Использование мониторных схем редуцирования природного газа

Введение.

Актуальность темы обусловлена нарастающими темпами использования природного газа (ПГ) как в сфере бытового потребления (за счет расширения зоны газоснабжения), так и в сфере промышленного потребления (внедрение более сложных технологических процессов), что повышает требования к безаварийности и безотказности систем газоснабжения. Вопросы надежности и устойчивости работы газораспределительных систем напрямую влияют на эффективность транспортировки ПГ до конечного потребителя. Также к основополагающим факторам следует отнести создание и поддержание оптимального технологического состояния эксплуатационных параметров газораспределительных сетей и газоиспользующего оборудования. Цель исследования - оценка экономической эффективности предлагаемых схем редуцирования газа на основании величины капиталовложений в процесс монтажа схем, затрат на покупку оборудования и устройств, участвующих в компоновке линий редуцирования. 

Материалы и методы.

Применены системный анализ и синтез сложно структурированных комплексов редуцирования газа, методы вычислительной математики, синтеза новых технических решений.

Результаты.

Рассмотренные схемы редуцирования имеют преимущества перед типовой схемой, используемой в настоящее время на большинстве газораспределительных станций (ГРС) и пунктах редуцирования газа (ПРГ). Вместе с тем схемы, имеющие одну линию редуцирования, обладают узким диапазоном применения. Больший уровень безотказности и безаварийности показывают схемы с запасной линией редуцирования, состоящей из аналогичного набора оборудования и рассчитанной на 100 % мощности основной линии редуцирования. Данные схемы редуцирования отличают меньшее время, затраченное на монтаж оборудования, по сравнению с типовой схемой, что немаловажно в условиях серийного производства.

Выводы.

Проведенный анализ существующих схем редуцирования газа на ГРС и ПРГ позволил осуществить подбор оборудования, работающего в диапазоне среднего и высокого давления с одноступенчатым редуцированием газа, для разработки оптимальной схемы редуцирования. По результатам технико-экономического расчета каждой рассмотренной схемы сделан вывод о целесообразности их использования с точки зрения технологической эффективности и экономичности.

1. Кучмин А.И. Интеграция регулятора давления газа РДП с ускорителем в системы газоснабжения со схемой редуцирования «Регулятор + монитор» // Газовые технологии. 2018. № 1. С. 2-4.

2. Карякин Е.А. Промышленное газовое оборудование: справочник. Саратов : Газовик, 2013. 1279 с.

3. Чернышев А.В., Васильева В.А., Крутиков А.А., Коленко Н.Н. Исследование динамической нагрузки, действующей на рабочий орган пневматического регулирующего исполнительного устройства // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2011. № S. С. 150-166.

4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов. М. : Дрофа, 2003. 840 с.

5. Кондратьева Т.Ф. Предохранительные клапаны. Л. : Машиностроение, 1976. 231 с.

6. Шур И.А. Газорегуляторные пункты и установки. Л. : Недра, 1985. 288 с.

7. Баясанов Д.Б. Автоматическое регулирование и управление в городских газовых сетях. М. : Стойиздат, 1970. 192 с.

8. Баясанов Д.Б., Ионин А.А. Распределительные системы газоснабжения. М. : Стройиздат, 1977. 407 с.

9. Данилов А.А. Автоматизированные газораспределительные станции. СПб. : Химиздат, 2004. 542 с.

10. Ионин А.А. Газоснабжение. М. : Лань, 2021. 448 с.

11. Куприянов М.С. Рациональные системы газоснабжения городов. М. : Стройиздат, 1971. 143 с.

12. Левин А.М. Расчетные режимы давления газа в сетях низкого давления // Газовая промышленность. 1956. № 4. С. 24-30.

13. Медведева О.Н., Жмуров А.В., Поляков А.С. Обоснование схем редуцирования газа на газораспределительных станциях // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2014. № 4 (36). С. 39-44.

14. Medvedeva O.N., Polyakov A.S., Kochetkov A.V. Technical solutions to reduce natural-gas pressure at gas-distribution stations // Chemical and petroleum engineering. 2017. Vol. 53. Issue 7-8. Pp. 469-473. DOI: 10.1007/s10556-017-0365-z

15. Медведева О.Н. Оптимизация структуры распределения газового топлива // Вестник гражданских инженеров. 2009. № 4 (21). С. 73-76.

16. Торчинский Я.М. Оптимизация проектируемых и эксплуатируемых газораспределительных систем. Л. : Недра, 1988. 239 с.

17. Sokovnin O.M., Zagoskina N.V., Zagoskin S.N. Using a Thermodynamic Approach to Estimate a Temperature Drop of Natural Gas in a Pressure Regulator // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2019. Vol. 60. Issue 3. Pp. 451-456. DOI: 10.1134/S0021894419030064

18. Jin Z.-J., Wei L., Chen L.-l., Qian J.-Y., Zhang M. Numerical simulation and structure improvement of double throttling in a high parameter pressure reducing valve // Journal of Zhejiang University SCIENCE A. 2013. Vol. 14. Issue 2. Pp. 137-146. DOI: 10.1631/jzus.A1200146

19. Chattopadhyay H., Kundu A., Saha B.K., Gangopadhyay T. Analysis of flow structure inside a spool type pressure regulating valve // Energy Conversion and Management. 2012. Vol. 53. Issue 1. Pp. 196-204. DOI: 10.1016/j.enconman.2011.08.021

20. Carnevali L., Paolieri M., Tarani F., Vicario E., Tadano K. Modeling and Evaluation of Maintenance Procedures for Gas Distribution Networks with Time-Dependent Parameters // Lecture Notes in Computer Science. 2014. Pp. 304-315. DOI: 10.1007/978-3-319-10557-4_34

21. Hübner M., Haubrich HJ. Long-Term Pressure-Stage Comprehensive Planning of Natural Gas Networks // Handbook of Networks in Power Systems II. 2012. Pp. 37-59. DOI: 10.1007/978-3-642-23406-4_2

22. Bondarenko V.L., Simonenko Y.М., Tishko D.P. Generation of Cold and Heat in Vortex Tubes during Pressure Reduction of Natural Gas // Chemical and Petroleum Engineering. 2020. Vol. 56. Issue 3-4. Pp. 272-279. DOI: 10.1007/s10556-020-00769-w

23. Стадник Д.М., Свербилов В.Я., Макарьянц Г.М., Макарьянц М.В. Обеспечение устойчивости регулятора давления газа непрямого действия посредством установки дросселя на входе // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. № 4 (35). С. 184-192.

24. Rouainia G., Rouainia M., Metatla A. Over Pressure Risk Mitigation with SCADA in a Natural Gas Distribution System // Universal Journal of Mechanical Engineering. 2020. Vol. 8. Pp. 21-28. DOI: 10.13189 / ujme.2020.080103

25. Deveau J., Hughes B. Over-Pressure Protection for Natural Gas Distribution Systems // Pipeline & Gas Journal. 2019. Pp. 24-26.

26. Xie J., Dubljevic S. Discrete-time modeling and output regulation of gas pipeline networks // Journal of Process Control. 2021. Vol. 98. Pp. 30-40. DOI: 10.1016/j.jprocont.2020.12.002

27. Tekir M., Gedik E., Arcaklioglu E., Calapkulu M., Kasap M. CFD analyses of a two-stage natural gas pressure regulator // Mugla Journal of Science and Technology. 2016. Vol. 2. Issue 1. Pp. 14-19. DOI: 10.22531/muglajsci.269966

28. Kondrashov Yu., Ilyukhin V., Balyaba M. To the question of the design of direct-flow gas pressure regulator direct actions // Journal of Dynamics and Vibroacoustics. 2019. Vol. 5. Issue 1. Pp. 22-29. DOI: 10.18287/2409-4579-2019-5-1-22-29

29. Nourian R., Meysam Mousavi S., Raissi S. A fuzzy expert system for mitigation of risks and effective control of gas pressure reduction stations with a real application // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2019. Vol. 59. Pр. 77-90. DOI: 10.1016/j.jlp.2019.03.003

30. Xiong Ya., An Sh., Xu Peng, Ding Yu. et al. A novel expander-depending natural gas pressure regulation configuration: Performance analysis // Applied Energy. 2018. Vol. 220. Pp. 21-35. DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.03.026

31. Steiner K., Schrader A., Kirchner J., Ziegenbalg J. Gas pressure regulation stations according to DVGW technical code G 491:2020, part 2 // Erdgas & Verwandtes. 2020. Vol. 9. Pp. 33-40.

32. Zhong Yu., Xie W., Zhang X. A neural network compound control algorithm for complex nonlinear electric gas pressure regulating system // 2016. Chinese Control and Decision Conference (CCDC). 2016. Pp. 3055-3060. DOI: 10.1109 / CCDC.2016.7531506