Меню

Тепловая мощность системы охлаждения природного газа

Установка охлаждения газа (УОГ)

Установка охлаждения газа (УОГ) предназначена для охлаждения газа.

Охлаждение газа — часть технологического процесса при его транспортировке по магистральным газопроводам (МГП).

В процессе компримирования газ нагревается, вызывая температурный перепад на участке газопровода между компрессорными станциями (КС).

Для избежания возникновения продольных температурных напряжений и деформаций МГП газ охлаждают в специальных установках воздушного охлаждения (УОГ).

Установка охлаждения газа (УОГ) состоит из определенного количества аппаратов воздушного охлаждения (АВО) с электроприводными вентиляторами.

АВО являются исполнительными элементами в системе поддержания заданной температуры газа на выходе КС.

Задача поддержания рекомендуемой температуры газа решается включением необходимого количества вентиляторов.

Наибольшее распространение получили УОГ с нагнетательной тягой типа 2АВГ-75, в которых вентиляторы находятся под теплопередающей поверхностью теплообменника.

Приводом вентиляторов являются многополюсные асинхронные двигатели (АД), которые имеют низкий коэффициент мощности даже в номинальном режиме.

Каждый из аппаратов оснащен 2 мя вентиляторами с диаметром рабочего колеса 5 м, которые приводятся в движение электродвигателями типа ВАСО мощностью 37 кВт.

Общее количество электродвигателей УОГ составляет от 20 до 48 единиц.

УОГ эксплуатируются в составе технологического комплекса компрессорной станции (КС) и линейной части магистральных газопроводов (МГП).

На предприятиях транспорта газа эксплуатируются более 6000 АВО газа различных типов и производителей.

Источник



Охлаждение технологического газа

можно осуществить в холодиль­никах различных систем и конструкций; кожухотрубных (типа «труба в трубе»), воздушных компрессионных и абсорбирующих холодильных машинах, различного типа градирнях, воздушных холодильниках и т.д.

Наибольшее распространение на КС получили схемы с использованием аппаратов воздушного охлаждения АВО. Следует однако отметить, что глубина охлаждения технологического газа здесь ограничена температурой наружного воздуха, что особенно сказывается в летний период эксплуатации. Естественно, что температура газа после охлаждения в АВО не может быть ниже температуры наружного воздуха.

Взаимное расположение теплообменных секций и вентиляторов для ; прокачки воздуха практически и определяет конструктивное оформление АВО. Теплообменные секции АВО могут располагаться горизон­тально, вертикально, наклонно, зигзагообразно, что и определяет компоновку аппарата.

A ВО работает следующим образом: на опорных металлоконструкци­ях закреплены трубчатые теплообменные секции. По трубам теплообменной секции пропускают транспортируемый газ, а че­рез межтрубное пространство теплообменной секции с помощью вентиля­торов, проводимых во вращение от электромоторов, прокачивают наружный воздух. За счет теплообмена между нагретым при компремировании газом, движущимся в трубах и наружным воздухом, движущимся по межтрубному пространству, и происходит охлаждение технологическо­го газа на КС.

Опыт эксплуатации АВО на КС показывает, что снижение температуры газа в этих аппаратах можно осуществить примерно на значение порядка 15-25 °С. Одновременно опыт эксплуатации указывает на необходимость и экономическую целесообразность наиболее полного использования устано­вок охлаждения газа на КС в годовом цикле эксплуатации, за исключением тех месяцев года с весьма низкими температурами наружного воздуха, когда включение всех аппаратов на предыдущей КС приводит к охлаждению транс­портируемого газа до температуры, которая может привести к выпадению гвдратов. Обычно это относится к зимнему времени года.

При проектировании компрессорной станции количество аппаратов воздушного охлаждения выбирается в соответствии с отраслевыми нор­мами ОНТП51-1-85. На основании этих норм температура технологи­ческого газа на выходе из АВО должна быть не выше 15 -20 °С средней температуры наружного воздуха.

Уменьшение температуры технологического газа, поступающего в газопровод после его охлаждения в АВО, приводит к уменьшению сред­ней температуры газа на линейном участке трубопровода и, как след­ствие, к снижению температуры и увеличению давления газа на входе в последующую КС. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению степе­ни сжатия на последующей станции (при сохранении давления на выхо­де из нее) и энергозатрат на компремирование газа по станции.

Читайте также:  Индикаторы мощности электрического тока

Очевидно также, что оптимизация режимов работы АВО должна со­ответствовать условию минимальных суммарных энергозатрат на ох­лаждение и компремирование газа на рассматриваемом участке работы газопровода.

Следует также отметить, что аппараты воздушного охлаждения газа являются экологически чистыми устройствами для охлаждения газа, не требуют расхода воды, относительно просты в эксплуатации. В эксплуа­тации применяются следующие типы АВО газа: 2АВГ-75, АВЗД, фирм «Нуово Пиньоне» и «Крезо Луар».

В настоящее время установки охлаждения транспортируемого газа являются одним из основных видов технологического оборудования КС.

Источник

Все о транспорте газа

Для реализации процесса регулирования системы охлаждения с целью минимизации энергетических и эксплуатационных затрат на транспорт природного газа необходимы действительные теплотехнические характеристики АВО при различных режимах их работы. Заводы-изготовители представляют теплотехнические характеристики АВО, как правило, только для одного из возможных режимов работы (при работе аппаратов со всеми включенными вентиляторами). Кроме того, эти характеристики не учитывают действительного технического состояния АВО, так как они получены в результате стендовых испытаний. Наличие только таких теплотехнических характеристик не обеспечивает процесса регулирования систем охлаждения.

Анализ эксплуатационных характеристик систем охлаждения КС МГ показывает, что существует возможность определения действительных теплотехнических характеристик АВО. Весьма распространенными типами АВО в системах охлаждения КС МГ являются аппараты отечественного производства типа 2АВГ-75 и аппараты, производимые итальянской фирмой Nuovo Pignone. Для этих типов АВО были определены их действительные теплотехнические характеристики в условиях эксплуатации (рис. 1, 2).


Рис. 1. Действительные теплотехнические характеристики АВО типа 2АВГ-75:

а-при отключенных вентиляторах; б — при одном включенном вентиляторе; в — при двух включенных вентиляторах

Рис. 2. Действительные теплотехнические характеристики АВО фирмы Nuovo Pignone (Италия):
а — при отключенных вентиляторах; б — при одном включенном вентиляторе; в — при двух включенных вентиляторах

Поскольку основным параметром,определяющим значение тепловой мощности АВО Q1 является максимальная разность температур между природным газом и атмосферным воздухом Δtmax = t ` 1— to.c, действительные теплотехнические характеристики аппаратов воздушного охлаждения указанных типов при различных режимах их работы представлены в следующей форме:

Как показывает анализ результатов обработки эксплуатационных характеристик систем охлаждения ряда КС, перевод АВО указанных типов с режима работы при свободной конвекции (при отключенных вентиляторах) на работу с одним включенным вентилятором повышает их тепловую мощность практически в 3 раза, а перевод с режима работы с одним включенным вентилятором на работу с двумя включенными вентиляторами — не более чем на 30 %. Это и определяет алгоритм рационального регулирования систем охлаждения, оснащенных АВО.
Имея действительные теплотехнические характеристики АВО при отключенных, а также при одном и двух включенных вентиляторах, можно предложить следующий алгоритм рационального регулирования режима работы системы охлаждения природного газа на КС, состоящей из i АВО:

1. При известном значении температуры природного газа после сжатия в центробежных нагнетателях t ` 1 = t2 и заданном значении температуры природного газа на входе в последующий линейный участок МГ t » 1, требуемая тепловая мощность системы охлаждения Qохл (кВт) определяется по соотношению

5. Если все АВО в системе охлаждения, работающие с одним включенным вентилятором, не обеспечивают требуемую тепловую мощность (Qохл > iQ11в), то необходимо перейти (на некоторых или всех АВО) на режим работы с двумя включенными вентиляторами. При этом число АВО, в которых должны работать два вентилятора, может быть найдено по соотношению

Читайте также:  Справочники по микросхемам усилителей мощности низкой частоты

Таким образом, анализ полученных теплотехнических характеристик АВО при различных режимах их работы показывает, что при возрастании температуры окружающей среды (воздуха) toc и требуемой тепловой мощности системы охлаждения Qохл регулирование режима работы системы охлаждения следует проводить в следующей последовательности:

• сначала все АВО в системе охлаждения работают при свободной конвекции;

• при увеличении требуемой тепловой мощности или повышении температуры окружающего воздуха АВО следует переводить на режим работы с одним включенным вентилятором;

• после того, как во всех АВО включено по одному вентилятору, при необходимости, следует последовательно переводить аппараты на режим работы с двумя включенными вентиляторами.

При снижении требуемой тепловой мощности системы охлаждения Qохл или температуры окружающей среды toc регулирование режима работы системы охлаждения энергетически и экономически целесообразно проводить в обратной последовательности.

Режим эксплуатации системы охлаждения, при котором часть АВО работает при свободной конвекции, а часть — при двух работающих вентиляторах в каждом аппарате, следует признать энергетически и экономически невыгодным

Изменение режимов работы технологических участков МГ и тепловой мощности АВО в процессе эксплуатации, а также существенные затраты электрической энергии на привод вентиляторов в АВО вызывают необходимость решения задачи оптимизации режимов работы систем охлаждения природного газа на КС МГ, заключающейся в определении энергетически и экономически обоснованной глубины охлаждения природного газа на КС. Определение оптимальных значений температуры природного газа на входе в линейный участок МГ следует вести в диапазоне допустимых значений температуры природного газа с точки зрения минимизации энергетических затрат и эксплуатационных расходов на транспорт газа.
Включение n дополнительных вентиляторов в системе охлаждения рассматриваемой КС для снижения температуры природного газа на входе линейного участка можно признать энергетически целесообразным, если суммарная электрическая мощность вновь включенных вентиляторов меньше снижения мощности, идущей на компримирование природного газа, на следующей за рассматриваемой КС:

где t » 11 и t » 12 — температура природного газа на выходе из системы охлаждения до и после включения дополнительных вентиляторов; m — число АВО, в которых включили по одному вентилятору; (n — m)-число АВО, в которых включили по второму вентилятору.

Исходя из соотношения (6), температура на выходе из системы охлаждения может быть найдена из соотношения

При условии, что температура потока природного газа на выходе из системы охлаждения после включения дополнительных вентиляторов приблизительно равна температуре природного газа на входе в следующий за КС линейный участок (t » 12t1лу), температура и давление природного газа на выходе из линейного участка, а также величина энергетических затрат на сжатие природного газа на следующей за линейным участком КС может быть рассчитана по известным соотношениям [2, 3].
Определение оптимальной, энергетически обоснованной температуры на входе в линейный участок следует вести последовательно, рассчитывая характеристики транспорта газа для каждого шага, характеризующегося включением одного или нескольких вентиляторов. Оптимальной можно считать такую температуру на выходе из системы охлаждения рассматриваемой КС t » 1опт , при которой, с включением дополнительных вентиляторов, снижение мощности сжатия на следующей КС участка меньше мощности энергопривода включенных вентиляторов.
Окончательный вывод о значении оптимальной температуры природного газа на выходе из системы охлаждения t » 1опт можно сделать только на основании технико-экономического расчета. В этом расчете необходимо провести сопоставление величины дополнительных энергетических затрат в денежном выражении, связанных с включением новых дополнительных вентиляторов в системе охлаждения ΔСохл, и снижения энергетических затрат в денежном выражении на сжатие природного газа на следующей после линейного участка станции ΔСсж.
Снижение температуры природного газа на выходе из системы охлаждения рассматриваемой КС может считаться экономически целесообразным в случае, если при включении n дополнительных вентиляторов выполняется следующее условие:

Читайте также:  Стерилизатор мощностью 50 квт

ΔСохл 3 ; цТГ— цена топливного газа, руб/1000 м 3 ; цээ2 — цена электрической энергии на следующей за рассматриваемой КС, руб/(кВт ч); ηегту1i ηегтуг2i — эффективный КПД i-й работающей ГТУ при сопоставляемых режимах работы; ηмех — механический КПД ГГПА, учитывающий механические потери при передаче энергии от ГТУ к нагнетателю; ηэл1j, ηэл2j — КПД электродвигателя j-го работающего ЭГПА при сопоставляемых режимах работы; ηред— КПД редуктора

Экономически обоснованной оптимальной температурой природного газа на выходе из системы охлаждения рассматриваемой КС следует считать такую температуру, при которой включение дополнительных вентиляторов не ведет к снижению суммарных энергетических затрат в денежном выражении на рассматриваемой и следующей за ней КС.

При решении задачи определения оптимальной глубины охлаждения природного газа находится также и оптимальный режим работы системы охлаждения рассматриваемой КС с энергетическим и экономическим обоснованием числа работающих вентиляторов. Определение оптимальной температуры охлаждения природного газа на компрессорных станциях газопроводов следует проводить постоянно с целью оптимизации режима работы системы охлаждения при изменяющихся режимах работы газопровода и погодных условиях с использованием действительных теплотехнических характеристик АВО.

Анализ режимов работы КС ряда технологических участков МГ показывает, что из-за недозагрузки газопровода группы цеховых АВО при некоторых режимах не участвуют в процессе охлаждения природного газа на КС. Создание и использование перемычек между группами цеховых АВО даст возможность включить в работу все группы АВО при всех режимах эксплуатации, что может привести к снижению энергетических и эксплуатационных затрат при транспорте природного газа.

Использование перемычек и включение в работу всех цеховых групп АВО на КС при всех режимах эксплуатации дает возможность повысить энергетическую эффективность работы системы охлаждения природного газа, значение которой определяется по следующему соотношению [4]:

где V- средний удельный объем природного газа в системе охлаждения КС.

Рост энергетической эффективности системы охлаждения при использовании перемычек между цеховыми группами АВО достигается за счет снижения падения давления природного газа Δp и повышения тепловой мощности системы охлаждения ΔQохл при неизменном числе включенных вентиляторов j или постоянной тепловой мощности системы охлаждения природного газа Qохл = idem за счет уменьшения гидравлического сопротивления системы Δp и числа включенных вентиляторов.
Приведенные в работе алгоритм рационального регулирования и программа оптимизации режимов работы систем охлаждения природного газа, а также технико-экономическое обоснование использования перемычек между группами цеховых АВО прошли апробацию на ряде КС. Использование представленных разработок может привести к существенному экономическому эффекту.

А.Ф. Калинин (РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина)

Источник