123644 (Підвищення ефективності магістральних газопроводів на пізній стадії експлуатації)

Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Говдяк Роман Михайлович

УДК 504.054:622.691.4

Підвищення ефективності магістральних газопроводів на пізній стадії експлуатації

Спеціальність 05.15.13 – трубопровідний транспорт, нафтогазосховища

автореферат

на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Івано-Франківськ

2008 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу, Міністерство освіти і науки України.

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор Семчук Ярослав Михайлович, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри безпеки життєдіяльності.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, член-кореспондент НАН України Похмурський Василь Іванович, Фізико-механічний інститут ім. І.В. Карпенка НАН України, м. Львів, заступник директора:

доктор технічних наук, професор Капцов Іван Іванович, Український науково-дослідний інститут природних газів, м. Харків, завідувач відділом транспортування газу;

доктор фізико-математичних наук, професор Осадчук Василь Антонович, Національний університет «Львівська політехніка», завідувач кафедри.

Захист відбудеться “16” травня 2008 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої ради Д 20.052.04 в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу за адресою: 76019, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу за адресою: м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

Автореферат розісланий “___” квітня 2008 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент О.В. Корнута

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Газотранспортна система України – одна з найбільших, але разом з тим і одна з найстаріших в Європі – її розвиток розпочався в 1924 р. Особливо швидко система почала розвиватися з 1967 р., який вважається початком експорту українського, а потім і російського газу до країн Центральної і Західної Європи, початком функціонування найбільшого на сьогодні коридору транзиту російського газу.

На території держави створена найбільша система транзитних магістральних газопроводів, яка забезпечує близько 93 % експортних поставок російського газу, що складає більш ніж чверть загального об’єму споживання газу в Європі. Газотранспортна система “Укртрансгаз” технологічно з’єднана з системами магістральних газопроводів Росії, Бєларусі, Молдови, Румунії, Угорщини, Словаччини, Польщі, а через них з газопроводами всього європейського континенту.

За станом на теперішній час загальна протяжність газопроводів досягла 34,8 тис. км, у тому числі магістральні газопроводи-відводи – 12,5 тис. км. Проектна пропускна спроможність газотранспортної системи на вході в Україну складає 292 млрд м³ на рік (800 млн м³ на добу). Загальна потужність компресорних станцій складає 5492 МВт.

У структурі газопроводів суттєво переважають трубопроводи великого діаметру. Так, газопроводи діаметром 1420 мм складають 15,82 %, діаметром 1020–1220 мм – 23,34 %; 720-820 мм – 14,93 %

Водночас газотранспортна система має у своєму складі 59,43 % газопроводів з терміном експлуатації від 15 до 50 років, 5,8 тис. км газопроводів відпрацювали свій амортизаційний строк – 33 роки, більш третини газопроводів мають антикорозійне покриття з полімерних плівок холодного нанесення. Це вимагає щорічного виконання значних обсягів капітального ремонту та реконструкції газопроводів .

Сьогодні у системі “Укртрансгазу” в експлуатації знаходиться 78 компресорних станцій (121 компресорний цех) з працюючими 779 газоперекачувальними агрегатами двадцяти типів, як вітчизняного, так і зарубіжного виробництва, в тому числі 449 агрегатів із газотурбінним приводом, що складає 80 % від загальної потужності. Близько 20 % парку газоперекачувальних агрегатів відпрацювали встановлений моторесурс або близькі до того, і подальша їхня експлуатація не забезпечує надійної та ефективної роботи. Експлуатація такого багаточисленного та різнотипного парку, у тому числі в ряді випадків з низьким ККД, різним моторесурсом, чималим числом морально та фізично застарілих агрегатів, вимагає належного сервісного обслуговування, а також змушує вирішувати проблеми розробки та впровадження високоекономічних і більш екологічно чистих газоперекачувальних агрегатів.

Отже, газотранспортна система України на пізній стадії експлуатації вимагає вирішення важливих і невідкладних науково-технічних проблем, пов’язаних з підвищенням надійності лінійної частини та економічності експлуатації компресорних станцій, оцінки залишкового ресурсу газоперекачувальних агрегатів з метою проведення переоснащення компресорних станцій та впливу системи на довкілля.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота носить як теоретичний, так і науково-прикладний характер. Виконувалась при участі автора згідно переліку науково-дослідних, дослідно - конструкторських робіт ВАТ "Укргазпроект" на 2005, 2006, 2007 роки та договору №11-102-6 з Івано-Франківським національним технічним університетом нафти і газу.

Тематика роботи охоплює декілька завдань національних та галузевих програм “Нафта і газ України у 2010 році”, “Програми науково-технічного прогресу газової промисловості України до 2015 року”, “Програми збереження ДК “Укртрансгаз” на 2001-2013 роки”, “Програми забезпечення діагностики і моніторингу газотранспортної системи України на 2002-2030 роки”, “Програми реконструкції лінійної частини газотранспортної системи ДК “Укртрансгаз”, “Програми реконструкції компресорних станцій ДК “Укртрансгаз”.

Мета роботи. Розробка наукових основ та впровадження створених на їх основі методів та засобів в практику експлуатації газотранспортних систем на пізній стадії експлуатації для підвищення ефективності роботи трубопроводів та обладнання.

Задачі досліджень.

1. Дослідження критичного напружено-деформаційного стану лінійної частини газопроводів для оцінки залишкового ресурсу.

2. Встановлення закономірностей зміни економічності експлуатації газоперекачувальних агрегатів на компресорних станціях для обґрунтування термінів їх переоснащення.

3. Аналіз енергетичної ефективності газотурбінних установок компресорних станцій та розробка методів та засобів її підвищення.

4. Дослідження впливу об’єктів газотранспортного комплексу на довкілля та розробка заходів зниження рівня аварійних ризиків.

Об’єкт дослідження: системи магістральних газопроводів на пізній стадії експлуатації.

Предмет дослідження: технології, методи, заходи підвищення ефективності експлуатації обладнання і лінійної частини магістральних газопроводів.

Методи досліджень. Аналіз причин відмов газотранспортних систем проводився з використанням методу дерева відмов, який ґрунтується на оберненій (дедуктивній) логіці; прогнозування впливу факторів на відмову газових об'єктів проводилось методами математичного моделювання; для модифікації камер згоряння газоперекачувальних агрегатів застосовувались стендові та натурні випробування. Вірогідність отриманих висновків підтверджено результатами натурних дослідів та статистичними даними із застосуванням алгоритмів обробки даних.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Закономірності зміни економічної ефективності експлуатації газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій з тривалим терміном експлуатації.

2. Результати досліджень критичного напружено-деформованого стану лінійних ділянок газопроводів і методи обґрунтування їх залишкового ресурсу.

3. Заходи зниження рівня аварійних ризиків та шкідливого впливу об’єктів магістрального газопроводу на довкілля.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що вперше:

1. На основі аналізу технічного стану вітчизняних магістральних газопроводів для підвищення ефективності їх експлуатації удосконалено методи прогнозування технічного та екологічного ризиків аварій.

2. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод визначення залишкового ресурсу магістральних газопроводів на пізній стадії експлуатації за допомогою індикаторів навантаження на основі закономірностей кінетики втомного руйнування та експериментальних досліджень індикаторів та моделей-“вирізок” труб газопроводу.

3. Удосконалено метод визначення залишкового ресурсу газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій шляхом встановлення ефективного ККД конкретного агрегату із врахуванням його критичного стану і зміною його в минулому, а також характеру тренду, побудованого для усієї сукупності ідентичних агрегатів.

4. Обґрунтовано метод підвищення енергетичної ефективності камер згоряння газотурбінних установок компресорних станцій на основі трубчастої технології спалювання газу.

5. Розвинуто концепцію використання вторинних ресурсів компресорних станцій магістральних трубопроводів шляхом розробки технології одержання вуглекислоти з димових газів.

6. Обґрунтовано науково-технічні заходи та засоби щодо підвищення акустичної ефективності компресорних станцій магістральних газопроводів.

Практичне значення одержаних результатів полягає:

1. Удосконалено методи кількісного аналізу аварійного ризику газотранспортних об'єктів підвищеної небезпеки, які схвалені і взяті для використання Управлінням Держпромгірнаглядом МНС України.

2. Розроблено науково-технічні заходи з впровадження трубчастої технології спалювання газу у камерах згоряння газоперекачувальних агрегатів компресорних станцій, що дозволили значно підвищити її енергетичну ефективність (патенти України на корисну модель №8303, №8304, №21118, №22994), впроваджено технологію на Бердичівській компресорній станції УМГ «Київтрансгаз України».

3. Розроблена технологія одержання вуглекислоти з димових газів, що зменшує навантаження на довкілля (патенти України та Росії на корисну модель №5959, №46753).

4. Створено шумоглушники-утилізатори для газотурбінних агрегатів ГПА-Ц-6,3 та ГТК-10-і (патенти України та Росії на корисну модель №2352, №24041, №61814), які взяті для виготовлення Ухтинським експериментальним механічним заводом (Росія).

5. Розроблена методика для визначення залишкового ресурсу магістральних газопроводів (патент України на корисну модель №5396), яка впроваджена на УМГ «Прикарпаттрансгаз».

Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві, полягає у такому: 1) проблеми енергоекологічної безпеки газових об’єктів України, інноваційні пріоритети паливно-енергетичних комплексів країни, сформовано нові підходи до кількісного аналізу аварійного ризику газотранспортних об'єктів, сучасного стану досліджень підвищення ефективності магістральних газопроводів та компресорних станцій [1-7, 13, 15, 16, 21, 41]; 2) визначення залишкового ресурсу лінійної частини магістральних газопроводів та вибір діагностичного параметра агрегатів компресорних станцій [42]; 3) напрямки створення малотоксичних камер згорання [11, 12, 16, 21, 27, 42, 43]; 4) ідея використання вторинних ресурсів компресорних станцій для виробництва вуглекислоти [22, 24, 25, 29, 30, 33, 35-37]; 5) участь у створенні модифікованих шумоглушників-утилізаторів[10, 45, 46].

Апробація результатів роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на конгресах та науково-технічних конференціях: 7-ї міжнародної науково-практичної конференції «Нафта і газ України-2002 (Київ, 2002р.), шостої міжнародної конференції «Енергетична безпека Європи ХХІ сторіччя» (Київ, 2003р.), сьомої міжнародної конференції «Енергетична безпека Європи ХХІ століття, «Інноваційні пріоритети» (Київ,2004р.), ІV міжнародному енергоекологічному конгресі «Енергетика. Екологія. Людина.» (Київ, 2004р.); 8-ї міжнародної науково-практичної конференції «Нафта та газ України-2004» (Судак, 2004), першої в Україні міжнародної конференції «Когенерация в промишленности и коммунальной энергетике» (Київ, 2005р.),науково-практичної конференції «Екологічні проблеми нафтогазового комплексу» (м. Яремча Івано-Франківської обл., 2004р.), 5-й міжнародний енергетичний конгрес «Енергетика. Екологія.. Людина» (Київ, 2005р.), 8-ї міжнародної конференції «Енергетична безпека Європи ХНІ століття, «Євразійські енергетичні коридори (Київ, 2005р.), VІ міжнародному енергоекологічному конгресі «Енергетика. Екологія. Людина»(Київ, 2006р.), 9-ї міжнародної конференції «Енергетична безпека Європи ХНІ століття», «Євроазійські енергетичні коридори» (Київ, 2006р.), науково-практичної конференції «Нафтогазовий комплекс України, стратегія розвитку» (Київ, 2006р.), ХІІ міжнародної конференції «Ресурсоенергозбереження в ринкових відносинах» (м.Ялта, 2006р.), міжнародної науково-технічної конференції «Новітні ресурсозберігаючі технології в нафтогазовій енергетиці (ІФНТУНГ-40» (м.Івано-Франківськ, 2007р.), 3-ї міжнародної науково-практичної конференції «Екологічні проблеми нафтогазового комплексу» (санаторій Синяк, Закарпатська обл., 2007), VІІ міжнародному енергетичному конгресі «Енергетика. Екологія. Людина.» (2007р), 10-ї міжнародної конференції «Енергетична безпека Європи ХХІ століття» (Київ, 2007р.), на семінарах кафедри безпеки життєдіяльності і міжкафедральному науковому семінарі факультету нафтогазопроводів Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу (2004, 2005, 2006, 2007р.р.)

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 4-ох монографіях, 33 статтях у фахових наукових журналах, збірниках, 9 міжнародних конференцях і семінарах, 11 деклараційних патентах України та Росії.