СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

электродвигатели единичной мощностью соответственно до 25 и 12,5 МВт.

Вместе с тем, большая часть магистральных газопроводов сооружается и эксплуатируется в сложных природно-климатических, геологических,

гидрологических и геокриологических условиях, которые в ряде случаев значительно изменяются в пределах трассы одного газопровода.

При сочетании отмеченных факторов важное значение приобретает задача обеспечения надежности и эффективности трубопроводного транспорта газа. Успешное решение этой задачи зависит от надежного и эффективного функционирования входящих в состав газопровода объектов:

компрессорных станций и линейной части, капитальные затраты на сооружение которой достигают 80% от общего объема капитальных вложений в магистральных газопроводах диаметром 1420 мм. [22]

Надежность и эффективность эксплуатации магистрального газопровода в целом определяется рядом факторов, и, в частности,

температурным режимом магистрального газопровода.

2.3.1 Анализ существующих установок охлаждения газа

Если температура газа после компремирования на КС превышает

максимальную допустимую, рассчитанную по формуле:

сооружается линейная часть магистрального газопровода;

tу.т. - температура металла труб в момент укладки трубопровода в траншею и засыпки грунтом, принимается равной температуре воздуха в этот момент времени (определяется по климатологическим справочникам, исходя из графика сооружения трубопровода);

то газ перед подачей его в линейный участок трубопровода необходимо охладить на величину tохл , определяемую из соотношения:

tохл. tнаг. t м акс.д.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Охлаждение газа является обязательным технологическим процессом на компрессорных станциях современных магистральных газопроводов, а установки охлаждения газа - обязательным составным элементом основного технологического оборудования компрессорных станций.

Для выбора аппаратов охлаждения газа в своей дипломной работе я провел анализ возможных типов установок.

Охлаждение газа может осуществляться в теплообменниках разных типов: кожухотрубных, оросительных, типа «труба в трубе» и воздушных.

Охлаждающим теплоносителем в охладителях газа могут быть: ) вода - в установках водяного охлаждения; ) атмосферный воздух - в установках воздушного охлаждения; ) хладоагент - в станциях охлаждения;

) транспортируемый газ - в рекуперативных установках охлаждения.

. Если в качестве охлаждающего теплоносителя используется вода, то она, в свою очередь, может быть охлаждена:

) в охладителях испарительного типа; ) в охладителях поверхностного типа;

) путем сброса нагретой в теплообменнике воды в источник водоснабжения.

Вохладителях испарительного типа температура охлаждения воды может быть значительно ниже температуры воздуха, что является преимуществом охладителей этого типа.

. В охладителях поверхностного типа вода охлаждается до температуры воздуха и поэтому охлаждающая способность их ниже, чем у испарительных охладителей.

. Если охлаждение газа осуществляется атмосферным воздухом, то в качестве охладителей газа используются аппараты воздушного охлаждения.

Втаких установках газ охлаждается до температуры, превышающей на несколько градусов температуру воздуха.

. Если охлаждение газа осуществляется хладоагентом, то основой станции охлаждения газа являются холодильные машины: паровые компрессионные или абсорбционные водоаммиачные, использующие тепло уходящих продуктов сгорания газотурбинных установок - рис. 17. Первой ступенью охлаждения газа в станции охлаждения газа являются теплообменники водяного или воздушного охлаждения, а второй - холодильные машины.

Вкачестве хладоагентов в паровых компрессионных холодильных машинах используются вещества, имеющие низкую температуру кипения при атмосферном давлении: фреоны, аммиак, пропан, пропан - бутановая смесь и т.д. В абсорбционных водоаммиачных холодильных машинах хладоагентом является водоаммиачный раствор, состоящий из рабочего тела - аммиака и поглотителя (абсорбента) - воды, причем температура кипения абсорбента должна быть больше, чем рабочего тела.

Станции охлаждения газа позволяют охлаждать газ практически до

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

любой требуемой температуры.

. В рекуперативной установке охлаждения газ охлаждается сначала в аппарате воздушного охлаждения (первая ступень охлаждения), а затем - в рекуперативных охладителях (вторая ступень охлаждения).

В летний период времени в составе рекуперативной установки охлаждения работают аппараты воздушного охлаждения и рекуперативные охладители. В результате этого установка позволяет охлаждать газ до температуры, которая ниже температуры атмосферного воздуха, но превышает температуру газа на входе в установку. Величина этого превышения, называемого величиной недорекуперации, определяется размером снижения температуры газа на линейном участке, расположенном за компрессорной станцией, где установлена рекуперативная установка охлаждения. В холодный период времени расчетная температура охлаждения газа обеспечивается только с помощью аппаратов воздушного охлаждения и поэтому рекуперативные охладители отключаются.

Уровень охлаждения газа в рекуперативной установке охлаждения газа ниже, чем в установке воздушного охлаждения (в летний период времени).

Установки охлаждения газа подразделяются на:

) однородные, которые состоят из однотипных по конструкции и по виду используемого охлаждающего теплоносителя охладителей газа, соединенных между собой параллельно или последовательно;

) неоднородные, которые состоят из разнотипных по конструкции и однотипных по виду используемого охлаждающего теплоносителя охладителей газа, соединенных между собой параллельно или последовательно;

) комбинированные, которые состоят из нескольких ступеней охлаждения газа, причем охладители газа в разных ступенях являются разнотипными по виду используемого охлаждающего теплоносителя.

Ступенью охлаждения называется один или несколько соединенных между собой параллельно охладителей газа, являющихся однотипными по конструкции и по виду используемого охлаждающего теплоносителя.

Установка охлаждения газа может состоять из одной или нескольких ступеней.

Выбор того или иного типа установки охлаждения газа осуществляется на стадии проектирования магистрального газопровода, прежде всего, исходя из технологических соображений: обеспечение расчетного уровня охлаждения газа перед подачей его в линейный участок газопровода.

Если расчетный уровень охлаждения газа может быть реализован в установках разных типов, то окончательный выбор типа установки осуществляется в каждом конкретном случае после выполнения техникоэкономических расчетов сопоставляемых вариантов с учетом обеспеченности охлаждающим теплоносителем для установки охлаждения газа, влияния изменений во времени температуры охлаждающего теплоносителя на процесс охлаждения газа, а также с учетом влияния рассматриваемых типов установок охлаждения газа на окружающую среду.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

В связи с тем, что установки и водяного охлаждения позволяют обеспечить расчетные уровни охлаждения газа в большинстве климатических пунктов нашей страны, остановимся на преимуществах и недостатках этих установок, являющихся самыми распространенными на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Прежде всего отметим следующее. Поскольку теплоемкость воды в возможном диапазоне изменения ее температуры в 4 раза больше теплоемкости воздуха как охлаждающего теплоносителя, то массовый расход воды в установке водяного охлаждения будет в 4 раза меньше массового расхода воздуха в установке воздушного охлаждения. С учетом того, что удельный объем воды примерно в 825 раз меньше удельного объема воздуха, объемный расход воды в установке водяного охлаждения будет примерно в 3300 раз меньше, чем объемный расход воздуха в установке воздушного охлаждения. Вместе с тем коэффициент теплоотдачи от поверхности охладителя к воде примерно в 100 раз больше, чем к воздуху, что приводит к необходимости увеличения поверхности охладителя со стороны воздуха за счет ее оребрения.

Установки воздушного охлаждения газа приняты в качестве основных для обеспечения расчетных температурных режимов магистральных газопроводов, сооружаемых и эксплуатируемых на большей части территории нашей страны по следующим причинам.

Во-первых, опыт создания установок воздушного охлаждения для химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности, где впервые были применены эти установки, показывает, что капитальные вложения в установку воздушного охлаждения по сравнению с установкой водного охлаждения уменьшаются на (25 - 30)%, а эксплуатационные расходы - уменьшаются на (50 - 70)%.

Во-вторых, установки воздушного охлаждения предпочтительнее установок водяного охлаждения при эксплуатации в районах со сложными природно-климатическими условиями: острая нехватка воды в южных полупустынных и пустынных районах, обмерзание и возможное по этой причине разрушение вентиляторных градирен в северных и восточных районах страны с продолжительным холодным периодом времени в течение года.

В-третьих, загрязнения теплообменных поверхностей в установках воздушного охлаждения со стороны охлаждающего воздуха менее опасны и легче удаляются, чем загрязнения теплообменных поверхностей в установках водяного охлаждения со стороны охлаждающей воды.

В-четвертых, если температура нагретой в установке водяного охлаждения воды больше (43-49)°С, то процесс загрязнения и коррозии теплообменных поверхностей интенсифицируется, в то время как в установке воздушного охлаждения нет ограничений по температуре нагретого воздуха.

К недостаткам воздушного охлаждения по сравнению с водяным относится то, что температура охлаждения в установке воздушного охлаждения примерно на (10-12)°С выше, чем для тех же условий в

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

установках водяного охлаждения. Кроме того, если температура воды в процессе эксплуатации меняется сравнительно медленно, то температура воздуха изменяется как в течение года, так и в течение суток, что при низкой тепловой инерции установок воздушного охлаждения приводит к колебаниям температуры охлаждения газа, превышающим колебания температуры охлаждения газа в установке водяного охлаждения.

На основании анализа, мной был выбран способ охлаждения природного газа аппаратами воздушного охлаждения. Их достоинствами являются: наименьшие капиталовложения и эксплуатационные расходы; возможность установки в районах с любыми климатическими условиями; не имеют ограничений по температуре нагретого воздуха, менее опасные загрязнения теплообменных поверхностей.

2.3.2 Конструктивные особенности аппаратов воздушного

охлаждения газа

Установка воздушного охлаждения газа состоит из однотипных аппаратов воздушного охлаждения, соединенных между собой параллельно трубопроводной обвязкой. Для подключения или отключения отдельных аппаратов воздушного охлаждения к установке на входе и на выходе каждого аппарата устанавливаются краны, а для подачи газа от нагнетателей в линейный участок, минуя установку охлаждения, сооружается байпасная линия.

Рассмотрим устройство аппарата воздушного охлаждения.

Аппарат воздушного охлаждения представляет собой рекуперативный теплообменник, в котором природный газ охлаждается атмосферным воздухо.

. Теплообменная поверхность состоит из горизонтальных оребренных со стороны охлаждающего воздуха и гладких со стороны газа трубок.

Трубки, расположенные в шахматном порядке (в вершинах равностороннего треугольника), закреплены в двух трубных досках камер подвода и отвода газа, которые объединяют трубки в теплообменную секцию,

смонтированную на несущей раме жесткости 3 - рис. 2. Один аппарат воздушного охлаждения имеет несколько теплообменных секций,

соединенных двумя коллекторами, расположенными на входе и на выходе

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

аппарата. Коллекторы с помощью трубопроводной обвязки соединяются с технологической линией газа на компрессорной станцие.

Оребренные теплообменные трубки изготавливаются монометаллическими и биметаллическими.

Рис. 2. Конструкция аппаратов воздушного охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов

а) АВО типа АВГ с двумя вентиляторами (с редуктором); б) АВО типа АВГ с двумя вентиляторами (без редуктора); в) АВО типа АВГ с одним вентилятором; г) АВО типа АВЗ с одним вентилятором; д) АВО типа «Нуове

- Пиньоне», 1 - теплообменная секция; 2 - камера подвода (отвода) газа; 3 -

рама жесткости; 4 - вентилятор; 5 - опасть; 6 - электродвигатель; 7 -

редуктор; 8 - клиноремная передача; 9 - патрубок; 10 - диффузор; 11 -

несущие конструкции; 12 - фундаменты; 13 - жалюзи; 14 - устройство для изменения угла установки лопастей вентилятора.

Монометаллические трубки изготавливаются с накатным оребрением, а

биметаллические - с накатным и с навитым оребрением.

. Осевые вентиляторы 4 (рис. 2) аппарата воздушного охлаждения газа, вращающиеся в горизонтальной плоскости, предназначены для прокачки больших объемов воздуха через теплообменные секции аппарата в

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

направлении снизу вверх при сравнительно малых напорах воздуха. При этом вентиляторы могут располагаться под теплообменными секциями

(нижнее расположение вентиляторов, обеспечивающее нагнетательную тягу воздуха через секции) или над секциями (верхнее расположение вентиляторов, обеспечивающее вытяжную тягу воздуха через секции)

аппарата. Верхнее расположение вентиляторов предпочтительнее потому,

что теплообмен в секциях происходит интенсивнее из-за отсутствия рециркуляции воздуха и лучшего его распределения внутри секции,

оребренные трубки в секциях защищены от атмосферных осадков.

Вентиляторы приводятся в действие от электродвигателей 6, с

которыми они соединяются непосредственно (рис. 2) или через передачу:

редукторную 7 или клиноременную 8, которой оснащаются аппараты воздушного охлаждения зарубежных фирм.

. Аэродинамические элементы АВО, предназначенные для обеспечения направленного движения воздуха, включают:

) патрубок вентилятора; ) диффузор.

. Патрубок 9 (рис. 2), внутри которого расположен вентилятор,

предназначен для организации направленного движения воздуха. Патрубок имеет цилиндрическую форму, а его высота зависит от диаметра вентилятора и ширины лопастей 5.

. Диффузор 10 (рис. 2) предназначен для равномерного распределения потока воздуха по всей площади теплообменных секций, расположенной перпендикулярно направлению движения воздуха, а также для преобразования динамического напора воздуха в статический, что приводит к повышению общего коэффициента полезного действия вентилятора.

. Узлы регулирования, предназначенные для обеспечения расчетного режима работы АВО путем изменения расхода или температуры охлаждающего воздуха, включают:

) жалюзи 13 (рис. 2);

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

) устройство для изменения угла установки лопастей вентилятора 14; ) устройство для изменения скорости вращения вентилятора;

) устройство для подогрева воздуха, поступающего на вход аппарата воздушного охлаждения, или устройство для отвода части нагретого в теплообменных секциях воздуха и перепуска его на вход аппарата воздушного охлаждения;

) устройство для увлажнения воздуха перед подачей его в теплообменные секции путем распыления воды в потоке воздуха.

Для регулирования теплового режима аппарат может комплектоваться одним или несколькими из перечисленных специальных устройств в зависимости от принятого в каждом конкретном случае способа регулирования.

В нашей стране аппараты воздушного охлаждения общего назначения для различных отраслей промышленности разработаны ВНИИНЕФТЕМАШем и серийно выпускаются заводами в соответствии с стандартизованным рядом аппаратов воздушного охлаждения: охладители и конденсаторы парообразных, газообразных и жидких технологических продуктов с температурой (-40-300)°С и давлением до 6,28 МПа предназначены для работы на открытом воздухе в районах с умеренным и холодным климатом.

Новый аппарат, разработанный и испытанный с участием сотрудников кафедры термодинамики и тепловых двигателей РГУНиГ им. И.М. Губкина и получивший обозначение 2АВГ-75, является одноходовым, трехсекционным,

с шестью рядами трубок длиной 12 м в теплообменных секциях (одна секция состоит из 180 трубок) и имеет поверхность теплопередачи по оребренным трубкам 9930 м². Аппарат оснащен двумя осевыми вентиляторами нижнего расположения с непосредственна приводом, от двух тихоходных электродвигателей с единичной установленной мощностью 37 кВт.

Для охлаждения газа применяются только одноходовые аппараты воздушного охлаждения с целью сведения к минимуму гидравлических