Разработка автоматизированной системы регулирования температуры магистрального газопровода

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3092 (2023) Цитировать эту статью

1197 Доступов

8 цитат

Подробности о метриках

В статье представлены результаты численного эксперимента и анализа температурных полей (охладителей газа) при использовании охлаждающих элементов в рассматриваемом газопроводе. Анализ температурных полей продемонстрировал несколько принципов формирования температурного поля, что указывает на необходимость поддержания относительной температуры при перекачке газа. Суть эксперимента заключалась в установке на газопроводе неограниченного количества охлаждающих элементов. Целью данного исследования было определение, на каком расстоянии можно устанавливать охлаждающие элементы для оптимального режима перекачки газа, с точки зрения синтеза закона управления и определения оптимального расположения и оценки погрешности управления в зависимости от расположения охлаждающие элементы. Разработанная методика позволяет оценить погрешность регулирования разработанной системы управления.

В условиях быстро растущей экономики остро стоит вопрос обеспечения потребителей необходимым количеством сырья. Одними из основных источников сырья являются углеводороды, природный газ и нефть. В процессе их переработки появляются различные материалы и нефтепродукты, обеспечивающие население планеты необходимой продукцией производства. С развитием регионов Крайнего Севера (Россия) возникает необходимость поиска технологий добычи и транспортировки на большие расстояния углеводородного сырья в присутствии различных химических соединений, например парафинов. Добыча этих видов сырья является достаточно трудоемкой задачей. Другая проблема – его последующая транспортировка. Сырье не может быть полностью переработано на месте. Таким образом, сырой продукт поступает в промысловый трубопровод. Наличие примесей в сырьевом продукте оказывает существенное влияние на долговечность и износостойкость трубопроводного транспорта.

Также важно отметить, что погодные условия играют важную роль в процессе перевозок на Крайнем Севере. В районах, где среднегодовая температура может изменяться от −50 до +40 градусов Цельсия, на трубопровод дополнительно влияют физические свойства металла, ежедневное растяжение и сжатие которого на стенках трубы может привести к деформации и разрушению всего трубопровода. .

В отличие от нефти, если рассматриваемым углеводородным сырьем является природный газ, то при повышении температуры газ становится вязким, что затрудняет его дальнейшую транспортировку по трубопроводу.

С одной стороны, для устранения этих проблем разработаны автоматический подогрев (нефти) и поддержание заданной температуры (газа) на трубопроводе. Однако такой нагрев трубопровода носит локальный характер. Зачастую в определенном участке трубопровода устанавливают нагревательный элемент, нагревающий его до высокой величины. А затем применяется повторный нагрев на большом расстоянии. Этот способ обогрева трубопроводов нерентабелен, так как потребляет много энергии, что удорожает стоимость изделия.

С другой стороны, альтернативное применение предполагает прокладку трубопровода под землей. Этот метод более эффективен, так как температурный баланс сохраняется более длительный период. Но осуществление подземной прокладки не всегда возможно из-за участков вечной мерзлоты, что приводит к дальнейшему проседанию грунта. Давно известен способ прокладки греющего кабеля и метод измерения теплового воздействия на трубопровод.

Первые исследования в этом направлении начались с работ известного ученого-нефтяника в нефтегазовой геологии Губкина И.М. В своих исследованиях он описал методы воздействия на пласт и насосно-компрессорную систему для извлечения сверхвязкой нефти из пласта. На основе его метода ученые всего мира описали в своих научных работах альтернативные способы термического воздействия на трубопровод для улучшения реологических свойств добываемого сырья. Автор книги «Методы и алгоритмы расчета (трубопроводный транспорт газа)» Сарданашвили С.А. описал методы и алгоритмы расчета в форме, ориентированной на их практическое применение при разработке и эксплуатации компьютерных систем диспетчерского управления транспортом природного газа, решения задач. проектирования и реконструкции газотранспортных систем. Лурье М.В. и др. в работе «Моделирование трубопроводного транспорта нефтепродуктов и газа» рассмотрели магистральные нефте- и газопроводы и методы термического воздействия на них1. Однако при анализе литературы отсутствуют методики расчета теплового режима нефтебаз и насосных станций.