»

Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М. Губкина

Защита диссертации состоится 2о декабря 2013 г. 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 £9 ноября 2013 года

Ученый секретарь, диссертационного совета, кандидат технических наук

Ирина Николаевна Курганова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основная задача газовой отрасли, как одной из главных составляющих топливно-энергетического комплекса Российской Федерации, состоит в своевременном обеспечении природным газом отечественных и зарубежных потребителей.

Важным качественным параметром природного газа является его влагосодержание, характеризуемое значением температуры точки росы по воде при нормируемом давлении.

Повышенное влагосодержапие природного газа может приводить к образованию гидратов, уменьшающих или полностью перекрывающих проходное сечение газопровода. При этом растет потребляемая мощность на компримирование газа и, как следствие, увеличивается расход топливного газа, снижается эксплуатационная надежность основных узлов и деталей газоперекачивающих агрегатов.

Повышение влагосодержания транспортируемого газа может быть следствием нарушения проектных технологических режимов работы промысловых установок осушки, установок осушки экспортного газа. Кроме того, поступление влага в полость магистральных газопроводов (МГ) бывает обусловлено невыполнением или же некачественным выполнением работ по осушке полости трубопроводов компрессорных станций (КС) и линейной части (ЛЧ) МГ после их гидравлических испытаний на прочность в ходе строительно-монтажных работ, восстановительных работ при ликвидации аварий, капитальных ремонтов.

В настоящее время для осушки полости ЛЧ МГ, а также трубопроводов КС применяется продувка сухим воздухом или вакуумирование.

При проведении работ по вакуумной осушке газопроводов возникла необходимость в совершенствовании вакуумного оборудования, технологии удаления воды, оставшейся после гидравлических испытаний трубопроводов КС, учета влияния гидравлического сопротивления осушаемых объектов на процесс осушки. Поэтому разработка методики, позволяющей прогнозировать и корректировать в ходе производства работ продолжительность вакуумной осушки газопроводов; методики расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки газопроводов, позволяющей оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода; методики расчета параметров сублимации льда, влияющих на продолжительность вакуумной осушки, являются весьма актуальными.

Цель работы: Разработка методов совершенствования технологии и расчета процессов вакуумной осушки газопроводов, позволяющих повысить ее эффективность в зависимости от условий производства работ.

Задачи исследования:

- провести анализ теоретических и экспериментальных работ в области осушки, современного состояние способов, технологий, технических средств и нормативных требований к качеству осушки газопроводов;

- подобрать оптимальное вакуумное оборудование и разработать методы повышения эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов;

- разработать методику расчета продолжительности вакуумной осушки газопроводов;

- провести исследование процессов и областей применения вакуумной осушки газопроводов и разработать методики расчета теплового баланса и расчета параметров сублимации в процессе вакуумной осушки газопроводов.

Научная новизна.

Обоснован выбор вакуумного оборудования для Вакуумно-азотного комплекса, обеспечивающего эффективное производство работ по подготовке полости испытанных участков ЛЧ МГ, трубопроводов КС к заполнению природным газом.

Впервые разработана методика определения продолжительности вакуумной осушки газопроводов, позволяющая расчитывать параметры процесса осушки, прогнозировать и корректировать в ходе производства работ ожидаемый срок окончания осушки в зависимости от геометрических объемов газопроводов, количества влаги в их полости перед осушкой, температуры грунта на глубине их заложения (Т1р), производительности вакуумных модулей и их числа.

Впервые разработана методика расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки участков газопроводов, позволяющая оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода при различных Г,р , количестве влаги в газопроводе перед его осушкой и объемных производительностях вакуумных модулей.

Впервые разработана методика расчета параметров сублимации льда в ходе вакуумной осушки газопроводов.

На основе разработанных методов получены новые результаты, позволившие предложить:

• соотносить начало третьего этапа вакуумной осушки (переход вакуумного модуля на максимальную производительность) вместо ранее фиксированного значения (103 Па) с моментом достижения в осушаемой полости давления насыщенных паров воды при Гф на момент проведения работ;

• применять способ продувки подогретым азотом (с использованием азотного модуля Вакуумно-азотного комплекса) для удаления льда, образующегося при вакуумной осушке трубопроводов КС Ду 700 лш и менее;

• учитывать гидравлические сопротивления газопроводов в процессе их вакуумной осушки и проводить ее до достижения абсолютного давления на входе вакуумного модуля менее 102 Па\

• вести вакуумную осушку (с использованием вакуумного модуля Вакуумно-азотного комплекса) с целью интенсификации сублимации льда до достижения значений абсолютного давления, соответствующего не нормативному значению 102 Па, а значениям абсолютных давлений на уровне 10 Па.

Основные защищаемые положения:

1. Обоснование выбора вакуумного оборудования, позволившее повысить его объемную производительность и ресурс, а также снизить весогабаритные параметры и энергопотребление;

2. Методы повышения эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов, обеспечивающие:

• порядок работ по удалению воды из трубопроводов КС;

• соотношение начала третьего этапа вакуумной осушки с моментом достижения в осушаемой полости давления насыщенных паров воды при 7"1р на момент проведения работ;

• учет гидравлического сопротивления осушаемых газопроводов при проведении вакуумной осушки;

3. Методика определения продолжительности вакуумной осушки, позволяющая прогнозировать и корректировать в ходе производства работ ожидаемый срок окончания осушки;

4. Методика расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки, позволяющая оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода;

5. Методика расчета параметров сублимации, позволяющая определять продолжительность сублимации льда в процессе вакуумной осушки газопроводов.

Практическая ценность.

Совершенствование технологии вакуумной осушки с использованием оборудования Вакуумно-азотного комплекса отражено в Специальных рабочих инструкциях на производство работ по осушке участков ЛЧ МГ и трубопроводов КС, разрабатываемых ОАО «Оргэпергогаз».

Результаты работы включены в СТП 309 - 06 «Порядок проведения работ по осушке полости линейной части газопроводов, технологических трубопроводов и оборудования компрессорных станций после гидроиспытаний при их строительстве, реконструкции и ремонте», ДОАО «Оргэпергогаз», 2006г.

К настоящему времени с применением оборудования Вакуумно-азотного комплекса и технологии вакуумной осушки выполнена осушка 35 КС и 854 км ЛЧ МГ, в процессе которой использована разработанная методическая база вакуумной осушки.

Апробация работы.

Материалы исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Международной научно-практической конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» (г. Москва, 19-23 ноября 2013г.); на X Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 8-11 октября 2013г.); на слете-копкурсе молодых специалистов ОАО «Оргэпергогаз» (п. Небуг, Краснодарский край, 20 - 24 мая 2013г.); на слете-конкурсе молодых специалистов ОАО «Оргэпергогаз» (г. Саратов, 23 - 27 мая 2011г.); на V научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала молодых специалистов - значимый вклад в развитие газовой отрасли» (г. Москва, 19-22 мая 2009 г.); на IV международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов» (г. Геленджик, октябрь 2008г.); на XXVI тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов КС» (п. Небуг, Краснодарский край, 24-29 сентября 2007 г.).

Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 работы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, 1 монография, 2 патента на изобретения.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, содержит 127 страниц текста, 64 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 98 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой в диссертации проблемы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ теоретических и экспериментальных работ по осушке, а также анализ современных способов, технологий, технических средств и нормативных требований к качеству осушки МГ.

Основные положения кинетики процесса осушки впервые были сформулированы в начале XX века П.С. Коссовичем и A.B. Лебедевым применительно к испарению влаги из почвы. Затем, в 30-е годы прошлого века американскими учеными У.К. Льюисом и Т.К. Шервудом была применена теория диффузии для описания переноса влаги в процессе осушки.

В отечественной теории осушки наиболее подробно исследования данного процесса были проведены A.B. Лыковым и М.В. Лыковым. Ими были рассмотрены вопросы переноса тепла и влаги на основе теории тепло- и массообмена, термодинамики необратимых процессов.

Теоретические и экспериментальные работы в области осушки применительно к газопроводам проводятся в ОАО «Оргэнергогаз» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Вопросы технологии и организации выполнения работ по осушке газопроводов при их строительстве и ремонтах рассмотрены в работах В.Г. Дубинского, М.И. Усенко, М.Ю. Митрохина, C.B. Карпова, Д.И. Ширяпова.

В соответствии с технологиями капитального строительства и ремонта работы по осушке газопроводов производят после гидравлических испытаний на прочность и герметичность и последующего удаления воды.

Известны следующие способы осушки полости газопроводов: пропуск метанольных пробок, пропуск сыпучих сорбентов, осушка природным газом, осушка сухим воздухом, осушка инертным газом (азотом), вакуумная осушка.

Из рассмотренных способов осушки газопроводов осушка сухим воздухом и вакуумная осушка являются наиболее доступными, эффективными и универсальными. Способы осушки с использованием метанольных пробок и сыпучих сорбентов могут быть применены только при осушке участков ЛЧ МГ. Способ осушки природным газом является экономически невыгодным ввиду высокого расхода природного газа, сбрасываемого в процессе осушки в атмосферу, а способ осушки азотом невыгоден из-за низкой производительности установок, вырабатывающих азот.

В ходе испытаний «УВ-7200» были отмечены недостатки: повышенный уровень вибрации силовых установок, перегрев насосных аг регатов, выброс масла из выхлопного коллектора вакуумного насоса, повышенные вес и габариты.

Вышеизложенное свидетельствовало об актуальности продолжения работ по совершенствованию вакуумного оборудования для осушки газопроводов в части повышения его производительности, ресурса, снижения весогабаритных параметров и энергопотребления.

Для реализации поставленных задач в 2006 году был выполнен подбор оптимального вакуумного оборудования и изготовлен вакуумный модуль в составе Вакуумно-азотного комплекса. Также в Вакуумно-азотный комплекс вошли азотный и компрессорный модули.

Оптимальная производительность вакуумного модуля была определена, исходя из следующих условий:

• на начальном этапе осушки вакуумный модуль должен за минимально возможное время обеспечить откачку из полости осушаемых газопроводов влажного воздуха до достижения давления насыщенных паров, соответствующего Т ■

' гр ,

• в процессе вакуумной осушки, во избежание замораживания остатков влаги в полости осушаемых газопроводов, необходимо обеспечить скорость откачки паров воды, соответствующую балансу между испаряющейся водой и откачиваемым паром.

С учетом всех требований была предложена компоновка вакуумного модуля, состоящего из двух последовательно соединенных вакуумных насосов (рис. 1).

яс RUWAC WS 20011

Парогазовая

ip вакуумный ¡нассс ш

| Screw LmeSP 630 ■ I )

(б)

Рис. 1 - Компоновка вакуумных насосов в вакуумном модуле (а) и схема движения парогазовой смеси через вакуумные насосы (б)

В качестве первой ступени вакуумирования был предложен форвакуумный (вспомогательный) насос Screw Line SP630 максимальной производительностью 630 м3/ч, в качестве второй ступени вакуумирования был предложен вакуумный насос Рутса RUVAC WS 2001 максимальной производительностью 2000 м /ч.

Анализ технических характеристик вакуумного оборудования, применяемого для вакуумной осушки газопроводов, показывает, что вакуумный модуль Вакуумно-азотного комплекса выгодно отличаются по своим основным эксплуатационным параметрам. Например, величина удельной

1 этап работы вакуумного модуля

3 этап работы вакуумного модуля

2 этап работы вакуумного модуля

(105 <-4,5*103 Па)

(4,5-Ю3 - 103 Па)

(103 + 102 Па)

И

Рис. 7 — Схема изменения количества воды по сечению газопровода в ходе его вакуумной осушки

Из уравнения 15 получим выражение, определяющее температуру среды в полости осушаемого газопровода после каждого этапа вакуумной осушки

Из уравнения 17 следует, что основное влияние на температуру среды в полости осушаемого газопровода оказывают количество тепла, отводимого от воды с паром (т„), количество которого растет при снижении абсолютного давления в газопроводе, а также количество тепла, подводимое от грунта, величина которого зависит от площади поверхности газопровода, занятой водой (Л'в), постоянно уменьшающейся при испарении влаги. То есть, риск замерзания воды возрастает на конечном этапе вакуумной осушки, когда достигается максимальная скорость испарения и снижается количество влаги, контактирующей с поверхностью осушаемого газопровода.

Расчеты показывают, что возможность образования льда на участке ЛЧ МГ, при условии проведения его очистки пенополиуретановыми поршнями, возникает в тех случаях, когда осушаемый газопровод имеет пониженный участок, обусловленный холмистым рельефом местности, протяженность которого превышает 1,5% от длины осушаемого газопровода.

Возможность образования льда возникает также в случаях вакуумной осушки трубопроводных обвязок КС из-за трудЕюсти удаления воды из отдельных участков трубопроводов.

В связи с замерзанием остатков воды в ходе вакуумной осушки общая продолжительность работ по осушке увеличивается, так как при этом значительно снижается интенсивность испарения влаги (сублимации льда).

Уравнение теплового баланса для периода вакуумной осушки в режиме сублимации льда с метра длины газопровода запишем в виде

7, = 7

,К (17)

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кудрявцев, Дмитрий Алексеевич, Москва

Открытое акционерное общество «Оргэнергогаз»

04201454584

Кудрявцев Дмитрий Алексеевич

МЕТОДЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВАКУУМНОЙ ОСУШКИ ГАЗОПРОВОДОВ

Специальность 25.00.19 — Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н. Карпов C.B.

Москва 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

ГЛАВА 1 Анализ теоретических и экспериментальных работ в области 11

осушки, современное состояние способов, технологий, технических средств и нормативных требований к качеству осушки газопроводов

1.1 Теоретические и экспериментальные работы в области осушки 11

1.2 Способы осушки газопроводов 12

1.3 Опыт применения способов, технологий и технических средств 24 для осушки газопроводов

1.4 Нормативные требования к качеству осушки газопроводов 27 ГЛАВА 2 Подбор оборудования и разработка методов повышения 29

эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов

2.1 Подбор оборудования для вакуумной осушки газопроводов 29

2.2 Методы повышения эффективности технологии вакуумной 41 осушки газопроводов

ГЛАВА 3 Разработка методики расчета продолжительности вакуумной 48 осушки газопроводов

3.1 Технологические параметры, влияющие на продолжительность 48 вакуумной осушки газопроводов

3.2 Методика расчета продолжительности вакуумной осушки 57 газопроводов

3.3 Определение продолжительности вакуумной осушки 69 газопроводов в ходе производства работ

ГЛАВА 4 Исследование процессов и областей применения вакуумной 73

осушки газопроводов

4.1 Исследование процессов вакуумной осушки 73

4.2 Методика расчета теплового баланса в процессе вакуумной 78 осушки газопроводов

4.3 Методика расчета параметров сублимации в процессе 89 вакуумной осушки газопроводов

4.4 Предотвращение замерзания влаги в процессе вакуумной 104 осушки газопроводов

4.5 Способы растепления льда, образовавшегося в процессе 108 вакуумной осушки газопроводов

Основные результаты и выводы 120

Список использованной литературы 122

I ВВЕДЕНИЕ

■ Основная задача газовой отрасли, как одной из главных составляющих топливно-энергетического комплекса России, состоит в своевременном

■ обеспечении природным газом как отечественных, так и зарубежных потребителей.

В В настоящее время ОАО «Газпром» реализует такие проекты, как «Ямал»,

ш «Восточная газовая программа», «Штокмановский проект». В связи с предстоящим в ближайшие годы вводом в эксплуатацию магистральных I газопроводов (МГ) «Северный поток», «Южный поток» и МГ проекта «Восточная газовая программа», планируется значительное увеличение экспортных поставок | природного газа.

а По данным ОАО «Газпром» [1] к 2020 году прогнозируемый уровень

™ потребления природного газа в европейских странах составит около 700 млрд. м3 Я в год, что выше уровня 2009 года на 12,5%. В Северной Америке объемы потребляемого природного газа к 2020 году превысят 880 млрд. м3 в год (рост на Щ 6,5% по сравнению с 2009 годом), а в странах Азиатско-Тихоокеанского региона — (АТР) - более 710 млрд. м3 в год (рост на 59% по сравнению с 2009 годом).

■ Важным качественным параметром природного газа является его Я влагосодержание, характеризуемое значением его температуры точки росы (ТТР)

по воде при нормируемом давлении. ТТР природного газа по воде - температура Щ при конкретном давлении, при которой начинается конденсация паров воды [2]. т С повышенным влагосодержанием природного газа связаны такие

■ проблемы, как образование гидратов, увеличение гидравлического сопротивления

■ (ГС) газопровода, рост потребной мощности на его компримирование. Попадание воды в жидкой фазе в центробежные нагнетатели (ЦН) газоперекачивающих

| агрегатов (ГПА) ведет к повышению уровня вибрации и осевому сдвигу ротора и ЦН, износу лопаток рабочих колес и уплотнений «масло-газ», приводящих к

■ увеличению расхода турбинного масла. В итоге газотранспортные предприятия Ш несут повышенные материальные затраты, связанные с необходимостью

проведения аварийных ремонтов оборудования, перерасходом топливного газа.

I 4

В настоящее время требования к влагосодержанию природного газа установлены СТО Газпром 089-2010 [3]. Согласно данного документа значение

7

ТТР газа по воде при давлении 40 кгс/см" для районов с умеренным климатом в течение года не должно превышать минус 10°С, а для районов с холодным климатом в летний период (с мая по сентябрь) - не выше минус 14°С, в зимний период (с октября по апрель) - не выше минус 20 "С.

На месторождениях промысловые установки осушки проектируют и эксплуатируют с учетом требований [3], что позволяет обеспечивать требуемые значения ТТР газа по воде, поставляемого отечественным потребителям.

В целях снижения влажности транспортируемого природного газа на граничных участках экспортных МГ проектируют дополнительные установки осушки, обеспечивающие качество природного газа в соответствии с требованиями экспортных контрактов [4].

Нормативное требование по качеству осушки полости МГ после их испытаний, установленное отраслевым стандартом СТО Газпром 2-2.1-249-2008 [5], соответствует ТТР по воде, не превышающей величину минус 20°С при атмосферном давлении. Нормативное требование к качеству осушки после пневматических испытаний участков ЛЧ МГ, проложенных в талых и сезонно-мерзлых грунтах, установленное СТО Газпром 2-3.5-354-2009 [6], также соответствует ТТР по воде минус 20°С при Ратм, а в условиях многолетнемерзлых грунтов - минус 30°С при Ратм.

Повышение влажности транспортируемого природного газа может быть следствием нарушения проектных технологических режимов работы промысловых установок осушки, дополнительных установок осушки экспортного газа или же обусловлено поступлением влаги в полость МГ по причине невыполнения или некачественного выполнения работ по осушке технологических трубопроводов и оборудования (ТТиО) КС и линейной части (ЛЧ) МГ после проведения гидравлических испытаний при производстве строительно-монтажных работ, восстановительных работ после аварий, капитальных ремонтов.

Применяемая в настоящее время технология вакуумной осушки (ВО) предусматривает откачку из полости осушаемых газопроводов влажного воздуха и водяного пара до достижения нормативного абсолютного давления 1 мбар, соответствующего значению ТТР минус 20°С при Р;1ТМ.

ВО ведется с использованием несовершенного вакуумного оборудования, а технология производства работ не уделяет должного внимания таким вопросам, как удаление остатков воды перед ВО ТТиО КС, учет влияния ГС осушаемых объектов на процесс осушки, подтверждение полученного качества осушки, что, зачастую в условиях сжатых сроков ввода объектов транспорта газа в эксплуатацию, негативно отражается на качестве газа.

Кроме того, отсутствует методическая база, позволяющая провести ВО газопроводов в минимально возможные сроки и при минимуме энергозатрат. Актуальна необходимость разработки методики, позволяющей определять (прогнозировать и корректировать в ходе производства работ) продолжительность ВО газопроводов, методики расчета теплового баланса участков газопроводов при ВО, позволяющей оценить риск замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода, и, соответственно, методики расчета параметров сублимации льда, позволяющую определить динамику их изменения в ходе ВО газопроводов.

Вышеизложенное свидетельствует об актуальности темы диссертации. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Разработка методов совершенствования технологии и расчета процессов вакуумной осушки газопроводов, позволяющих повысить ее эффективность в зависимости от условий производства работ.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Провести анализ теоретических и экспериментальных работ в области осушки, современного состояние способов, технологий, технических средств и нормативных требований к качеству осушки газопроводов.

Подобрать оптимальное вакуумное оборудование и разработать методы повышения эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов.

Разработать методику расчета продолжительности вакуумной осушки газопроводов.

Провести исследование процессов и областей применения вакуумной осушки газопроводов и разработать методики расчета теплового баланса и расчета параметров сублимации в процессе вакуумной осушки газопроводов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

Обоснован выбор вакуумного оборудования для Вакуумно-азотного комплекса, обеспечивающего эффективное производство работ по подготовке полости испытанных участков ЛЧ МГ, трубопроводов КС к заполнению природным газом.

Впервые разработана методика определения продолжительности вакуумной осушки газопроводов, позволяющая рассчитывать параметры процесса осушки, прогнозировать и корректировать в ходе производства работ ожидаемый срок окончания осушки в зависимости от геометрических объемов газопроводов, количества влаги в их полости перед осушкой, температуры грунта на глубине их заложения (Тгр), производительности вакуумных модулей и их числа.

Впервые разработана методика расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки участков газопроводов, позволяющая оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода при различных Т1р , количестве влаги в газопроводе перед его осушкой и объемных производительностях вакуумных модулей.

Впервые разработана методика расчета параметров сублимации льда в ходе вакуумной осушки газопроводов.

На основе разработанных методов получены новые результаты, позволившие предложить:

• соотносить начало третьего этапа вакуумной осушки (переход вакуумного модуля на максимальную производительность) вместо ранее фиксированного значения (103 Па) с моментом достижения в осушаемой полости давления насыщенных паров воды при Тф па момент проведения работ;

• применять способ продувки подогретым азотом (с использованием азотного модуля Вакуумно-азотного комплекса) для удаления льда, образующегося при вакуумной осушке трубопроводов КС Ду 700 мм и менее;

• учитывать гидравлические сопротивления газопроводов в процессе их вакуумной осушки и проводить ее до достижения абсолютного давления на входе вакуумного модуля менее 102 Па;

• вести вакуумную осушку (с использованием вакуумного модуля Вакуумно-азотного комплекса) с целью интенсификации сублимации льда до достижения значений абсолютного давления, соответствующего не нормативному значению 102 Па, а значениям абсолютных давлений на уровне 10 Па.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Обоснование выбора вакуумного оборудования, позволившее повысить его объемную производительность и ресурс, а также снизить весогабаритные параметры и энергопотребление;

2. Методы повышения эффективности технологии вакуумной осушки газопроводов, обеспечивающие:

• порядок работ по удалению воды из трубопроводов КС;

• соотношение начала третьего этапа вакуумной осушки с моментом достижения в осушаемой полости давления насыщенных паров воды при Тгр на момент проведения работ;

• учет гидравлического сопротивления осушаемых газопроводов при проведении вакуумной осушки;

3. Методика определения продолжительности вакуумной осушки, позволяющая прогнозировать и корректировать в ходе производства работ ожидаемый срок окончания осушки;

4. Методика расчета теплового баланса процесса вакуумной осушки, позволяющая оценивать возможность замерзания остатков воды в полости осушаемого газопровода;

5. Методика расчета параметров сублимации, позволяющая определять продолжительность сублимации льда в процессе вакуумной осушки газопроводов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Совершенствование технологии вакуумной осушки с использованием оборудования Вакуумно-азотного комплекса отражено в Специальных рабочих инструкциях на производство работ по осушке участков ЛЧ МГ и трубопроводов КС, разрабатываемых ОАО «Оргэнергогаз».

Результаты работы включены в СТП 309 - 06 «Порядок проведения работ по осушке полости линейной части газопроводов, технологических трубопроводов и оборудования компрессорных станций после гидроиспытаний при их строительстве, реконструкции и ремонте», ДОАО «Оргэнергогаз», 2006г.

К настоящему времени с применением оборудования Вакуумно-азотного комплекса и технологии вакуумной осушки выполнена осушка 35 КС и 854 км ЛЧ МГ, в процессе которой использована разработанная методическая база вакуумной осушки.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Результаты исследований были представлены: ® на XXVI тематическом семинаре «Диагностика оборудования и трубопроводов КС» (п. Небуг, Краснодарский край, 24-29 сентября 2007 г.);

• на IV международной конференции «Обслуживание и ремонт газонефтепроводов» (г. Геленджик, октябрь 2008г.);

• на V научно-практической конференции «Развитие инновационного потенциала молодых специалистов - значимый вклад в развитие газовой отрасли» (г. Москва, 19-22 мая 2009 г.);

• на слете-конкурсе молодых специалистов ОАО «Оргэнергогаз» (г. Саратов, 23 -27 мая 2011г.);

• на слете-конкурсе молодых специалистов ОАО «Оргэнергогаз» (п. Небуг, Краснодарский край, 20-24 мая 2013г.);

• на Юбилейной десятой всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (г. Москва, 08-11 октября 2013г.);

1

• на V Международной молодежной научно-практической конференции «Новые технологии в газовой отрасли: опыт и преемственность» (г. Москва, 19-23 ноября 2013г.).

ПУБЛИКАЦИИ

По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 работы в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Министерства образования и науки РФ. Издана 1 монография. Получены 2 патента на изобретения.

Автор выражает благодарность научному руководителю к.т.н. C.B. Карпову, к.т.н. В.Г. Дубинскому, к.х.н. М.И. Усенко и к.т.н. Д.И. Ширяпову за полезные замечания и рекомендации при выполнении диссертационной работы.

Глава 1. Анализ теоретических и экспериментальных работ в области осушки, современное состояние способов, технологии, технических средств и нормативных требований к качеству осушки газопроводов

1.1 Теоретические и экспериментальные работы в области осушки

В основу теории осушки заложены закономерности тепло-массопереноса при наличие фазовых превращений в осушаемой влажной среде в ходе ее взаимодействия как с осушающим агентом, так и с поверхностью (например, с внутренней поверхностью газопровода). Данные закономерности подробно представлены в работах Р. Рида [7], Р. Берда [8], Т. Шервуда [9].

Основные положения кинетики процесса осушки впервые были сформулированы A.B. Лебедевым и П.С. Коссовичем применительно к испарению влаги из почвы и приведены в работе Я.И. Френкеля [10]. Затем, в 30-е годы прошлого века американскими учеными У.К. Льюисом и Т.К. Шервудом была применена теория диффузии для описания переноса влаги при осушке и создана система дифференциальных уравнений влаго- и теплопереноса [11, 12, 13].

Примечательно то, что данная система уравнений находится в полном согласии с основными положениями термодинамики, где процессы переноса тепла и массы рассматриваются как неразрывно связанные между собой.

Кроме того, H.A. Фукс [14] и О. Кнаке [15] рассматривают процесс осушки (испарения влаги) как технологический процесс, при котором изменяются структурно-механические, технологические и химические свойства осушаемой среды. Изменение данных свойств обусловлено тем, что в зависимости от способа осушки происходит изменение форм связи влаги с парогазовой средой над ее поверхностью, например, при замещении влажного воздуха сухим воздухом, или при удалении влаги путем испарения в ходе ВО.

В отечественной теории осушки наиболее подробно исследования статики, кинетики и динамики процесса были проведены A.B. Лыковым [16]. Кроме того, A.B. Лыковым рассмотрены вопросы переноса тепла и влаги на основе теории тепло- и массообмена, термодинамики необратимых процессов и учения о формах связи влаги с влажными материалами [17].

А.В. Лыковым сформулирована основная задача теории сушки - разработка методов расчета длительности сушки, расхода тепла на испарение и нагрев материала, а также методов определения оптимального режима сушки с учетом изменения технологических и структурно-механических свойств влажного материала в процессе его сушки.

Сегодня термин «осушка» наиболее часто встречается в лесной промышленности, где при изготовлении пиломатериалов для их осушки применяют как традиционный способ осушки теплым воздухом [18], так и новые, более энергоэкономичные способы - ВО [19] и осушка СВЧ [20]. Кроме того, способ ВО получил широкое применение в пищевой промышленности [21].

Теоретические и экспериментальные работы в области осушки применительно к газопроводам проводятся в ОАО «Оргэнергогаз» и ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Вопросы технологии и