МОДЕРНИЗАЦИЯ УЗЛА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ

Одной из составляющих энергетики промышленно развитых стран, в том числе и России, - является газовая промышленность. Базу данной отрасли представляют месторождения природного газа, которые, как правило, удалены от основных потребителей их продукции энергетических
и химических производств, предприятий черный металлургии и крупных коммунальных хозяйств - на многие сотни километров. Это создает проблему доставки газа от мест его добычи к объектам потребления газового сырья
и топлива.

На существующем этапе технического прогресса основным средством доставки газа в больших объемах на длительные расстояния является трубопроводный транспорт.

Протяжение современных газопроводов достигает несколько тысяч километров, а всей газотранспортный системы страны (ГТС) - порядка 150 тысяч км.

В настоящее время газораспределительные сети являются неотъемлемой частью экономического потенциала Российской Федерации и нефтегазового комплекса в целом. Протяженность газораспределительных сетей в несколько раз превышает длину магистральных газопроводов (протяженность магистральных газопроводов составляет 180000 км, протяженность газораспределительных газопроводов 650000 км). Длины газораспределительных трубопроводов на территории Российской Федерации хватит для того, чтобы преодолеть расстояние от Земли до Луны и в обоих направлениях. Кроме того, они имеют огромное значение для населения и предприятий иных отраслей. Повсеместное использование газа как в промышленных, так и в бытовых целях повышает уровень жизни людей, технологичность процессов, в которых используется газ, а также является более экологически безопасным по сравнению с использованием остальных видов топлива.

Неотъемлемой частью линейной части магистрального газопровода является газораспределительная станция (ГРС) –– это технологический комплекс сооружений, предназначенный для изменения параметров природного газа перед подачей в сети газораспределения, включая очистку, редуцирование, мероприятия по предотвращению гидратообразования (подогрев), одоризацию, а также измерения расхода газа.

Одним из важных технологических процессов подготовки газа из магистрального трубопровода для его транспортировки потребителям в населённые пункты является подогрев газа в узле подогрева.

Основной целью работы является модернизация технологического процесса подогрева газа на газораспределительной станции.

На рисунке 1 показана принципиальная схема ГРС. Главным назначением ГРС является понижение давления газа из магистрального газопровода до уровня, необходимого для безопасного потребления газа.

Рисунок 1. Принципиальная схема ГРС

1 - узел переключения (УПР);  2 - узел очистки газа (УО); 3 - узел замера расхода газа (УЗ); 4 - узел подогрева газа (УП); 5 - узел редуцирования газа (УР); 6 - узел одоризации газа (ОУ); 7 - другие системы (КИПиА, ТМ, ЭХЗ, связь, ЭВС)

 

ГРС выполняет следующие основные функции:

— очищает газ от механических примесей и от конденсата;

— редуцирует газ до заданного давления и поддерживает его с заданной точностью;

— измеряет и регистрирует расход газа;

— осуществляет одоризацию газа перед подачей потребителю;

— обеспечивает подачу газа потребителю, минуя основные блоки ГРС, в соответствии с требованием ГОСТ 5542-87 [1]

Основными потребителями газа являются:

— объекты газонефтяных месторождений (собственные нужды);

— объекты газокомпрессорных станций (собственные нужды);

— объекты малых, средних и крупных населенных пунктов, городов;

— электростанции;

— промышленные, коммунально-бытовые предприятия.

Наибольшие трудности при редуцировании газа возникают из-за образования гидратов. Природные газы в определенных термодинамических условиях вступают в соединения с водой и образуют гидраты, которые, скапливаясь в промысловых и магистральных газопроводах, существенно увеличивают их гидравлическое сопротивление, и, следовательно, снижают их пропускную способность. Гидраты представляют собой соединения молекулярного типа, возникающие за счёт Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения. Образующиеся при этом полости между молекулами воды полностью или частично заполняются молекулами газа. Гидраты природных газов представляют собой неустойчивые соединения, которые при повышении температуры или понижении давления разлагаются на газ и воду.

Для предотвращения образования гидратов применяют следующие способы:

1. Подогрев газа.

Предупреждение образования гидратов подогревом газа заключается в том, что при сохранении давления в газопроводе температура газа поддерживается выше равновесной температуры образования гидратов.

2. Снижение давления.

Предупреждение образования гидратов снижением давления заключается в том, что при сохранении температуры в газопроводе снижается давление ниже равновесного давления образования гидратов. Этот метод применяют и при ликвидации уже образовавшихся гидратов.

3. Ввод ингибиторов.

Ингибиторы, введенные в насыщенный водяными парами поток природного газа, частично поглощают водяные пары и переводят их вместе со свободной водой в раствор, который совсем не образует гидратов или образует их, но при более низких температурах. В качестве ингибиторов применяют метиловый спирт (метанол), растворы этиленгликоля (ЭГ), диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ), хлористого кальция, этилкарбитола (ЭК) и др.

 

4. Осушка газа.

В результате осушки газа точка росы паров воды должна быть снижена ниже минимальной температуры при транспортировке газа (влажность должна составлять не более 0,05—0,1 г/м3). Присутствие азота, сероводорода и углекислого газа повышает температуру гидратообразования. [3]

Наиболее широко применим первый способ, второй менее эффективен, а третий — очень дорогостоящий.

Для общего подогрева газа (первый способ) применяют огневые (ПГА-5, ПГА-10, ПГА-100, ПГА-200 и ПТ А-1) и водяные (ПГ-3, ПГ-10, 9ПГ64-2М (ЗМ), ПТПГ-30 и ПТГ-15) подогреватели. Для эксплуатации ПГ-3 и 9ПГ64-2М (ЗМ) необходимы мощные стационарные или передвижные котельные установки, а также постоянные инженерные коммуникации по водоснабжению, канализации и электроснабжению. Трудности химической подготовки и очистки воды приводят к быстрому нарастанию накипи на внутренних стенках водопроводных труб, уменьшению их проходного сечения и ухудшению процессов теплообмена. [1]

Проектируемым объектом является узел предотвращения гидратообразования газораспределительной станции. Проектирование ведется по данным действующих установок ГРС-5 Константиновского ЛПУМГ «Газпром трансгаз Казань». В настоящее время на ГРС-5 Казань используются подогреватели газа марки ГПМ-ПТПГ-30М. К преимуществам данного подогревателя перед огневыми можно отнести:

• безопасность при обслуживании;
• высокую автоматизация;
•  лучшую теплоизоляцию.

Анализ работы действующих установок и литературных данных показал, что при эксплуатации подогревателя газа марки ГПМ-ПТПГ-30М часто присутствует потребность в ручном запуске. Этого недостатка лишен подогреватель газа марки БПГ «Исток-60».

 

Проект предусматривает модернизацию узла предотвращения гидратообразования газораспределительной станции посредством установки подогревателя газа пульсирующего горения марки БПГ «Исток-60». Данный подогреватель был выбран в связи с более выгодной эксплуатацией, большим КПД, меньшими габаритными размерами в сравнении с ГПМ-ПТПГ-30М.

Блок подогрева газа (БПГ) «Исток» предназначен для подогрева природного газа до температуры, исключающей гидратообразование, и подачи газа требуемой температуры потребителю.

«Исток» относится к подогревателям газа с промежуточным теплоносителем, работающим по малолюдной технологии без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Блок подогрева газа «Исток» состоит из двух основных узлов:

 

1. узел подогрева теплоносителя на базе теплогенератора пульсирующего горения ТПГ с системой подготовки теплоносителя и циркуляционными насосами;

2. узел подогрева газа на базе кожухотрубчатого или иного теплообменника.

Блок подогрева газа «Исток» выполнен по малообслуживаемой технологии, оснащается локальной системой управления (САУ) с возможностью передачи параметров работы на верхний уровень. Также блок оснащен системами контроля загазованности, пожарной сигнализации и оповещения.

 

При пульсирующем режиме горения возникает избыточное давление в жаровом тракте теплогенератора, благодаря чему нет необходимости создавать разряжение в топке путем установки высокой дымовой трубы. Кроме того, таким теплогенераторам не страшны сильные порывы ветра, из-за которых нередко останавливаются обычные котлы.

 

Благодаря пульсирующему горению удается применить камеру сгорания малого объема (в несколько раз меньше топок стационарных котлов), что положительно сказывается на пассивной взрывобезопасности.

 

Применение пульсирующего горения позволило сократить массогабаритные характеристики теплогенератора за счет увеличения интенсификации теплоотдачи от продуктов сгорания в стенку от 2 до 3 раз по сравнению со стационарным горением; что, в свою очередь, позволило уменьшить габариты подогревателя газа.

 

К преимуществам подогревателя с пульсирующим горением также можно отнести:

• простота конструкции и эксплуатации;
• отсутствие горелочного устройства
• малые размеры и масса на единицу теплопроизводительности;
• отсутствие необходимости частого обслуживания теплогенераторов ТПГ;
• малый объем промежуточного теплоносителя, V~ 3м3;
• срок службы 50 лет благодаря применению высоколегированных коррозионностойких сталей при изготовлении теплогенератора, трубного пучка высокого давления и корпуса промежуточного теплоносителя;
• высокий общий КПД подогревателя за счет высокоэффективного теплогенератора.[4]

Рассмотрим несколько пунктов экономической целесообразности модернизации узла подогрева газа.

1. Расход топливного газа ГПМ-ПТПГ-30М составляет 110 м³/ч, когда как расход топливного газа БПГ «Исток-60» - 90 м³/ч. При работе подогревателя 6550 часов в год экономия топливного газа составит
131 000 м³ за 1 год.

Цена газа на собственные нужды равна 5076 рублей за 1000 м³.

Таким образом, за 1 год использования БПГ «Исток-60» возможно сэкономить 664 956 рублей на топливном газе.

2. В обоих подогревателях газа промежуточный теплоноситель – диэтиленгликоль. В ГПМ-ПТПГ-30М объем теплоносителя – в среднем
V₁ = 7,4 м³, в БПГ «Исток-60» - V₂ = 3 м³.

1 кг диэтиленгликоля стоит 93 рубля.

ρ_{диэтил.}= 1,117 г/см³ = 1117 кг/м³

m₁ = V₁∙ρ = 7,4 ∙ 1117 = 8265,8 кг

m₂ = V₂∙ρ = 3 ∙ 1117 = 3351 кг

Δ m = 4914,8 кг

Экономия средств при использовании БПГ «Исток-60» составит 457 076,4 рублей.

3. Срок службы подогревателя газа ПТПГ-30 - 30 лет, а блока подогрева газа «Исток-60» - 50 лет.

То есть замена ГПМ-ПТПГ-30 будет проводиться почти в 2 раза чаще, чем замена БПГ «Исток-60». На замену любого из двух подогревателей затрачивается в среднем 11 млн. 520 тыс. рублей, в которые входит цена подогревателя и демонтажные-монтажные работы. Таким образом, модернизация подогревателя на БПГ «Исток-60» является экономически выгодным.