авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Оптимизация термодинамических параметровв теплотехническом процессе компримирования газа

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЯРУНИНА Наталья Николаевна

оптимизация термодинамических параметров
в теплотехническом процессе компримирования газа

Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Субботин Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Султангузин Ильдар Айдарович

кандидат технических наук, доцент

Крупнов Евгений Иванович

Ведущая организация: ООО «Газпромэнерго», г. Москва

Защита состоится « 2 » июня 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус Б, ауд. Б-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Ивановского государственного энергетического университета имени В.И. Ленина.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим высылать по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, ИГЭУ, Ученый совет.

Тел.: (4932) 38-57-12, факс: (4932) 38-57-01.

Е-mail: uch_sovet@ispu.ru.

Автореферат разослан «____» апреля 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.064.01,

доктор технических наук, профессор А.В. Мошкарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задачи рационального использования энергетических и сырьевых ресурсов приобретают все большее значение из-за сокращения сырьевых и топливно-энергетических запасов планеты. Особенно остро эти проблемы стоят в промышленной теплоэнергетике, так как именно здесь сосредоточены наиболее энергоемкие процессы и технологии, применяемые в современной промышленности. Именно к таким наиболее энергоемким теплоэнергетическим технологиям относится процесс компримирования газа.

Процессы компримирования газа получили широкое распространение в системах энергоснабжения промышленных предприятий практически всех отраслей. Если взять крупное предприятие и проанализировать его топливно-энергетический баланс, то можно увидеть, что значительная часть энергоресурсов (до 30 % от общего энергопотребления) идет именно на процессы компримирования различных газов в компрессорах и нагнетателях. Производство сжатого воздуха, кислорода, азота, аргона, переработка и транспорт природного газа вот далеко не полный перечень теплоэнергетических систем, где компримирование газа является основной и наиболее энергоемкой технологией.

Технология компримирования природного газа состоит из термодинамических процессов сжатия, расширения и охлаждения газа. Из теории известно, что термодинамическая эффективность этих процессов всецело зависит от правильности выбора промежуточных параметров, то есть от выбора оптимального давления и температуры сжимаемого газа на выходе из каждой ступени сжатия компрессора или из каждой последовательно расположенной компрессорной станции, если речь идет о копримировании природного газа в газовой промышленности.





Очевидно, что для каждого нагнетателя или компрессора выбор оптимальных термодинамических параметров компримирования имеет свою специфику и свои особенности. В настоящее время опубликован целый ряд научных работ, направленных на выбор оптимальных промежуточных параметров сжатия азота, воздуха, кислорода в многоступенчатых компрессорах, но вопросам оптимизации термодинамических параметров сжатия и охлаждения природного газа при его передаче по трубопроводам уделялось недостаточно внимания.

Вместе с тем, газовая промышленность является той отраслью хозяйства России, где наиболее востребованы знания инженеров и ученых по специальности «Промышленная теплоэнергетика», так как именно здесь при транспортировке, подземном хранении и переработке природного газа сосредоточено огромное количество теплоэнергетического оборудования: центробежных компрессоров и нагнетателей, теплоутилизаторов, оребренных теплообменных аппаратов и т.д.

Целью работы является экономия энергетических ресурсов в технологических процессах компримирования и охлаждения газа на основе разработанной методики, позволяющей определять оптимальные термодинамические параметры природного газа на выходе с компрессорных станций при его передаче по трубопроводам.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

  • проведена обработка статистических данных газокомпрессорных станций по параметрам и объемам перекачиваемого газа, по энергетическим показателям оборудования;
  • проведены инструментальные измерения и испытания нагнетателей природного газа (газовых компрессоров) с целью получения их фактических рабочих и энергетических характеристик;
  • проведены инструментальные измерения и испытания теплообменных аппаратов воздушного охлаждения газа с целью получения их фактических технических и энергетических характеристик;
  • проведено обследование линейных участков трубопроводов с целью получения их эксплуатационных характеристик;
  • разработаны и адаптированы дискретные математические модели основных элементов системы сжатия, охлаждения и передачи газа по трубопроводам (участка газопровода, группы нагнетателей, установки воздушного охлаждения газа);
  • произведен синтез дискретных моделей в единую оптимизационную математическую модель теплоэнергетической системы сжатия, охлаждения и передачи газа по трубопроводам;
  • создан программный продукт, позволяющий проводить исследование и оптимизацию режимов работы газокомпрессорных станций, определять оптимальные параметры компримируемого природного газа, а также проводить оценку энергетической эффективности перспективных технологий, направленных на регулирование режимов работы компрессорных станций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Разработана методика выбора оптимальных термодинамических параметров природного газа на выходе с компрессорных станций при его передаче по трубопроводам. В основе методики лежит синтез трех научно-методологических подходов: системного анализа, математического моделирования и оптимизации.
  2. С помощью разработанной методики сформулирован и доказан принципиально новый подход к выбору термодинамических параметров компримирования и охлаждения природного газа в процессе его транспортировки по трубопроводу:
  • температура газа на выходе из системы воздушного охлаждения (на входе в газопровод) должна быть не максимально-допустимая по условию предотвращения плавления изоляции, а оптимальная по критерию минимума затрат энергоресурсов на транспорт газа с учетом технологических ограничений;
  • давление природного газа на выходе с компрессорной станции должно быть не максимально-возможным, а минимально-достаточным по условиям надежного обеспечения потребителей газом и устойчивой работы газопровода.
  1. Доказана энергетическая эффективность применения вентиляторов в аппаратах воздушного охлаждения в зимний период для более глубокого охлаждения газа с одновременным применением на последующей станции частотного регулирования электроприводных газоперекачивающих агрегатов.
  2. Предложен новый подход к оценке энергетической эффективности технологий, направленных на регулирование режимов сжатия и охлаждения компримируемого газа. Алгоритм оценки базируется на определении экономической эффективности за счет поддержания оптимальных параметров газа на выходе компрессорной станции.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика реализована в виде расчетного программного модуля, который включен в состав программно-информационного комплекса «ОптиКомпрессор».

«ОптиКомпрессор», предназначенный для расчета и оптимизации режима работы системы сжатия, охлаждения и передачи газа по трубопроводам, имеющий в своем составе созданный расчетный модуль, позволяет:

  1. определить оптимальные параметры газа на выходе с газокомпрессорной станции (давление и температуру);
  2. выбрать оптимальное количество работающих нагнетателей на каждой газокомпрессорной станции в каждом цехе;
  3. определить загрузку каждого нагнетателя (компрессора) с учётом возможного способа регулирования (изменение частоты вращения, байпасирование, дросселирование, применение входных направляющих аппаратов и т. д.);
  4. выбрать оптимальное количество включенных вентиляторов в установке охлаждения газа;
  5. выбрать оптимальную схему подключения нагнетателей (параллельно или последовательно).

Проведенные исследования позволили сформулировать практические рекомендации по выбору давления и температуры газа на выходе с газокомпрессорной станции.

Использование разработанной методики определения оптимальных параметров компримируемого газа и созданного на ее основе программного продукта, помимо решения оптимизационных задач, позволило провести комплексный энергетический анализ следующих перспективных технологий, направленных на регулирование режимов сжатия и охлаждения газа на компрессорных станциях:

  • устройства регулирования частоты вращения нагнетателей с электроприводом (ЧРП);
  • систем автоматического регулирования температуры газа в выходном коллекторе системы воздушного охлаждения газа.

Применение данной методики в практических расчетах при эксплуатации и проектировании систем, основанных на копримировании и охлаждении природного газа, позволяет снизить потребление энергоресурсов.

Реализация результатов работы.

Представленная работа выполнялась на кафедре Промышленной теплоэнергетики Ивановского государственного энергетического университета.

Ведущая организация – ООО «Газпромэнерго» (г. Москва).

Разработанная методика и программный продукт применялись при выполнении работ по оптимизации режимов электроприводных газокомпрессорных станций ООО «Газпром трансгаз Саратов», что позволило выработать предложения по снижению затрат на компримирование газа.

В настоящее время результаты диссертации используются в работах научно-технического центра «Промышленная энергетика» (г. Иваново) и ООО «Промэнергоконсалтинг» (г.Москва) при проведении энергетических аудитов газокомпрессорных станций.

Личный вклад автора состоит в следующем:

  1. В разработке и адаптации для проведения оптимизационных расчетов следующих математических моделей:
    • Теплообменного аппарата воздушного охлаждения газа;
    • Группы центробежных нагнетателей (газовых компрессоров);
    • Участка газопровода между двумя компрессорными станциями;
  2. В разработке комплексной оптимизационной математической модели теплоэнергетической системы сжатия, охлаждения и передачи газа по трубопроводам, позволяющей находить оптимальные параметры компримируемого газа по алгоритму оптимизации DSFD.
  3. В обработке результатов инструментального обследования центробежных нагнетателей (компрессоров) с электроприводом, теплообменных аппаратов воздушного охлаждения газа, участка газопровода между соседними компрессорными станциями.
  4. В проведении вычислительных экспериментов по исследованию влияния параметров природного газа (давления и температуры) на энергетическую эффективность процессов компримирования.
  5. В разработке методики, основанной на синтезе системного анализа, математического моделирования и оптимизационного поиска, и позволяющей определять оптимальные термодинамические параметры природного газа на выходе компрессорных станций при его передаче по трубопроводам.
  6. В создании принципиально нового подхода к выбору термодинамических параметров природного газа в процессе его компримирования, охлаждения и транспортировки по трубопроводу.

Автор защищает:

    1. Методику выбора оптимальных термодинамических параметров природного газа на выходе с компрессорных станций при его передаче по трубопроводу, основанную на синтезе трех методологических подходов: системного анализа, математического моделирования и оптимизации.
    2. Разработанный на основе методики алгоритм оценки энергетической эффективности перспективных технологий, направленных на снижение энергетических затрат при компримировании природного газа.
    3. Результаты численных экспериментов по исследованию влияния термодинамических параметров компримируемого природного газа (давления и температуры) на энергетическую эффективность системы сжатия, охлаждения и передачи газа по трубопроводам.
    4. Практические рекомендации по выбору температуры и давления компримируемого газа.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV научно-практической конференции «Энергоэффективность. Проблемы и решения» (Уфа, 2004г.), IV научно-практической конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования» (Иваново, 2005г.), на III Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория и практика» (Москва, 2006г.) и международной научной конференции «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием» (Иваново, 2007г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 129 наименований. Работа изложена на 142 станицах основного текста, содержит 42 рисунка и 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, указана научная новизна, практическая значимость результатов работы и основные положения, выносимые на защиту, приводятся некоторые дополнительные сведения по работе.

В первой главе диссертации представлен анализ фактических режимов работы газокомпрессорных станций, который позволил выявить и описать неэкономичные режимы работы оборудования. Главная причина такого положения заключается в том, что на практике, в процессе эксплуатации газопроводов, температура и давление природного газа на выходе компрессорной станции выбираются диспетчерами без достаточного технико-экономического обоснования, на основе имеющегося опыта и интуиции. Кроме того, в большинстве случаев диспетчер не может выставить требуемые параметры газа из-за отсутствия технической возможности их регулирования. Например, из-за нехватки мощности установки охлаждения газа, отсутствия возможности регулировать частоту вращения нагнетателя с электроприводом, нерациональной схемы подключения нагнетателей и т.д.

Аналитический обзор научных работ по выбору температуры и давления компримируемого природного газа показал, что в этой области был проведён ряд научных исследований, которые обогатили теорию промышленной теплоэнергетики, нашли практическое применение. Вместе с тем, авторам этих работ не удалось создать универсальную методику и объединить воедино три методологических направления: системный анализ, математическое моделирование и оптимизацию.

С другой стороны, в настоящее время началось внедрение новых технологий, направленных на регулирование режимов работы газокомпрессорных станций с целью обеспечения оптимальных параметров сжатия природного газа. Вместе с тем, отсутствие надежной методики, позволяющей оценить экономию энергоресурсов от использования этих технологий, затрудняет процесс их внедрения.

Таким образом, проведенный анализ фактических режимов работы газокомпрессорных станций и аналитический обзор научных работ показали, что имеется потребность в разработке методики, позволяющей осуществлять выбора оптимальных термодинамических параметров природного газа на выходе компрессорных станций при его передаче по трубопроводам.

Проведенный анализ показал, что до настоящего времени надежные и достоверные методики, позволяющие решать вышеперечисленные задачи, отсутствуют, и их создание необходимо проводить на основе комплексного использования методов системного анализа, математического моделирования и оптимизационного поиска.

Вторая глава диссертационной работы посвящена вопросам математического моделирования дискретных элементов теплоэнергетической системы сжатия, охлаждения и передачи газа по трубопроводам. Разработаны математические модели: группы центробежных нагнетателей (компрессоров), теплообменных аппаратов воздушного охлаждения газа и участка трубопровода между соседними газокомпрессорными станциями.

В диссертации приводится краткая характеристика моделируемых объектов, анализируются их особенности.

Разработка математической модели начинается с составления функциональной схемы, определяющей связь модели с другими элементами системы (см. рис. 1). Затем подбирается методика расчета, наиболее подходящая для решения оптимизационных задач. Выбор расчетных формул производится на основе аналитического обзора научно-исследовательских работ ряда авторов.

Для адаптации моделей к реальным условиям введены корректирующие коэффициенты, отражающие отличие паспортных показателей работы теплоэнергетического оборудования от фактических. Экспериментальным путем определен диапазон изменения корректирующих коэффициентов.

Во все разработанные дискретные математические модели заложен алгоритм, направленный на определение термодинамических параметров газа на выходе при известных термодинамических параметрах газа на входе (см. рис. 1). Кроме того, математические модели группы нагнетателей и АВО газа позволяют определять электрическую мощность, что необходимо для вычисления критерия при проведении оптимизации.

 онтактная схема функционирования-0



Pages:   || 2 | 3 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.