Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Повышение энергоэффективности систем охлаждения газа на компрессорных станциях

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

Автореферат диссертации по теме "Повышение энергоэффективности систем охлаждения газа на компрессорных станциях"

ЗД 622.691.4.052.006.004.53

На правах рукописи

0046

Беркутов Руслан Анварович

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

Специальность 25.00.19 - Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 9 ЛРК 7010

Уфа 2010

004616626

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Степанов Олег Андреевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Абдуллин Рафиль Сайфуллович

- кандидат технических наук, профессор Бахмат Геннадий Викторович

Ведущая организация - ООО «ТюменьНИИгипрогаз»

Защита диссертации состоится «16» декабря 2010 г. в 900 на заседани диссертационного совета Д 222.002.01 при Государственном унитарно предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУЛ «ИПТЭР> по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУЛ «ИПТЭР».

Автореферат разослан «15» ноября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Л. П. Худякова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В настоящее время топливно-энергетический комплекс (ТЭК) ляется одной из устойчиво работающих производственных отраслей ссийской экономики. Он оказывает влияние на состояние и рспективы развития национальной экономики, обеспечивая: около 1/4 оизводства ВВП, 1/3 объема промышленного производства и доходов нсолидированного бюджета России, примерно половину доходов дерального бюджета, экспорта и валютных поступлений, а лидирующие зиции в ТЭК страны занимает газовая промышленность.

В газовой промышленности с целью повышения эффективности ее ункционирования предусматривается внедрение новейших достижений учно-технического прогресса, связанных с использованием огрессивных технологий бурения, добычи, транспортировки и реработки газа, совершенствованием газотранспортной системы, вышением энергоэффективности транспорта газа, размеров, систем кумулирования его запасов, а также технологий сжижения газа.

Все эти меры предусматривают дальнейшее увеличение стоимости иницы природного газа как для внешнего, так и для внутреннего рынка, ледовательно, вопрос об энергосбережении для газовой отрасли остается иболее актуальным.

Модернизация газотранспортной системы предусматривает создание соконадежных коррозионно-стойких труб для магистральных опроводов, использование новейших энергосберегающих технологий шгазации теплоты дымовых газов ГТУ, а также оптимизацию режимов боты систем охлаждения и компримирования газа.

Для повышения энергетической эффективности систем охлаждения газа обходимо обоснование периодичности и применение экономичного способа

чистки оребренных поверхностей. В настоящее время отсутствуют методики, учитывающие изменение тепловых характеристик аппаратов воздушного охлаждения (ABO) по мере загрязнения поверхностей теплообменных труб, определяющих численное значение и динамику развития загрязнений. Для решения оптимизационных задач и управления режимами работы парка ABO необходимо создание методики определения оптимальной глубины охлаждения газа в зависимости от колебаний параметров газа и воздуха, а также разработка критериев оценки тепловой и энергетической эффективности аппаратов.

Целью диссертационной работы является повышение энергоэффективности и снижение эксплуатационных затрат в системах охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Основные задачи исследований

• разработка дополнительных критериев оценки эффективности ABO и их определение при загрязнении наружных поверхностей;

• разработка метода расчета оптимальной глубины охлаждения газа при номинальных режимах работы газопровода для снижения эксплуатационных затрат;

• разработка опытно-промышленной установки гидродинамической чистки загрязненных поверхностей и определение периодичности их очистки с наибольшим экономическим эффектом.

Методы исследований. Решение поставленных задач осуществлялось путем теоретических и экспериментальных исследований, для которых использовались статистические данные и информация, полученная с помощью стандартных средств и методов измерений в условиях эксплуатации. Эксперименты проведены на промышленных объектах. Обработка данных произведена с применением математической статистики, теории вероятностей и вычислительной техники.

Научная новизна

• получены полуэмпирические уравнения для расчета коэффициента . фективности ребра с учетом поправочного коэффициента в зависимости от мпературы наружного воздуха для основных типов ABO газа;

• предложен метод прогнозирования динамики развития загрязнений ребренных поверхностей методом корреляционно-регрессионного анализа испетчерских данных;

• разработаны дополнительные критерии оценки тепловой, ергетической и экономической эффективности работы системы охлаждения ча в условиях эксплуатации с учетом загрязнений оребренных поверхностей плообмена;

• разработан метод определения оптимальной глубины охлаждения за, учитывающий технологические характеристики силового оборудования и ономические показатели.

Основные защищаемые положения. Критериальные зависимости ценки тепловой, энергетической и экономической эффективности аппаратов оздушного охлаждения газа на КС МГ. Методы прогнозирования динамики азвития загрязнений оребренных поверхностей, их влияние на характеристики Ю и способы борьбы с ними.

Практическая ценность работы.

• разработан метод расчета периодичности чистки и экономического фекта;

• даны рекомендации по выбору оборудования и проведению истки оребренных поверхностей теплообмена ABO гидродинамическим етодом и реализованы на КС-11 Богандинского ЛПУ МГ ООО «Газпром ансгаз Сургут», доказана высокая эффективность данного способа;

• предложена блок-схема программного обеспечения, позволяющего ринимать оперативные решения по изменению режимов работы вентиляторов

О с целью достижения оптимальной глубины охлаждения газа и аксимального экономического эффекта.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:

• Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы теплоэнергетики» (Челябинск, 2008; 2009 гг.);

• Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (Тюмень, 2008; 2009 гг.);

• Всероссийской научно-практической конференции и выставке студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2008г.);

• Всероссийской конференции «Молодежная наука и инновации» (Челябинск, 2008 г.);

• Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири» (Тюмень, 2009 г.);

• Нефтегазовый форум. XVIII Международная специализированная выставка «Газ. Нефть. Технологии - 2010» (Уфа, 2010 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 статьи в реферируемых изданиях по списку ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и семи приложений; содержит 173 страницы машинописного текста, в том числе 25 таблиц, 36 рисунков. Список использованной литературы включает 126 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи, научная новизна и практическая

енность результатов проведенных исследований.

В первой главе дан обзор основных видов и конструкций ABO, способы овышения тепловой эффективности аппаратов (чистка внутренних и тружных поверхностей, совершенствование поверхности и компоновки еплообменных труб) и особенности эксплуатации аппаратов в нестационарных ежимах работы.

Проведен анализ отечественных и зарубежных публикаций, посвященных азличным аспектам промышленной эксплуатации теплообменного борудования в системе магистрального транспорта газа. Вопросами хлаждения газа занимались научно - исследовательские, проектные рганизации и учебные заведения: ВНИИГАЗ, ВНИИНЕФТЕМАШ, ШРОСПЕЦГАЗ, ВНИПИТРАНСГАЗ, ЮЖНИИГИПРОГАЗ, РГУ нефти газа им. И.М. Губкина, УГНТУ, СОЮЗГАЗПРОЕКТ, ГУП «ИПТЭР», юмГНГУ и др. Теоретическим исследованиям и основам проектирования азопроводов большой пропускной способности с центробежными агнетателями и охлаждением газа после них на КС МГ посвящены аботы Р.Н. Бикчентая, З.Т. Галиуллина, М.А. Жидковой, A.A. укаускаса, C.B. Карпова, В.И. Кочергина, Б.Л. Кривошеина, O.A. тепанова, И.Е. Ходановича, A.B. Чиркина, М.М. Шпотаковского и ругих авторов. Вопросам увеличения теплоотдачи ABO и оптимальной лубины охлаждения газа посвящены работы H.A. Гарриса, Ф.Ф. бузовой, И.Р. Байкова, В.М. Кейса, В.Б. Кунтыша, A.JI. Лондона, .А.Маланичева, О.Л. Миатова, A.M. Типайлова, П.А. Аксенова, Н.В. ашунина, Ю.В. Забродина и др.

Рассмотрены различные способы очистки оребренных поверхностей еплообмена ABO (пароструйная и пескоструйная чистка, промывка из рандспойтов, продувка воздухом) и промывка с использованием чистящих астворов. Найден экономичный способ чистки оребренных труб

высоконапорным гидродинамическим методом. Установлено, что для его применения необходимо экспериментальное подтверждение эффективности процесса и обоснование периодичности чистки.

Во второй главе автором исследованы методики гидравлического и тепловых расчетов аппаратов воздушного охлаждения.

Существующие в настоящее время методики расчетов ABO (ВНИИГАЗа, ВНИИнефтемаша, A.A. Жукаускаса и В.Б. Кунтыша) не учитывают промышленные условия эксплуатации. Для учета влияния на теплообмен загрязнений наружных оребренных поверхностей аппаратов в зависимость для определения коэффициента теплопередачи автором введено значение термического сопротивления:

аж арпр ст

где Rjalll - тепловое сопротивление загрязнений оребренной поверхности,

Вт

Особенностью расчета ABO, по сравнению с другими типами теплообменных аппаратов, является определение коэффициента эффективности ребра Ер, который представляет собой отношение отводимого им теплового потока к тому тепловому потоку, который отвело бы такое же ребро с бесконечно большой теплопроводностью и постоянной температурой всей поверхности, равной температуре в основании.

В работе автором проведен сравнительный анализ экспериментальных данных с расчетными значениями Ер по трем зависимостям (графической, от критерия Био, Жукаускаса). В ряде случаев величина невязки достаточно велика (до 26 %), это объясняется как погрешностью эксперимента, так и наличием загрязнений наружных поверхностей теплообмена.

Учитывая приоритетность использования зависимости от критерия Био, введено значение поправочного коэффициента:

де т]Е - безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий отношение оэффициента эффективности ребра полученного Жукаускасом А.А. к ависимости эффективности ребра от критерия Био при аналогичных условиях.

Значения поправочных коэффициентов для четырех типов аппаратов риведены на рисунках 1-4.

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 taB, °С • расчетные ^ипчгнии; — линия тренда

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 taB, °С • расчетные значения; — линия тренда

Рисунок 1 - Зависимость поправочного коэффициента от температуры наружного воздуха для ABO «Ничимен»

Пе

0,96700-

Рисунок 2 - Зависимость поправочного коэффициента от температуры наружного воздуха для ABO «Хадсон»

Ле

(У19000-

1iI11IIIг— _

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 1нв, С • расчетные значения; — линиятревда

Рисунок 3 - Зависимость поправочного коэффициента от температуры наружного воздуха для ABO «Крезо-Луар»

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 1 • расчетные значения; — линия тревда

Рисунок 4 - Зависимость поправочного коэффициента от температуры наружного воздуха для 2АВГ-75С

Общий вид уравнения для определения поправочного коэффициента имеет вид:

(3)

где Р (4,27 • 10-3.. .4,54 • 10~3) и К(0,95574...0,98428)- коэффициенты, зависящие от марки аппарата.

Зависимость коэффициента эффективности ребра от критерия Био является более предпочтительной, так как выражает физический смысл процесса, а использование полученного уравнения (3) позволяет оценить Ер по данным, полученным опытным путем.

В третьей главе автором предложено использование метода корреляционно-регрессионного анализа статистических данных для определения динамики развития загрязнений наружных оребренных поверхностей теплообмена ABO. Для построения корреляционно-регрессионной модели были использованы данные за 2007 г. из диспетчерского журнала КЦ-1 КС-11 Богандинского ЛПУ МГ газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск, для ABO фирмы «Ничимен», число включенных вентиляторов по данным журнала учета работы ABO.

Было изучено влияние на температуру газа на выходе ABO (в общем коллекторе) следующих факторов: температуры газа до ABO (в общем коллекторе); среднесуточной температура воздуха в районе площадки ABO; расхода газа (цехового); числа работающих вентиляторов; средней скорость ветра за сутки.

Надежность анализа оценивается по коэффициенту детерминации (Л2), который указывает какой процент вариаций функции У объясняется воздействием факторов X, определяется как квадрат коэффициента корреляции.

Изменение R2 в течение года представлено на рисунке 5.

Коэффициент детерминации R1 изменяется в течение года, а, следовательно, изменяется количество факторов, не учтенных в регрессионной модели и увеличивающих температуру газа на выходе из ABO.

30,00

■ R2, %

Рисунок 5 - Изменение коэффициента детерминации в течение года, %

Из работ A.A. Габдрахманова, И.М. Камалетдинова известно, что влияние агрязнений внутренних поверхностей теплообмена носит существенный характер только для аппаратов, находящихся в эксплуатации более 20 лет, а их эазвитие в течение года незначительно. В связи с этим считаем, что изменение оэффициента детерминации связано с ростом термических сопротивлений наружных оребренных поверхностей теплообмена ABO.

Для определения динамики развития термических сопротивлений использовано понятие коэффициента загрязнения. ^/--безразмерный гоэффициент, выражающий отношение действительного коэффициента теплопередачи к коэффициенту теплопередачи очищенной поверхности при аналогичных параметрах; изменяется теоретически в пределах от 1 до 0.

Термическое сопротивление загрязнений оребренной поверхности ABO 5удет определяться с учетом ежемесячного прироста коэффициента загрязнений:

чист

(4)

R.

м1 -К Вт

(5)

де КРая - расчетный коэффициент теплопередачи, ; Кж - коэффициент

загрязнения, %.

Изменение термического сопротивления в году показан на рисунке 6.

0,0002 0,00018 0,00016 0,00014 0,00012 0,0001 0,00008 0,00006 0,00004 0,00002 0

-А-

—\ IV

/

Месяц

!f

Рисунок 6 - Изменение термического сопротивления в течение

года,-

мг-К Вт

Как видно из рисунка 6 основное увеличение значений термических сопротивлений приходится на летние месяцы, это объясняется присутствием в воздухе пыли и растительности (одуванчик, тополиный пух и т.д.). А прирост в апреле, мае обусловлен оттаиванием верхнего слоя грунта и заносом в оребренную поверхность песка, прошлогодней листвы и травы, встречающихся в образцах загрязнений. Следует отметить, что динамика развития загрязнений индивидуальна для каждой компрессорной станции и зависит от климатических особенностей, растительности и планировки площадки КС.

В четвертой главе автором предложены критериальные зависимости для оценки эффективности аппаратов воздушного охлаждения газа и методика расчета ABO с их использованием.

Термодинамическая эффективность теплообменника определяется как отношение фактического теплового потока в данном теплообменнике к максимально возможному тепловому потоку в нем. Для определения значений тепловой эффективности с учетом термических сопротивлений, известные зависимости были представлены в следующем виде:

Е=_0_=н.вср.к.к]л

где 2™, - максимально возможный тепловой поток, который может быть передан в идеальном противоточном теплообменнике с бесконечно большой поверхностью теплопередачи, Вт; водяные эквиваленты потоков, Вт/К.

£ = 1-ехР [((-

К'КЗЛГ'Н\ 0.78 ^miii) П ,К-К]АГ-

W ■ W W ■ W

' " пмч г * шш mm

(7)

На рисунке 7 представлена полученная зависимость тепловой эффективности ABO от термических сопротивлений.

0,07

0,234

0,468

0,702

0,936

Термическое мгрязнение сребренной поверхности, 135 м2Ю'Вт

Рисунок 7 - Изменение тепловой эффективности ABO "Ничимен" в зависимости от термического сопротивления загрязнений

Для быстрого пересчета аппаратов воздушного охлаждения на режимы работы с одним включенным вентилятором и при естественной конвекции введено понятие коэффициента относительной тепловой эффективности Еоп. Коэффициент относительной тепловой эффективности определялся как отношение теплосъема при одном работающем вентиляторе и при естественной

конвекции к теплосъему при двух работающих вентиляторах:

£07э=а,./б2. (8)

где Q0 , - теплосъем при одном работающем вентиляторе и при естественной конвекции, МВт; ß2 - теплосъем при двух рабочих вентиляторах МВт.

На рисунке 8 представлены значения коэффициента относительной тепловой эффективности для ABO «Ничимен» при различных температурах наружного воздуха.

Еота

0,70,60,5-

о,4

0,3

ол

' 1 .....X 0/"Ч

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 ÍHB, U ■ расчетные значения; — лиши тренда

Рисунок 8 - Значение коэффициента относительной тепловой эффективности ABO «Ничимен»

Как видно из рисунка, среднее значение относительной тепловой эффективности при одном включенном вентиляторе составляет 0,6930, а в режиме естественной конвекции 0,2287. Расчеты с использованием различных входных параметров газа дают аналогичный результат.

Аналогично были определены коэффициенты относительной тепловой эффективности для четырех распространенных на КС типов аппаратов воздушного охлаждения. В таблице 1 представлены значения Етз для ABO «Ничимен», «Хадсон», «Крезо-Луар», 2АВГ-75С.

Полученные коэффициенты относительной тепловой эффективности не только упрощают пересчет аппаратов на другие режимы работы, но и являются необходимым условием для оперативного регулирования системы охлаждения.

Таблица 1 - Значения коэффициентов относительной тепловой эффективности

Тип аппарата «Ничимен» «Хадсон» «Крезо-Jlyap» 2АВГ-75С

Еоп при 1 рабочем вентиляторе 0,6930 0,6913 0,7042 0,6895

Дэге при естественной конвекции 0,2287 0,2273 0,2394 0,2250

С учетом полученных коэффициентов представлены уравнения для определения тепловой эффективности аппарата воздушного охлаждения при работе одного вентилятора и в режиме естественной конвекции:

р ~ Q _ Qi • Ертэ,

'~Q~~~Q-' (9)

max ümax

Е,=Е2-Е0ТЭ1. (10)

Для оценки эффективности различных типов аппаратов использовано понятие энергетического коэффициента эффективности, предложенного Г.В. Бахматом. Данный коэффициент выражает отношение количества теплоты, переданного ABO, к затратам мощности, необходимой для перекачки теплоносителей, т.е. он представляет собой тепловыделения на единицу затраченной работы:

E,H=QKNBt,m+Nru<>p), (11)

где Q - теплосъем в ABO, Bm\ NBeim,Nrudp - мощность, затраченная на привод вентиляторов ABO и на преодоление гидравлических сопротивлений аппарата соответственно, Вт.

С учетом параметров эффективности, уравнение (11) представлено в следующем виде:

ЕЭН=Е--. (12)

А^-и + Ог-ДР —

Рг

Результаты расчета энергетического коэффициента ABO «Ничимен» представлены на рисунке 9.

Q. Nnwp,

Рисунок 9 - Энергетический коэффициент эффективности ABO «Ничимен»

Как видно из рисунка, коэффициент ЕЭ[1 имеет максимальное значение при расходе газа через аппарат равном 35 кг/с, это и есть оптимальный режим.

Для сравнительной характеристики отличия действительного Еэн от оптимального автором введено понятие коэффициента загрузки, который представляет собой отношение действительного коэффициента энергетической эффективности к его максимальному значению:

1. (15)

^ЗИ МАХ

Для рассмотренного примера Еэншх = 42,3965 при расходе газа 35 кг/с, допустим, что действительный расход 60 кг/с, в этом случае Е3 =32,5126/42,3965 = 0,7669.

В таких случаях Еэн можно повысить путем перекрытия отсекающих задвижек одного или нескольких аппаратов, либо осуществить перепуск газа по

байпасным линиям, при условии соблюдения заданного режима охлаждения.

Значения коэффициентов загрузки позволяют принимать решения о выводе в ремонт или резерв аппаратов воздушного охлаждения в более подходящее время, когда за счет отключения одного из ABO можно повысить Е3 в других аппаратах. Это наиболее характерно для летних месяцев, когда снижается объем перекачиваемого газа.

Для определения оптимальной экономического эффекта работы системы охлаждения, экономического эффекта чистки ABO автором была разработана методика расчета оптимальной глубины охлаждения газа на КС. Данный метод основан на сопоставлении затрат на охлаждение на одной станции и расхода топливного газа на повышение давления до максимально рабочего на следующей, это позволяет учесть теплообмен линейной части и тип привода компрессорных агрегатов.

Глубина охлаждения для разного количества включенных вентиляторов рассчитывается не одинаково, поэтому этот показатель будем вычислять по следующему алгоритму:

1. При всех отключенных вентиляторах:

'Дотэ' ПАВО)/(М-СРМГУС. (16)

2. Если включено менее половины вентиляторов глубина охлаждения рассчитывается по формуле:

=(0J-Qa •«„ +E0T3-QB ■(пА80-пв ))/(М-Сгмг), 'С. (17)

3. Если включена половина или более вентиляторов:

=(0.7-QB ■(2-nAB0-nB)+QB -(пв -пАВ0))/(М.СРМГ), 'С. (18) где пАВ0 - число ABO, установленных на одной КС для газопровода; пн - число работающих вентиляторов; Qc - тепловой поток, отводимый в одном ABO при отключенных вентиляторах, Вт] QB - тепловой поток, отводимый в одном ABO при включенных вентиляторах, Вт.

Уменьшение расхода топливного газа при снижении мощности компрессоров рассчитывается по формуле:

AGr =AN/(r]■Q"),нм, /с. (19)

По действующим тарифам на электроэнергию и топливный газ рассчитывается разность затрат на газа и электроэнергию за год по сравнению с режимом работы без охлаждения.

Э= фвгЩгтОО- DNb4J3j,,)4.4465, руб; (20)

где Иг - стоимость 1 м* газа, руб1мг-г Цэл - стоимость 1 кВт ч электроэнергии, руб/(кВт- ч).

При определенной глубине охлаждения показатель Э будет максимальным - это оптимальный режим перекачки газа.

Для сравнительной оценки введено понятие коэффициента экономической эффективности, который представляет собой отношение действительного значения экономии за счет охлаждения к его максимальному значению:

(21)

где ЭФАКГ - фактическое значение экономии, тыс.руб/мес; Эи„- максимальное значение экономии, тыс.руб/мес.

По вышеизложенной методике был произведен расчет оптимальной глубины охлаждения газа для КС-11 Богандинского ЖГУ МГ Уренгой-Сургут-Челябинск. Были получены значения экономического эффекта, произведено сопоставление расчетных и действительных значений (рисунок 10, таблица 2).

Как видно из таблицы 2, работа системы охлаждения на протяжении всего года экономически не оптимальна, что обусловлено низкими коэффициентами экономической эффективности. В каждый период имеет место переохлаждение газа, что приводит к дополнительным затратам электроэнергии на привод вентиляторов ABO. Анализ полученных данных показывает, что упущенная выгода только на одной КС составит около 2,3 млн.руб/год, так для магистрального газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск на территории Тюменской области эта цифра составит около 60 млн.руб/год. Для этих целей автором разработан алгоритм программного обеспечения, позволяющий

оперативно определять экономически оправданное число работающих

вентиляторов.

500 I 400 а 300 % 200 £" 100

I »

I -10о

1 -200 ш

5 -зоо

-500 -600

■ 3 78, 1" ¡_ |_

* • Ле. м • Í* Г" шЛ с ЯШ. * 51 * m » á JL5 ж * • * * * *> 1

ff V ul Г« ■_1 ■ ■w =55 * ** a H * 55 к 1—

/Г • • * W W w w w • • » • * в i » • —

É. * V m • i"

7> át

s Ét w.

_1 _I _I ilI í3>-

□ 1 J I! 1 □ л & fw [1

i 1

1 3 5 7 Э 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Калж£ство включенных вентиляторов

ф 'Зимний период и Весенний период -¿г-Летний период И Осенний период

Рисунок 10 - Значение экономического эффекта тыс.руб/мес в зависимости от числа включенных вентиляторов

Таблица 2 - Сопоставление расчетных и действительных значений

Период Температура газа на входе в участок газопровода ТВЬ1Х, °С Чистая прибыль Э, тыс.руб/мес Количество включенных вентиляторов Еэ

Расчетное Действительное Расчетное Действительное Расчетное Действительное

Зима 27,2 21,6 378,1 117,3 9 19 0,3102

Весна 32,0 24,6 159,4 -52,4 12 26 -0,3287

Осень 30,9 25,0 323,4 134,1 14 27 0,4147

В пятой главе представлена методика экспериментальных исследований, которые проводились в производственных условиях на КС-11 Богандинского ЛГГУ МГ ООО «Газпром трансгаз Сургут» ОАО «Газпром» газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск 11 августа 2009 года с 8:00 до 17:00. Для экспериментов выбраны ABO «Ничимен». Отметим, что все аппараты были в равной степени загрязнены пылью и растительным пухом, а с момента предыдущей чистки пароструйным методом прошло четыре месяца.

Целью экспериментальных исследований являлось: проведение очистки оребренных поверхностей ABO гидродинамическим методом, испытание

конструкции гидродинамической насадки, определение качества чистки; разработка рекомендаций по проведению чистки ABO и экспериментальное определение оптимального угла наклона гидродинамической струи; определение экономического эффекта и обоснование периодичности чистки ABO.

Спроектированная гидродинамическая насадка состоит из двух участков: конический сходящийся порядка 10-30 мм длиной, угол конуса 13-14°, затем -цилиндрический участок длиной примерно 3 диаметра (рис. 11). Необходимым условием является перепад давления на насадке порядка 7,0-8,0 МПа, с учетом потерь по шлангу и в пистолете общее давление агрегата может составлять от 12,0 до 18,0 МПа. В качестве насосного агрегата использовали установку Karcher HDS 798 Eco с производительностью 750 л/ч и давлением 18,0 МПа.

Экспериментально определен угол наклона гидродинамической струи, который составил 63°.

Вид А

M 18x1,5

s

ÜÜÜ

14° ✓ 01,6

. 17 ' 1 ■ 14 ' 5

M 18x1.5

Рисунок 11 - Гидродинамическая насадка с диаметром сопла 1,6 мм

Для измерения температурных полей воздушной среды до и после гидродинамической чистки были использованы кабельные термоэлектрические преобразователи ТХК 0006 в количестве 32 штук и многоканальный измеритель температуры ИТ-2. Прибор измеряет температуру в интервале от -40 до +600°С с точностью ±0,5°С и разрешением 0,1 °С. Термоэлектрические преобразователи были равномерно распределены по всей плоскости аппарата,

поэтому температуру воздуха на выходе из АБО определяли как среднеарифметическое значение. Показания записывались с интервалом в десять минут в течение часа. До чистки с 10:20 до 11:20, после чистки с 14:00 до 15:00.

Сопоставив данные эксперимента с динамикой развития загрязнений оребренной поверхности теплообмена ABO отметим, что расчетный коэффициент теплопередачи загрязненного аппарата на момент проведения эксперимента составил 7,8550Вт/(м2-К), а чистого 8,9250 Вт/(м2-К), что подтверждает предложенную динамику развития загрязнений (4,51+16,369+17,508 +18,031+5,154)-10"5 = 0,000616(м2 ■К)1Вт, а небольшие различия объясняются неудовлетворительным качеством предыдущей чистки и погрешностью эксперимента.

Анализируя расчетное значение коэффициента теплопередачи 8,9320 Вт!(м2 - К) с коэффициентом теплопередачи чистого аппарата, можно сделать вывод, что очистка ABO гидроструйным методом позволяет восстановить характеристики аппарата до расчетных значений и полностью ликвидировать загрязнения наружных поверхностей теплообмена. Как результат - увеличение тепловой эффективности с 0,4858 до 0,5185, что подтверждает теоретические расчеты (рис. 7).

Автором рассмотрен наиболее предпочтительный вариант проведения чистки два раза в год: в конце апреля и в середине августа. В этом случае термическое загрязнение к концу апреля составит 0,000421 м2 -К/Вт. После проведенной чистки оно будет сведено к 0, а к августу составит 0,000654л/2-К/Вт. Экономический эффект чистки определяется по формуле:

Эч = Э-Э', тыс.руб / мес; (22)

где Эч ~ экономический эффект чистки, тыс.руб/мес; Э- чистая прибыль без учета загрязнений ABO, тыс.руб/месс; Э'- чистая прибыль с учетом загрязнений ABO, тыс.руб/мес.

Таким образом экономический эффект составляет весной - 47,7 тыс.руб/мес, летом - 33,1 тыс.руб/мес. Прибыль от чистки в зимний период

21

составляет в среднем 60 тыс.руб./мес. Годовая прибыль от чистки парка ABO газа (14 аппаратов) гидродинамическим методом составляет около 600 тыс.руб/год. Эффективность охлаждения газа при этом увеличивается на 0,8... 1,2°С, а при проведении чистки один раз в год - 2,4°С.

Основные выводы и результаты

В диссертации разработаны методы и критерии оценки эффективности работы аппаратов воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов в условиях эксплуатации. Выявлено влияние загрязнений наружных оребренных поверхностей теплообмена на эффективность процесса охлаждения.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие результаты:

1. Предложен метод расчета коэффициента эффективности для круглого ребра на основании экспериментальных данных, получены полуэмпирические уравнения с учетом поправочного коэффициента для основных типов ABO.

2. Предложен метод прогнозирования динамики развития загрязнений оребренных поверхностей методом корреляционно-регрессионного анализа диспетчерских данных. Определены термические сопротивления для парка ABO КЦ-1 КС-11 Богандинского ЛПУ магистрального газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск.

3. Приведены основные энергетические характеристики оценки эффективности работы ABO газа, осуществлен их расчет для основных типов аппаратов на КС МГ. Предложены удельные характеристики, учитывающие затраты энергии, которые могут быть использованы для сопоставления аппаратов различных марок в условиях эксплуатации и на стадии проектирования.

4. Разработан метод определения оптимальной глубины охлаждения газа, учитывающий технологические характеристики силового оборудования и экономические показатели.

5. Приведена блок-схема программного обеспечения, позволяющего принимать оперативные решения по вводу и выводу вентиляторов ABO из работы для поддержания оптимальной глубины охлаждения газа и получения максимального экономического эффекта при номинальных режимах работы газопровода.

6. Разработана опытно-промышленная установка для проведения гидродинамической чистки оребренных поверхностей. Осуществлены экспериментальные исследования параметров гидродинамической струи, на основании которых определены оптимальные значения. Проведен расчет экономического эффекта. Обоснована периодичность чистки и даны рекомендации по организации технологического процесса чистки.

Основные результаты работы опубликованы

В изданиях, реферируемых ВАК:

1. Беркутов P.A. Оценка загрязнений аппаратов воздушного охлаждения методом корреляционно-регрессионного анализа // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. - 2010. - № 1. - С. 123 - 127.

2. Беркутов P.A., Малюшин H.A. Оперативное определение оптимальной глубины охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ.-2010.-№4.-С. 53-58.

в прочих изданиях:

3. Беркутов P.A. Влияние эксплуатационных загрязнений на тепловые характеристики аппаратов воздушного охлаждения газа // Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Тюмень, 2008 - С. 107 -111.

4. Беркутов P.A. Коэффициент эффективности аппаратов воздушного охлаждения газа при различных режимах работы // Проблемы теплоэнергетики: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Челябинск, 2008 - С. 22 - 26.

23

5. Беркутов P.A. Коэффициент относительной тепловой эффективности ABO газа // Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири: материалы 3-ей Международной научно-технической конференции // Нефтегазовый терминал. - Тюмень, 2009 - №3. - С. 15 - 16.

6. Беркутов P.A. Коэффициент энергетической эффективности аппаратов воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов// XVIII Международная специализированная выставка «Газ. Нефть. Технологии-2010»: материалы научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» // Нефтегазовый форум. -Уфа, 2010.-С.392-393.

7. Беркутов P.A. Номограмма режимов работы аппаратов воздушного охлаждения газа с учетом коэффициента загрязнения // Энерго-и ресурсосбережение, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург, 2008 - С. 40-42.

8. Беркутов P.A. Определение динамики развития загрязнений аппаратов воздушного охлаждения газа методом корреляционно-регрессионного анализа // Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. - Тюмень, 2009.- С. 15 -19.

9. Беркутов P.A. Эффективность аппаратов воздушного охлаждения газа при различных режимах работы // Энерго- и ресурсосбережение, нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. - Екатеринбург, 2008 - С. 42 - 45.

10. Беркутов P.A., Бутуев A.A. Лабораторная установка для изучения влияния загрязнений на тепловые характеристики аппаратов воздушного

охлаждения// Проблемы теплоэнергетики: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. -Челябинск, 2009.- С. 19-23.

11. Беркутов P.A., Мурзин Д.Ф. Применение метода корреляционно-регрессионного анализа с целью прогнозирования параметров аппаратов воздушного охлаждения // Проблемы теплоэнергетики: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Челябинск, 2009 - С.16 - 19.

12. Беркутов P.A., Санникова JI.B. Номограмма режимов работы аппаратов воздушного охлаждения газа с учетом коэффициента загрязнения// Проблемы теплоэнергетики: сборник материалов Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — Челябинск, 2009 - С. 23 - 27.

Фонд содействия развитию научных исследований Подписано к печати 13.11.2010 г. Бумага писчая. Заказ № 430. Тираж 100 экз. Ротапринт ГУП «ИПТЭР», 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Беркутов, Руслан Анварович

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ИНДЕКСЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КОНСТРУКЦИИ ABO И СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ.

1.1 Характеристики аппаратов воздушного охлаждения.

1.2 Совершенствование поверхности теплообмена и компоновки теплообменных труб.

1.3 Способы очистки внутренней поверхности теплообмена.

1.4 Способы очистки наружных оребренных поверхностей теплообменных труб.

1.5 Способы оценки экономической эффективности охлаждения газа на КС

1.6 Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ РАСЧЕТОВ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОГО

ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА.

2.1 Методика теплового расчета ABO с включенными вентиляторами.

2.2 Расчет ABO в режиме естественной конвекции.

2.3 Коэффициент эффективности ребра.

2.4 Гидравлический расчет ABO.

2.5 Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

ОРЕБРЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМ КОРРЕЛЯЦИОННО -РЕГРЕССИОННОГО АНАЛИЗА.

3.1 Отбор факторных признаков и корреляционный анализ.

3.2 Регрессионный анализ и его результаты.

3.3 Определение качества анализа и проверка на адекватность уравнений регрессии.

3.4 Определение численных значений и динамики развития загрязнений оребренных поверхностей ABO.

3.5 Номограмма режимов работы ABO газа с учетом коэффициента загрязнения.

3.6 Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ.

4.1 Тепловая эффективность аппаратов воздушного охлаяедения.

4.2 Коэффициент относительной тепловой эффективности.

4.3 Коэффициент энергетической эффективности.

4.4 Технико-экономические аспекты работы системы охлаждения газа

4.5 Дополнительные характеристики ABO газа.

4.6 Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ НА АППАРАТАХ

ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ.

5.1 Методика проведения экспериментальных исследований.

5.2 Результаты экспериментальных исследований.

5.3 Экономический эффект и обоснование периодичности чистки парка ABO.

5.4 Выводы по главе 5.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение энергоэффективности систем охлаждения газа на компрессорных станциях"

В настоящее время топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является одной из устойчиво работающих производственных отраслей российской экономики. Он определяющим образом влияет на состояние и перспективы развития национальной экономики, обеспечивая: около 1/4 производства ВВП, 1/3 объема промышленного производства и доходов консолидированного бюджета России, примерно половину доходов федерального бюджета, экспорта и валютных поступлений, а лидирующие позиции в ТЭК страны занимает газовая промышленность.

Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. предусматривает дальнейшее увеличение добычи природного газа как для внутреннего рынка, так и для экспорта. К настоящему времени величина разведанных газовых месторождений в европейских регионах России и Западной Сибири достигает около 40-45%, в то же время Восточная Сибирь и Дальний Восток освоены только на 6-8%, а шельфы морей - лишь на 1%. При наиболее благоприятном варианте добыча газа может составить порядка 645-665 млрд.куб.м в 2010 г. и возрасти до 710-730 млрд.куб.м к 2020 г. Газовая промышленность сохранит за собой первенство в топливно-энергетическом комплексе страны, а стратегически приоритетными районами добычи газа останутся Западная Сибирь и месторождения Баренцева моря. Доля природного газа в потребляемых первичных топливно-энергетических ресурсах хотя и снизится с 50% в 2000 г. до 46% в 2020 г., но все же останется высокой, т.к. природный газ в 3 раза дешевле топочного мазута и в 1,6 раз дешевле угля.

В газовой промышленности с целью повышения эффективности [88, 104, 105, 112] ее функционирования предусматривается внедрение новейших достижений научно-технического прогресса, связанных с использованием прогрессивных технологий бурения, добычи, транспортировки и переработки газа, совершенствованием газотранспортной системы, повышением энергоэффективности транспорта газа, размеров, систем аккумулирования его запасов, а также технологий сжижения газа и его транспортировки.

Все эти меры предусматривают дальнейшее увеличение стоимости единицы природного газа как для внешнего, так и для внутреннего рынка, следовательно, вопрос об энергосбережении для газовой отрасли остается наиболее актуальным.

Модернизация газотранспортной системы с целью повышения энергетической эффективности и безопасности предусматривает создание высоконадежных коррозионно-стойких труб для магистральных газопроводов, использование новейших энергосберегающих технологий утилизации теплоты дымовых газов ГТУ, а также оптимизация режимов работы систем охлаждения и компримирования газа.

Целью диссертационной работы является повышение энергоэффективности и снижение эксплуатационных затрат в системах охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Основные задачи исследований:

• разработка дополнительных критериев оценки эффективности ABO и их определение при загрязнении наружных поверхностей;

• разработка метода расчета оптимальной глубины охлаждения газа при номинальных режимах работы газопровода для снижения эксплуатационных затрат;

• разработка опытно-промышленной установки гидродинамической чистки загрязненных поверхностей и определение периодичности их очистки с наибольшим экономическим эффектом.

Методы исследований

Решение поставленных задач осуществлялось путем теоретических и экспериментальных исследований, для которых использовались статистические данные и информация, полученная с помощью стандартных средств и методов измерений в условиях эксплуатации. Эксперименты проведены на промышленных объектах. Обработка данных произведена с применением математической статистики, теории вероятностей и вычислительной техники.

На защиту выносятся теоретические, экспериментальные исследования и практические рекомендации по оптимальной эксплуатации ABO газа на КС МГ.

Научная новизна:

• получены полуэмпирические уравнения для расчета коэффициента эффективности ребра с учетом поправочного коэффициента в зависимости от температуры наружного воздуха для основных типов ABO газа;

• предложен метод прогнозирования динамики развития загрязнений оребренных поверхностей методом корреляционно-регрессионного анализа диспетчерских данных;

• разработаны дополнительные критерии оценки тепловой, энергетической и экономической эффективности работы системы охлаждения газа в условиях эксплуатации с учетом загрязнений оребренных поверхностей теплообмена;

• разработан метод определения оптимальной глубины охлаждения газа, учитывающий технологические характеристики силового оборудования и экономические показатели.

Практическая ценность работы

• разработан метод расчета периодичности чистки и экономического эффекта;

• даны рекомендации по выбору оборудования и проведению очистки оребренных поверхностей теплообмена ABO гидродинамическим методом и реализованы на КС-11 Богандинского ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Сургут», доказана высокая эффективность данного способа;

• предложена блок-схема программного обеспечения, позволяющего принимать оперативные решения по изменению режимов работы вентиляторов

ABO с целью достижения оптимальной глубины охлаждения газа и максимального экономического эффекта.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:

• Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы теплоэнергетики» (Челябинск, 2008; 2009 гг.);

• Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (Тюмень, 2008; 2009 гг.);

• Всероссийской научно-практической конференции и выставке студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2008г.);

• Всероссийской конференции «Молодежная наука и инновации» (Челябинск, 2008 г.);

• Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трубопроводного транспорта Западной Сибири» (Тюмень, 2009 г.);

• Нефтегазовый форум. XVIII Международная специализированная выставка «Газ. Нефть. Технологии - 2010» (Уфа, 2010 г.).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 статьи в реферируемых изданиях по списку ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и семи приложений; содержит 173 страницы машинописного текста, в том числе 25 таблиц, 36 рисунков. Список использованной литературы включает 126 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Беркутов, Руслан Анварович

4.6 Выводы по главе 4

1. Приведены основные энергетические характеристики, используемые для оценки эффективности работы ABO газа. Осуществлен расчет этих характеристик для основных типов аппаратов на КС МГ. Разработаны рекомендации по применению данных критериев в условиях промышленной эксплуатации и на стадии проектирования.

2. Предложены дополнительные характеристики ABO, учитывающие удельные затраты энергии и позволяющие оценить аппараты различных марок на стадии проектирования.

3. Разработан метод определения оптимальной глубины охлаждения газа в ABO и экономического эффекта процесса чистки аппарата в зависимости от сокращения расхода топливного газа ГТУ. Введено понятие коэффициента экономической эффективности ABO, произведено сопоставление расчетных и действительных значений. Предложена блок-схема программного обеспечения,

103

5.1 Методика проведения экспериментальных исследований

Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях на КС-11 Богандинского ЛПУ МГ ООО "Газпром трансгаз Сургут" ОАО "Газпром" газопровода Уренгой-Сургут-Челябинск 11 августа 2009 года с 8:00 до 17:00. В проведении эксперимента принимали участие двое студентов кафедры "Промышленная теплоэнергетика" ТюмГАСУ.

КС-11 состоит из двух компрессорных цехов КЦ-1 и КЦ-2 оснащенных парками ABO фирм "Ничимен" (28 вентиляторов) и "Крезо-Луар" (30 вентиляторов). Для проведения исследований были выбраны ABO фирмы "Ничимен", их характерной особенностью является высокий коэффициент оребрения и расположение вентиляторов непосредственно над трубным пучком. Выбор данной модели объясняется широким применением аналогичных аппаратов на КС ("Хадсон", "Нуово-Пиньоне"). Отметим, что все аппараты были в равной степени загрязнены пылью и растительным пухом, а с момента предыдущей чистки пароструйным методом прошло четыре месяца.

Целью экспериментальных исследований являлось:

• проведение очистки оребренных поверхностей ABO гидродинамическим методом, испытание конструкции гидродинамической насадки, определение качества чистки;

• разработка рекомендаций по проведению чистки ABO и экспериментальное определение оптимального угла наклона гидродинамической струи;

• определение экономического эффекта и обоснование периодичности чистки ABO.

Предварительное исследование включало в себя опрос эксплуатационного персонала и ознакомление с документацией.

Очистку межтрубного пространства ABO газа в большинстве случаев проводят промывкой с помощью пожарных брандспойтов, что обеспечивает

105 отмыв от пыли на 20-50 % и практически не обеспечивает удаления - растительной составляющей (травы, пуха и т.д.). Вторым распространенным методом очистки является пропаривание, вследствие которого возможно ухудшение теплоотдачи из-за "спекания" или уплотнения загрязнений межтрубного пространства [33, 49, 75, 76]. Используются также методы пескоструйной очистки.

За рубежом проблемы очистки от отложений (загрязнений) различного оборудования в большинстве случаев решают с помощью высоконапорных струй жидкости [25, 122].

Вследствие высокого коэффициента оребрения труб и значительного количества рядов в ABO очистка струями с недостаточным давлением (отмыв с помощью пожарных брандспойтов или пропаривание) не обеспечивает полного удаления загрязнителей и в первую очередь органической составляющей. Повышение скорости струйного потока выше критического значения может приводить к деформированию оребрения, а в случае возникновения резонансных колебаний труб при очистке - к их деформации и нарушению герметичности. Использование в струйном потоке абразивов или химических реагентов повышает себестоимость работ по очистке.

Для решения задачи очистки трубного и межтрубного пространства ABO Краснодарского УПХГ ООО «ГАЗПРОМ ПХГ» в 2006^2008 гг. к.т.н., доцент КубГТУ Омельянюк М.В. проводил экспериментальные и опытно-промышленные исследования технологии гидродинамической высоконапорной очистки межтрубного пространства ABO газа. Определялись оптимальные технологические параметры струйного воздействия и технических средств, предназначенных для реализации технологии гидродинамической очистки. Экспериментально было определено оптимальное сочетание напорных и расходных характеристик, которое обеспечивает качественную гидродинамическую очистку оребрения всех рядов труб ABO без нарушения их целостности и повреждения оребрения [75,76]. Использовалась водопроводная вода без добавок химреагентов. Для эффективного удаления загрязнителей потребовалось проведение очистки в два этапа. Оценка эффективности чистки

106 проводилась визуальным методом.

Высоконапорная гидродинамическая чистка является более предпочтительным вариантом, так как ее себестоимость достаточно мала. Полученные Омельянюком М.В. зависимости и рекомендации были учтены для проведения эксперимента по гидродинамической чистке ABO газа "Ничимен" на КС-11 Богандинского ЛПУ и проектированию гидродинамических насадок.

В качестве насосного агрегата использовали установку Karcher HDS 798 Eco с производительностью 750 л/ч и давлением 18,0 МПа.

Спроектированная гидродинамическая насадка состоит из двух участков: конический сходящийся порядка 10-30 мм длиной, угол конуса 13-14°, затем -цилиндрический участок длиной примерно 3 диаметра (рис. 5.1). Необходимым условием является перепад давления на насадке порядка 7,0-8,0 МПа, с учетом потерь по шлангу и в пистолете общее давление агрегата должно составлять от 12,0 до 18,0 МПа. Зависимость диаметра сопла насадки от производительности насосного агрегата представлена на рисунке 5.2.

Вид А

В процессе эксперимента измерялась температура газа и воздуха на входе и выходе аппарата воздушного охлаждения, расход воздуха принимался по паспортной производительности вентиляторов, а расход природного газа вычислялся исходя из данных диспетчера с учетом равномерного распределения по всем аппаратам.

Измерения проводили на одном ABO, поэтому данные снимали не меньше, чем через один час после включения вентиляторов для достижения стабильного режима.

5000

4500

I 4000 3500

1 3000 £

5 2500

I 2000 о 1500 о. 1000 500 0

Рисунок 5.2 - Зависимость диаметра сопла насадки от производительности насосного агрегата

Температура газа измерялась ртутными термометрами, установленными в маслонаполненных стаканах. Цена деления термометров равна 1°С.

Для измерения температурных полей воздушной среды до и после гидродинамической чистки были использованы кабельные термоэлектрические преобразователи ТХК 0006 в количестве 32 штук и многоканальный измеритель температуры ИТ-2. Прибор измеряет температуру в интервале от -40 до +600°С с точностью ±0,5°С и разрешением 0,1 °С. Термоэлектрические преобразователи были равномерно распределены по всей плоскости аппарата, поэтому температуру воздуха на выходе из аппарата определяли как среднеарифметическое, что обеспечивает достаточную точность и незначительное расхождение, менее 0,5°С, с экспериментальными данными [49]. Показания записывались с интервалом в десять минут в течение часа и усреднялись.

5.2 Результаты экспериментальных исследований

Производительность процесса гидродинамической очистки ABO зависит как от прочностных свойств и объема загрязнений, так и от силы динамического

108

1,6 2,8 4

Диаметр сопла насадки, мм воздействия, т.е. от силы удара струи по загрязненной поверхности. Поэтому целью настоящего эксперимента являлось не только определение качества и экономичности гидродинамической чистки, но и оптимального угла наклона гидродинамической струи.

Были изучены четыре угла наклона: 90°, 60°, 45° и 30° (рисунок 5.3) по отношению к плоскости аппарата и изготовлены соответствующие шаблоны. Эффективность чистки оценивалась визуальным методом по нижним рядам оребренных труб ABO.

Аппарат воздушного охлаждения "Ничимен" состоит из шести рядов оребренных труб, при этом загрязнениям в основном подвержены первые четыре ряда по ходу движения воздуха. При углах наклона 90°, 45° и 30° происходит дробление, и потери напора струи уже на пятом, четвертом ряду. При этом загрязнения нижних рядов практически остаются неизменными.

Экспериментально определен оптимальный угол наклона (рисунок 5.4) гидродинамической струи для ABO "Ничимен", который составил 63° по отношению к плоскости аппарата, перпендикулярно осям труб и параллельно плоскости оребрения. Чистку проводили сверху вниз. В этом случае гидравлическое сопротивление системы сведено к минимуму и обеспечивается полное очищение первых рядов без замятия ребер. Определение угла наклона струи геометрическим путем в зависимости от шага труб в пучке дает аналогичный результат.

Ничимен"

Теоретически определенные углы наклона для различных типов ABO приведены в таблице 4.10.

В процессе эксперимента измеряли температуру воздуха на выходе из аппарата. Данные записывались с интервалом десять минут в течение часа. До чистки с 10:20 до 11:20, после чистки с 14:00 до 15:00.

Температурные карты и точки замера до и после чистки представлены на рисунках 5.5 и 5.6. Температурные поля на рисунках 5.7., 5.7.1. и 5.8.,5.8.1.

В таблице 5.1 представлены параметры газа и воздуха до и после чистки.

Сопоставив данные из таблицы 5.1 с динамикой развития загрязнений оребренной поверхности теплообмена ABO (таблица 3.7) отметим, что коэффициент теплопередачи загрязненного аппарата на момент проведения эксперимента составил 7,8550 Вт/(м2 К) , а чистого 8,9250 Вт/(м2К), что подтверждает предложенную динамику развития загрязнений

4,51 +16,369 +17,508 +18,031 + 5,154) • 10"5 = 0,000616 (м2 К) / Вт а небольшие различия объясняются неудовлетворительным качеством предыдущей чистки и

110 Т os О VO

00 00

I г\ 00 m r» ON 4 XjT

4, 00

ON у—К OS y—i loo о ogX t os (N CN 00

CN os г-Н «v гч -Si r\ Os r-H

1-н / О 00 \oo я CN CN r-H <N

А Os

ON\ t—(\ r-H es CN CN

Os у—кУ* < Z>

Os у—К Os r-H CN o <N

Рисунок 5.5

- Температурная карта и точки замера до гидродинамической чистки ABO "Ничимен"

21,5 2^3- 21,0 20,5 14 19,0

21 /в 22,9 22,7 21,2 20Í 20,2 19,3 Vo

21^ 22,9 22,9 2ok 20,1 19,6 l¿,2

21,5 2^ -2^4 21,3 19,4 19,0

Ось X

- Температурное поле до гидродинамической чистки ABO "Ничимен"

Рисунок 5.7

Рисунок 5.7.1 - Температурное поле до гидродинамической чистки о

-1 О

О 3

ABO "Ничимен"

Ось X

0 3 4 6 J-1II

Рисунок 5.8 - Температурное поле после гидродинамической чистки

ABO "Ничимен"

Рисунок 5.8.1 - Температурное поле после гидродинамической чистки

ABO "Ничимен"