Повышение эффективности и безопасности эксплуатации установок грубой очистки природного газа от твердых частиц тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат технических наук Желанов, Владимир Петрович

• Желанов, Владимир Петрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Желанов, Владимир Петрович

Условные обозначения, буквенные индексы, аббревиатуры.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО

ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК ГРУБОЙ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ.

1.1 Изучение и анализ физических свойств твердых частиц, влияющих на состояние уплотнительных поверхностей затворов регулирующей, защитной и предохранительной арматуры газорегуляторных пунктов.

1.2 Изучение механизмов возникновения твердых частиц в сетях газораспределения и их попадания в затворы защитной, регулирующей, предохранительной арматуры и измерительные устройства узлов учета расхода газа.

1.3 Анализ промышленной безопасности существующих установок очистки природного газа от твердых частиц.

1.4 Выбор направлений исследований по повышению эффективности и безопасности эксплуатации установок грубой очистки природного газа от твердых частиц.

Выводы по главе

Глава 2. ОБОСНОВАНИЕ ТИПА УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА, УСТАНАВЛИВАЕМОЙ ПЕРЕД РЕГУЛИРУЮЩЕЙ, ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ, ЗАЩИТНОЙ АРМАТУРОЙ И УЗЛАМИ УЧЕТА ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫХ ПУНКТОВ.

2.1 Обзор и анализ конструктивных и эксплуатационных параметров установок очистки природного газа от твердых частиц.

2.1.1 Установки очистки с фильтрующим элементом из тканевых полотен.

2.1.2 Установки очистки с фильтрующими элементами из металлопористых материалов.

2.1.3 Установки очистки с фильтрующими элементами из волокнистых материалов.

2.1.4 Установки очистки с фильтрующим элементом из плетеных металлических сеток.

2.2 Разработка математической модели для обоснования типа установок очистки природного газа, устанавливаемой перед регулирующей, предохранительной, защитной арматурой и узлами учета газорегуляторных пунктов.

2.3 Обоснование типа установки очистки природного газа, устанавливаемой перед регулирующей, предохранительной, защитной арматурой и узлами учета газорегуляторных пунктов.

Выводы по главе 2.

Глава 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, УСТАНАВЛИВАЩИХ ТРЕБОВАНИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ПОВЫШЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ СВЕРХ МАКСИМЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ЗНАЧЕНИЙ.

3.1 Начальные положения системного подхода по предотвращению повышения основных параметров установок очистки сверх максимально допустимых значений.

3.2 Выявление внешних воздействий и их результатов применительно к установке очистки природного газа.

3.3 Выявление целевой функции, устанавливающей требования к установке очистки природного газа, предотвращающей попадание крупных твердых частиц в регулирующую, защитную, предохранительную арматуру и узлы учета расхода газа.

3.4 Выявление целевой функции, устанавливающей требования по предотвращению падения давления на фильтрующем элементе выше максимально допустимого значения.

Выводы по главе 3.

Глава 4. РАЗРАБОТКА, ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА.

4.1 Разработка новых технических предложений по повышению безопасности и эффективности установок очистки природного газа. .118 4.1.1 Разработка технических предложений установок очистки по предотвращению попадания крупных твердых частиц в оборудование газорегуляторных пунктов

4.1.2 Разработка новых технических предложений по предотвращению падения давления природного газа на фильтрующем элементе установок очистки сверх максимально допустимого значения

4.2 Экспериментальная проверка и внедрение новых технических предложений по повышению безопасности и эффективности установок очистки природного газа.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности и безопасности эксплуатации установок грубой очистки природного газа от твердых частиц»

Обоснование актуальности работы. Обоснование актуальности проведения исследований по повышению безопасности и эффективности эксплуатации установок очистки (УО) природного газа (ПГ) от твердых частиц структурно разделено на две взаимосвязанные задачи:

1) комплексная очистка газа от твердых частиц до уровня, обеспечивающего качество работы узлов учета расхода газа (УУРГ) и герметичность затворов регулирующей (РА), защитной (ЗА), предохранительной (ПА) арматуры газорегуляторных пунктов (ГРП) в течение длительного периода эксплуатации (5 лет и более);

2) предотвращение падения давления газа на фильтрующем элементе (ФЭ), превышающего:

- максимально допустимое значение, устанавливающее необходимость очистки ФЭ от механических примесей или замены;

- предельное значение, принимаемое исходя из условий обеспечения прочности фильтрующего элемента.

Проведем обоснование актуальности решения каждой из этих задач.

1. Обоснование актуальности комплексной очистки газа от твердых частиц до уровня, обеспечивающего качество работы УУРГ и герметичность затворов РА, ЗА, ПА в течение длительного периода эксплуатации.

В последнее время в результате реализации «Концепции участия ОАО «Газпром» в газификации регионов Российской Федерации» [40] стремительно выросло и продолжает расти общее количество находящихся в эксплуатации газорегуляторных пунктов пропускной способностью от л

500,0 тыс. м /ч и индивидуальных ГРП малой пропускной способностью для частных жилых домов. Большинство вновь построенных ГРП представляют собой конструкцию шкафного или блочного типов, оснащенных узлами учета расхода газа, которые должны устанавливаться, согласно рекомендациям ОАО «Межрегионгаз», сразу после УО.

Примерная динамика изменения числа ГРП за период с 1985 по 2015 годы, полученная согласно данным ОАО «Газпром» и газораспределительных организаций (ГРО) РФ, показана на рисунке 1. н 3 о ей Н и в5 О

5*

320 280 240

200 и 160 с о. и

120

80

40

3 , 2

1

1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Период газификации, год

1 - количество ГРП, устанавливаемых в отдельных капитальных зданиях;

2 - количество ГРП, поставляемых заводами-изготовителями в отдельных металлических шкафах; 3 - общее количество ГРП

Рисунок 1 - Динамика изменения количества ГРП за период с 1985 по 2010 год

Стремительный рост количества ГРП обусловлен различными причинами, главными из которых наряду с широкими масштабами газификации населенных пунктов РФ являются:

1) переход от одноступенчатых систем газоснабжения низкого давления, отличающихся высокой степенью централизации и капиталоемкостью, к двух-и трехступенчатым системам газоснабжения, характеризуемым снижением капиталоемкости и уровня централизации абонентов, подключаемых к одному ГРП;

2) увеличение количества индивидуальных шкафных ГРП, каждый из которых обеспечивает газоснабжение только одного жилого здания.

Анализ динамики развития сетей снабжения природным газом по ГОСТ 5542-87 [22] в городской и сельской местности показывает, что наибольшие темпы роста наблюдаются у сетей среднего до 0,3 МПа и высокого давлений II категории до 0,6 МПа [80], подающих газ в разветвленную сеть ГРП шкафного типа, что еще раз свидетельствует о высоких темпах возведения последних.

Одновременно с ростом численности ГРП существенно возросло количество инцидентов и аварийных ситуаций, связанных с утечками газа через герметизирующие элементы затворов регулирующей, защитной и предохранительной арматуры. Это, в свою очередь, привело к увеличению эксплуатационных затрат ГРО, связанных с ремонтом УУРГ и затворов РА, ЗА, ПА, а также заменой их герметизирующих элементов.

Проведенный в этой связи анализ показывает, что рост числа ГРП не был подкреплен в должной мере мероприятиями по повышению безопасности эксплуатации и уровня герметичности затворов РА, ЗА и ПА. В нормативных документах в ряде случаев отсутствуют временные границы, в течение которых должны выполняться заложенные в них требования.

Так, согласно пункту 2.4.20 правил безопасности ПБ 12-529-03 [56], затвор РА (регуляторов давления газа) должен соответствовать классу «А» по ГОСТ 9544 [26], то есть, не должен иметь видимых протечек газа. Однако в правилах [56] не указан срок, в течение которого затвор регулятора давления газа должен иметь такой класс герметичности.

В пункте 6.4 стандарта [86] записано, что герметичность затворов запорной, предохранительной, защитной и регулирующей арматуры должна соответствовать классу «А» [26]. Однако здесь также не указан срок, в течение которого затворы РА, РА и ПА должны иметь такой класс герметичности.

Заводы-изготовители, как правило, дают гарантию на сохранение всех требуемых характеристик оборудования и деталей ГРП, включая качество работы УУРГ и установленный класс герметичности затворов РА, ЗА и ПА, на срок, равный 12 месяцам. По данным ГРО, нередки случаи, когда после одно- и двухлетней эксплуатации затворы РА, ЗА и ПА не соответствуют классу герметичности «А», установленному ГОСТ 9544-2005. В сложившейся ситуации ГРО вынуждены принимать на себя расходы по выполнению работ для поддержания класса герметичности «А» и устранения неисправностей, возникших по истечении гарантийного срока.

С целью конкретизации временных границ, в течение которых должны выполняться требования, заложенные в правилах [56], ОАО «Газпром газораспределение» выпустило документ [86], в пункте 12.3 которого сказано, что замена уплотнительных материалов регулирующей, предохранительной и защитной арматуры должна осуществляться не чаще одного раза в 5 лет.

Детализация этих требований означает, что установленный правилами [56] класс герметичности «А» для затворов регулирующей, предохранительной и защитной арматуры должен сохраняться в течение периода времени не менее 5 лет без замены уплотнительных прокладок.

Из пункта 12.3 документа [86] вытекает следующее требование для уплотнительных прокладок затворов регулирующей, предохранительной и защитной арматуры: «Заводы-изготовители ГРП, поставляющие продукцию в ГРО, подконтрольные ОАО «Газпром газораспределение», должны разработать комплекс технических мероприятий и решений, позволяющих сохранять уровень герметичности затворов РА, ЗА и ПА не ниже класса «А» в течение каждых пяти лет, прошедших с момента начала их эксплуатации или после очередной замены».

Обеспечение уровня герметичности затворов не ниже класса «А» на длительный период времени до момента очередной замены уплотнительных прокладок является сложной технической задачей. Согласно проведенным обследованиям, основной причиной быстрого снижения уровня герметичности затворов РА, ЗА, ПА и качества работы УУРГ является неудовлетворительная степень очистки ПГ от твердых частиц. Значительная часть твердых частиц, имеющих геометрические параметры меньше размеров ячейки фильтрующего элемента, проникают через них, и, воздействуя на затворы РА, ЗА и ПА, приводят к истиранию уплотнительных поверхностей герметизирующих элементов и седел. Крупные твердые частицы, такие как заусенцы после механической обработки, отслоения и остатки от литья деталей, закристаллизовавшиеся капли металла и флюса после сварки, попадая в зазор между седлом и герметизирующим элементом, препятствуют полному закрытию затворов РА, ЗА, ПА и инициируют протечку газа в сеть.

В настоящее время в выпускаемых отечественной промышленностью и строящихся ГРП все чаще используются современная регулирующая, защитная и предохранительная арматура, контрольные регуляторы давления (КРД), ротационный, турбинный и другие типы счетчиков, в том числе и зарубежного производства. Указанное газовое оборудование и приборы обеспечивают устойчивую длительную работу только при наличии газа с высокой степенью очистки от крупных твердых частиц (КТЧ), размерами, превышающими 0,04.0,08 мм. Согласно принятой классификации [88], к КТЧ относятся частицы размерами более 80 мкм (0,08 мм), улавливаемые установками грубой очистки.

Так, для технологических линий ГРП, выпускаемых «Р1ейо Рюгепйш»

Б.р.А., «Тайалш» Б.р.А., включающих регулирующую, защитную, предохранительную арматуру и контрольные регуляторы давления, максимальный размер крупных твердых частиц составляет 0,11 мм, а для технологических линий ГРП, включающих ротационные и турбинные счетчики, - 0,08 мм.

В то же время существующие конструкции отечественных систем очистки не исключают попадание крупных твердых частиц размерами, превышающими 0,11 мм, в затворы РА, ЗА, ПА и 0,08 мм - в узлы учета ГРП. Данные ГРО показывают, что находящиеся в широкой эксплуатации устройства по очистке с фильтрующим элементом из плетеной металлической сетки имеют ячейки размерами 0,25. 0,50 мм (250.500 мкм). Дополнительный анализ каталогов заводов-изготовителей, выпускающих УО ПГ в период с 2000 года и по настоящее время, показывает аналогичную картину. Так, значительная часть устройств по очистке газа имеет номинальный размер ячейки фильтрующей металлической сетки в диапазоне 0,25. 0,50 мм [66, 67]. Сложившееся различие между требованиями к степени очистки ПГ для современных линий редуцирования и учета и конструктивными характеристиками газовых фильтров, находящихся в эксплуатации, существенным образом снижает безопасность и надежность систем газораспределения.

Другой проблемной ситуацией, выявленной в результате проведенного анализа [32, 96-99, 103, 106, 108, 114, 119], является нарастание массы механических примесей в потоке газа за счет образования твердых частиц в полостях самой газораспределительной сети, на всех ее участках, начиная от головного ГРП и заканчивая газоиспользующими приборами потребителей. Источником их появления являются твердые частицы, оставленные в распределительных газопроводах в процессе монтажа и образовавшиеся в процессе эксплуатации: окалина, застывшие капли металла и флюса после сварки, продукты коррозионных и эрозионных воздействий. Вместе с тем, в современной газовой практике отсутствуют технические решения об оснащении газораспределительных сетей многоступенчатыми системами очистки газа, включающими совокупность газовых фильтров, устанавливаемых перед отдельными группами регулирующей, защитной, предохранительной арматуры и газовыми счетчиками, разъединенных между собой стальными газопроводами и улавливающих частицы определенного размера.

В связи с этим актуальным вопросом, требующим своего решения, является разработка предложений и рекомендаций о степени очистки газа от крупных твердых частиц размерами, превышающими 0,08.0,11 мм, а также обоснование и разработка конструкции УО, реализующей это требование для УУРГ и затворов РА, ЗА, ПА ГРП.

2. Обоснование актуальности задачи по предотвращению падения давления газа на фильтрующем элементе, превышающего максимально допустимое значение, устанавливающее необходимость его очистки от механических примесей или замены

Основные существующие конструкции ФЭ очищаются от твердых частиц (ТЧ) в плановом порядке через определенные промежутки времени, как правило, одинаковые для всех типов систем очистки. Вместе с тем, изменение расхода газа и концентрации твердых частиц, а иногда в связи с неправильным подбором типа системы очистки и несоответствием ФЭ паспортным характеристикам, засорение фильтрующих поверхностей до максимально допустимого значения происходит значительно раньше запланированного времени чистки ФЭ, их регенерации или замены на новые.

Рассмотрим возможные последствия ситуации, когда ФЭ засорились раньше запланированного времени чистки, применительно к сетчатым системам очистки. Увеличение фактического перепада давления АР выше максимально допустимого значения АРМ д = 5кПа для этого типа УО, согласно [66, 67, 127], свидетельствует о необходимости срочной очистки фильтрующего элемента. Возникновение ситуации, когда АР > АРМД, приводит к снижению пропускной способности ФЭ ниже расчетной, к недопоставкам газа потребителям, к уменьшению давления в газораспределительной сети, расположенной за ГРП. Возникает опасность срабатывания защитной арматуры и проскока пламени в газогорелочных устройствах.

Точное прогнозирование времени падения давления на фильтрующем элементе выше максимально допустимого значения не представляется возможным, вследствие:

- неравномерности расхода ПГ и изменения концентрации в нем твердых частиц;

- неправильного подбора типа УО;

- несоответствия фактических характеристик ФЭ паспортным данным; значительного различия в гидравлических сопротивлениях конструкций фильтрующих элементов.

Рассмотрим влияние • значительных различий в гидравлических сопротивлениях существующих конструкций ФЭ на продолжительность периода времени, в течение которого перепад давления достигает максимально допустимого значения, более подробно.

Для незагрязненных фильтрующих элементов ориентировочные значения перепада давления, согласно [66, 67, 127], составляют для волокнистых - 5,0 кПа, для сетчатых - 2,5 кПа.

Следует отметить, что для сетчатых фильтрующих элементов гидравлическое сопротивление сильно изменяется в зависимости от размера ячейки сетки и величины активной фильтрующей поверхности. Результаты проведенных испытаний показывают, что для существующих УО сетчатого типа с размером квадратной ячейки, равной 0,50 мм, засорение сетки происходит значительно медленнее, по сравнению с сетчатым ФЭ, имеющим ячейку размером 0,08 мм. Это объясняется тем, что ячейка размером 0,50 мм не задерживает значительную часть фракций частиц, размерами менее 0,50 мм. В тоже время по данным таблицы 1.2 и рисунка 1.2 главы 1 доля фракций размерами менее 0,50 мм составляет до 71 % в общей массе твердых частиц.

Применение фильтрующих сеток с уменьшенным размером ячейки, например равным 0,08 мм, позволит увеличить долю улавливаемых крупных твердых частиц.

В связи с этим актуальным вопросом, требующим своего разрешения в рамках исследований, проводимых в настоящей работе, также является разработка системы защиты по предотвращению сверхнормативного падения давления газа на ФЭ:

Следует отметить, что в научных и практических трудах Шура И.А. [127], Зиганшина М.Г., Колесника А.А., Посохина В.Н. [33], Коузова П.А. [41], Карякина Е.А. [66, 67], Страуса В. [88], Белоусова В.В. [5], Швыдкого B.C., Ладыгичева М.Г. [125], других авторов [46] приводятся отдельные предложения и рекомендации по повышению эффективности и безопасности установок очистки газа от крупных твердых частиц.

В целом же в настоящее время отсутствуют технические решения и рекомендации по степени очистки газа от твердых частиц определенного геометрического размера, по устройству постоянного автоматического контроля предельной степени загрязнения различных типов ФЭ, по устройству систем защиты, предотвращающих падение давления газа на фильтрующем элементе выше максимально допустимого значения, об оснащении газораспределительных сетей многоступенчатыми системами очистки газа, включающими совокупность газовых фильтров, улавливающих частицы определенного размера.

В этой связи обоснование и разработка УО природного газа с высоким уровнем эксплуатационной безопасности и обеспечение, таким образом, герметичности и безопасности затворов регулирующей, предохранительной и защитной арматуры ГРП в течение длительного периода времени являются актуальными научно-техническими задачами.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Теплогазоснабжение, вентиляция, водообеспечение и прикладная гидрогазодинамика» Саратовского государственного технического университета в период 2009-2012 годы. Начиная с января 2009 года, на стадиях изготовления, монтажа и испытания экспериментального и опытно-промышленного образцов, дальнейшей подготовки к внедрению работа выполнялась в рамках государственной федеральной программы «Старт» по договору с Фондом содействия развития малых форм предприятий в научно-технической сфере № 5733Р/8284.

Цель работы - повышение эффективности и безопасности эксплуатации установок очистки природного газа путем разработки теоретических основ обоснования типа ФЭ, максимального размера его ячейки и величин допустимого и максимально допустимого падения давления на ФЭ.

Для решения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи:

1. Выявление опасного воздействия крупных ТЧ на герметизирующие элементы и мембраны УУРГ, РА, ЗА и ПА ГРП;

2. Технико-экономическое обоснование типа установки грубой очистки природного газа от крупных твердых частиц с сетчатым фильтрующим элементом;

3. Выявление целевой функции, устанавливающей требования к максимальному размеру ячейки ФЭ в зависимости от геометрических параметров ТЧ;

4. Разработка зависимости по определению допустимого перепада давления на УО и величины запаса падения давления на ФЭ, необходимых для оповещения и подготовки персонала к удалению ТЧ из УО;

5. Получение алгоритма по определению динамики падения давления на ФЭ в процессе засорения фильтрующей сетки ТЧ;

6. Разработка комплекса технических решений по устройству основной и дополнительной грубой очистки ПГ от ТЧ и по предотвращению падения давления газа на них выше максимально допустимого значения.

Методы решения поставленных задач: системный подход при разработке модели и конструкции УО; математическое моделирование, численные методы, методы декомпозиции и математической статистики.

Научная новизна результатов работы

1. Разработана математическая модель оптимизации и обоснования типа установки грубой очистки ПГ от ТЧ, включающая структурную схему, целевую функцию интегральных затрат, балансовое уравнение, систему ограничений управляющих параметров и позволяющая на базе системного подхода приводить конкурирующие варианты УО к единой структуре и сопоставимости, учитывающая динамику развития системы и иерархию ее функционирования.

2. Предложена целевая функция по определению максимального размера ячейки ФЭ в конце срока его эксплуатации, учитывающая максимально допустимый размер ТЧ, при котором не оказывается их опасное воздействие на газовое оборудование ГРП, и увеличение размеров ячейки ФЭ в течение срока его службы вследствие эрозионного износа проволоки и позволяющая выявить максимальное отклонение размера ячейки от нормативного значения.

3. Получена целевая функция по выявлению допустимого падения давления на ФЭ УО вследствие его засорения ТЧ, учитывающая величину запаса падения давления на ФЭ, необходимого для оповещения персонала о необходимости удаления ТЧ из УО и проведения им подготовительных работ.

4. Предложен алгоритм определения динамики падения давления на ФЭ в процессе засорения фильтрующей сетки ТЧ, позволяющий выявить зоны безопасной эксплуатации УО и учитывать уменьшение активной поверхности и увеличение гидравлических сопротивлений по мере оседания на сетке ФЭ твердых частиц.

5. На основе предложенных целевых функций разработаны технические решения, позволяющие предотвращать:

- попадание ТЧ, образовавшихся в соединительных деталях и трубопроводах, путем установки дополнительного ФЭ, встроенного в защищаемое газовое оборудование (получено решение от 21.11.2011 г. о выдаче патента по заявке № 2011138601 с приоритетом от 20.09.2011 г.);

- увеличение перепада давления на ФЭ сверх максимально допустимого значения (оформлена заявка на патент № 2011147260 с приоритетом от 21.11.2011г.).

На защиту выносятся:

1. Математическая модель оптимизации и обоснования типа установки грубой очистки природного газа от твердых частиц;

2. Целевая функция, устанавливающая размер ячейки фильтрующего элемента в конце срока его эксплуатации;

3. Целевая функция, позволяющая выявить допустимое падение давления на ФЭ и определить величину запаса падения давления на нем;

4. Алгоритм определения динамики падения давления на ФЭ в процессе засорения фильтрующей сетки ТЧ;

5. Комплекс новых технических решений, позволяющих предотвращать попадание крупных твердых частиц в газовое оборудование и увеличение перепада давления на ФЭ сверх максимально допустимого значения;

6. Результаты опытно-промышленных испытаний и внедрения предлагаемой установки очистки ПГ от ТЧ, новая нормативная документация.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Разработанные технические решения защищены решением на выдачу патента по заявке № 2011138601 с приоритетом от 20.09.2011 г. и заявкой на патент № 2011147260 с приоритетом от 21.11.2011 г. и реализованы в стандарте СТО 03321549-012-2011 и проекте национального стандарта по газорегуляторным пунктам.

2. Предложенные технические решения внедрены в технико-эксплуатационной документации, по которой ООО «Еврогалс» (г. Саратов) осуществляет налаживание серийного производства по сборке газорегуляторных пунктов, оснащенных предлагаемыми системами контроля перепада давления установок грубой очистки ПГ, а также регулирующей и защитной арматурой с дополнительными фильтрующими элементами.

3. Предложенные научно-технические решения нашли практическое применение при подготовке и чтении спецкурса «Эксплуатация систем газоснабжения» для студентов и магистрантов по специальности «Теплогазоснабжение, вентиляция, водообеспечение и гидрогазодинамика» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: научно-практических конференциях «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа» в рамках VIII Конгресса нефтегазопромышленников России и Нефтегазовых форумов (Уфа, 20092011 гг.); Международном симпозиуме по проблемам жилищного строительства (Саратов, 2010 г.); Всероссийских научно-практических конференциях «Энергоэффективность. Проблемы и решения» в рамках IX, X и XI Российских энергетических форумов (Уфа, 2009-2011 гг.); Международной конференции «Газораспределение - инновационные технологии, материалы, оборудование» (Саратов, 2011 г.); ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (Саратов, 2010-2012 гг.); научно-технических советах ОАО «Гипрониигаз» (Саратов, 2010 г., 2012 г.) и ОАО «Росгазификация (Москва, 2009-2010 гг.).

Публикации и личный вклад автора. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 16 научных трудах, в том числе в 8 ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, и 1 нормативном документе.

Автору принадлежат: постановка задач исследований, их решение, разработка новых технических решений установок очистки, непосредственное участие в экспериментальных и опытно-промышленных испытаниях, анализ и обобщение результатов исследований, внедрение результатов исследований.

Заключение диссертации по теме «Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ», Желанов, Владимир Петрович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа выявлены низкая эффективность и высокий уровень опасности существующих установок очистки ПГ от ТЧ, обоснована необходимость разработки теоретических положений и технических решений по повышению их эффективности и безопасности.

2. На базе математической модели по обоснованию типа установки очистки ПГ, позволяющей на базе системного подхода приводить конкурирующие варианты УО к единой структуре и сопоставимости, учитывающей динамику развития системы и иерархию ее функционирования, разработан и внедрен в проектную практику соответствующий стандарт СТО 03321549-012-2011.

3. Предложены целевые функции по определению максимального размера ячейки ФЭ в конце срока его эксплуатации и выявлению допустимого падения давления на ФЭ УО вследствие его засорения ТЧ и алгоритм определения динамики падения давления на ФЭ по мере оседания на сетке твердых частиц, позволяющие установить зону и параметры безопасной эксплуатации УО.

4. По результатам анализа, показавшего, что источником появления твердых частиц являются продукты коррозии и сварки, образовавшиеся в полостях РГ в процессе их монтажа и эксплуатации, разработан и внедрен способ (положительное решение о выдаче патента по заявке № 2011138601 с приоритетом от 20.09.2011 г.) по установке дополнительного ФЭ, встроенного в защищаемое оборудование (УУРГ, РА, ЗА и ПА), расположенное после основной УО в случае прокладки между ними соединительного газопровода.

5. На основе предложенных системных положений и целевых функций по геометрическим параметрам ячейки ФЭ и по контролю допустимого и максимально допустимого значений перепадов давления на ФЭ разработаны и внедрены рекомендации по определению размера ячейки ФЭ в конце срока его эксплуатации и по предотвращению увеличения перепада давления на

ФЭ сверх максимально допустимого значения (заявка на патент №2011147260 с приоритетом от 21.11.2011 г.).

6. Спроектирован, изготовлен, испытан и внедрен опытно-промышленный образец установки очистки ПГ от ТЧ, оснащенный предлагаемой системой предотвращения увеличения перепада давления на ФЭ сверх максимально допустимого значения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Желанов, Владимир Петрович, 2012 год

1. Апьтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий, 1973. - 296 с.

2. Андриевский P.A. Пористые металлокерамические материалы. М.: Металлургия, 1964. - 111 с.

3. Аэров М.Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Д.А. Наринский. Л.: Химия, 1979. - 176 с.

4. Балтренас П., Прохоров А. Зернистые фильтры для очистки воздуха от быстрослипающейся пыли. Вильнюс: Техника, 1991. - 44 с.

5. Белоусов В.В. Теоретические основы процессов газоочистки. М.: Металлургия, 1988. - 256 с.

6. Богуславский Л.Д. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции. -М.: Стройиздат, 1988. 320 с.

7. Вальдберг А.Ю. и др. Технология пылеулавливания / А.Ю. Вальдберг, Л.М. Исянов, Э.Я. Тарат. Л.: Машиностроение, Ленинградск. отделение, 1985. - 192 с.

8. Вальдберг А.Ю. Теоретические основы охраны атмосферного воздуха от загрязнения промышленными аэрозолями / А.Ю. Вальдберг, Л.М. Исянов, Ю.И. Яламов. СПб.: МП «НИИОГАЗ-Фильтр», 1993.-235 с.

9. Волков М.М. и др. Справочник работника газовой промышленности. 2-е изд., перераб. и доп. / М.М. Волков, АЛ. Михеев, К.А. Конев. М.: Недра, 1989. - 285 с.

10. Газовое оборудование, приборы и арматура: Справочное руководство. М.: Изд-во «Недра», 1972. - 520 с.

11. ГОСТ Р 12.3.04-98. Пожарная безопасность технологических процессов. -М.: ИПК «Издательство стандартов», 1998. 85 с.

12. ГОСТ Р 5272-2007. Арматура трубопроводная. Термины и определения. -М.: Стандартинформ, 2007. 16 с.

13. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. -М.: Изд-во стандартов, 1992. 78 с.

14. ГОСТ 14249-80. Нормы и методы расчета на прочность. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 80 с.

15. ГОСТ 15527-70. Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.

16. ГОСТ 1805-76. Масло приборное МВП. Технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 2002. 4 с.

17. ГОСТ 20799-88. Масло индустриальное. Технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 2002. 7 с.

18. ГОСТ 22387.4-77*. Газ для коммунально-бытового потребления. Метод определения содержания смолы и пыли. М.: Госстандарт СССР, 1977.-3 с.

19. ГОСТ 25859-83. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. М.: Изд-во стандартов, 1983.-31 с.

20. ГОСТ 492-73. Сплавы никелевые и сплавы медно-никелевые, обрабатываемые давлением. Марки. М.: Изд-во стандартов, 2002. - 9 с.

21. ГОСТ 5017-2006. Бронзы оловянные, обработанные давлением. Марки. М.: Изд-во стандартов, 2006. - 8 с.

22. ГОСТ 5542-87. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1994. - 5 с.

23. ГОСТ 6457-66. Масло МК-8. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2004. - 5 с.

24. ГОСТ 6613-86. Сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 12 с.

25. ГОСТ 7611-75. Масло для вентиляционных фильтров. Технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 1985. 4 с.

26. ГОСТ 9544-2005. Классы и нормы герметичности затворов. М.: Стандартинформ, 2008. - 12 с.

27. ГОСТ 982-80. Масло трансформаторное. Технические условия. -М.: Сандартинформ, 2008. 10 с.

28. Грин X. Лейн В. Аэрозоли, пыли, дымы и туманы: Пер. с англ. -М.: Химия, 1969.-428 с.

29. Джонс Дж.К. Методы проектирования: Пер. с англ. 2-е изд. -М.: Мир, 1988.-326 с.

30. Жданова Н.В., Халиф A.JI. Осушка углеводородных газов. М.: Химия, 1984.- 188 с.

31. Зиганшин М.Г. и др. Проектирование аппаратов пылегазоочистки / М.Г. Зиганшин, A.A. Колесник, В.Н. Посохин. М.: Экопресс-ЗМ, 1998. -505 с.

32. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение, 1975. 559 с.

33. Ионин A.A. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989. - 438 с.

34. Каталог завода ООО «Газпроммаш». Фильтры газовые. ФГ-50СУ (А); ФГ-50СП (А). URL: http://www.gazprommash.ru (Дата обращения 03.01.2011 г.).

35. Кеда Б.И. Химия за рубежом. Новые фильтрующие материалы в науке и технике. М.: Знание, 1982. - 64 с.

36. Кирш В.А. Аэрозольные фильтры из пористых волокон // Коллоидный журнал. 1996. - Т. 58. - С. 786-791.

37. Классификация основных средств, включаемых в амортизационные группы / Утверждено постановлением Правительства РФ от 1 января 2002 г. № 1 (В редакции постановления Правительства РФ от 10.12.2010 г. № 1011.) М., 2010.-34 с.

38. Концепция участия ОАО «Газпром» в газификации регионов Российской Федерации» / Утверждена постановлением Правления ОАО «Газпром» от 30 ноября 2009 г. № 57. М., 2010. - 24 с.

39. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1987. - 264 с.

40. Коузов П.А. и др. Очистка газов и воздуха в химической промышленности / П.А. Коузов, А.Д. Мальгин, Г.М. Скрябин. СПб.: Химия, 1993.-320 с.

41. Курицын Б.Н. Оптимизация систем теплогазоснабжения и вентиляции. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1992. - 160 с.

42. Ляуконис А.Ю. Оптимизация городского газоснабжения. Л.: Недра, 1989.-302 с.

43. Мазус М.Г. Тканевые фильтры // Обзорн. информ. Сер. ХМ-14 «Пром. и санитарная очистка газов». М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1974. - 68 с.

44. Мазус М.Г. Фильтры для улавливания промышленных пылей / М.Г. Мазус, А.Д. Мальгин, М.Л. Моргулис. М.: Машиностроение, 1985. -240 с.

45. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1983. - 456 с.

46. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов / Утверждены Госкомитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике № ВК447 от 21.06.09. М., 1999. -201 с.

47. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках: Пер. с нем. -М.: Радио и связь, 1984. 144 с.

48. Налоговый кодекс Российской Федерации № 117-ФЗ от 05.08.2000. Часть вторая / Принят ГД РФ 19.07.2000 г. (В редакции ФЗ от 28.12.2010 г. № 425-ФЗ). М., 2010. - 411 с.

49. Орлов М.А. Основы классической теории решения изобретательских задач. Практическое руководство изобретательного мышления. 2-е изд., испр. и доп. -М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006.-432 с.

50. ОСТ 153-39.3-051-2003. Стандарт отрасли. Техническая эксплуатация газораспределительных систем. Основные положения. Газораспределительные сети и газовое оборудование зданий. Резервуарные и баллонные установки. Саратов: Три А, 2003. - 140 с.

51. ОСТ 153-39.3-052-2003 Техническая эксплуатация газораспределительных систем. С.: Три А, 2003. - 96 с.

52. Очистка промышленных газов от пыли / В.Н. Ужов, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др. М.: Химия, 1981. - 390 с.

53. Павловская Е.И., Шибряев Б.Ф. Металлокерамические фильтры. -М.: Недра, 1967.-164 с.

54. ПБ 12-529-03. Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления (ПБ 03-576-03) / Б. А. Красных, A.A. Сорокин, A.A. Феоктистов, A.JI. Шурайц и др. М.: ГУП НТЦ ПБ Госгортехнадзора России, 2003. - Сер. 12. - Вып. 4. - 200 с.

55. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учебн. пособие для студентов втузов. -М.: Машиностроение, 1988. 368 с.

56. Попырин JI.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1978. - 416 с.

57. Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение // Патенты и лицензии. 1998. - № 12. - С. 2-32.

58. Прайс-лист на газовое оборудование. Газовик. http://www.gazovik-gaz.ru/price (дата обращения 17.10.2010).

59. Прайс-лист на трубы электросварные стальные. Пульс цен. http://msk.pulscen.ru/predl/metal/truba/weldedpipe/36889 (дата обращения 26.10.2010).

60. Прайс-лист на фланцы стальные. Инжиниринг Технологии. http://www.npost.ru/12820-80/price.php (дата обращения 01.11.2010).

61. Прайс-лист на фильтры газовые. Газмонтажкомплект. http://www.gazmc.ru/pricefg/html (дата обращения 29.11.2010).

62. Проект национального стандарта РФ «Газораспределительные системы. Газорегуляторные пункты блочные и шкафные. Общие техническиетребования (Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии). Саратов: ОАО «Гипрониигаз», 2011. - 65 с.

63. Промышленное газовое оборудование. Саратов: Газовик, 2000.520 с.

64. Промышленное газовое оборудование: Справочник. 5-е изд., перераб. и доп. Саратов: Газовик, 2010. - 992 с.

65. РТМ 26-14-78. Лабораторные исследования физико-химических свойств промышленных пылей / Управление главгазоочистки Минхимнефтемаша СССР. -М., 1978. 134 с.

66. Сбор и промышленная подготовка газа на северных месторождениях России / А.И. Гриценко, В.А. Истомин, А.Н. Кульков и др. М.: Издательство «Недра», 1999. - 473 с.

67. Системные исследования в энергетике в новых социально-экономических условиях / В.П. Булатов, H.H. Воропай, А.З. Гамм и др. -Новосибирск: Наука, 1995. 189 с.

68. Системные исследования комплексной защиты резервуаров и трубопроводов сжиженного углеводородного газа / А.Л. Шурайц, А.П. Усачев, A.B. Рулев и др. Саратов: СГТУ, 2009. - 212 с.

69. Системные исследования по повышению интенсивности теплообмена регазификаторов сжиженного углеводородного газа / А.П. Усачев, АЛ. Шурайц, A.B. Рулев и др. Саратов: СГТУ, 2010. - 244 с.

70. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.-М.: Госстрой России, 2001. 84 с.

71. СНиП 2.01.01-2001. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 2001.-136с.

72. СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - 56 с.

73. СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб / A.JI. Шурайц, B.C. Волков, В.Е. Удовенко и др. М.: ГУЛ ЦПП, 2003.- 168 с.

74. СП 42.102-2004. Проектирование и строительство газопроводов из металлических труб. -М.: ЗАО «Полимергаз», ГУП ЦПП, 2004. 107 с.

75. СП 42.103-2004. Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов. М.: ЗАО «Полимергаз», ФГУП ЦПП, 2004. - 90 с.

76. СП 62.13330.2011. Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002. М.: Минрегион России, 2010.-66 с.

77. Спицнадель В.Н. Основы системного анализа. СПб.: Изд. дом «Бизнес-пресса», 2000. -204 с.

78. Справочник по пыле- и золоулавливанию / М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.

79. Справочник по пыле- и золоулавливанию / Под общ. ред. A.A. Русанова. -М.: Энергоатомиздат, 1983. 312 с.

80. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных сетей / Под ред. А.Юрьева. СПб.: Мир и семья, 2001. - 1154 с.

81. Стаскевич H. JI. и др. Справочник по газоснабжению и использованию газа / Н.Л. Стаскевич, Г.Н. Северинец, Д.Я. Вигдорчик. Л.: Недра, 1990.-762 с.

82. СТО 03321549-012-2011. Рекомендации по обоснованию типа системы грубой очистки природного газа от твердых частиц и оптимизации ее параметров / А.П. Усачев, АЛ. Шурайц, В.П. Желанов и др. Саратов: ОАО «Гипрониигаз», 2011. - 65 с.

83. Страус В. Промышленная очистка газов: Пер. с англ. М.: Химия, 1981.-616с.

84. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Фильтры газа ФГ16-50, ФГ16-50-В, ФГ16-80, ФГ16-80-В, ФГ16-100, ФГ16-100-В. -Арзамас. 15 с.

85. Титановые фильтры для очистки газообразных промышленных выбросов предприятий и питьевой воды / Ю.И. Пономарев и др. // Экология и промышленность России. 1990. - С. 24-26.

86. Трущенко Н.Г., Лапшин А.Б. Очистка газов зернистыми фильтрами // Тр. НИПИОТСТРОМ. Новороссийск, 1970. - Вып. III. - С. 75-86.

87. Трущенко Н.Г., Коновальчук К.Ф. Фильтрация газов зернистой средой // Тр. НИПИОТСТРОМ. Новороссийск, 1972. - Вып. VI. - С. 54-57.

88. Уайт П., Смит А. Высокоэффективная очистка воздуха. М.: Атомиздат, 1967. - 312 с.

89. Ужов В.Н., Мягков Б.И. Очистка промышленных газов фильтрами.-M.: Химия, 1970.-319 с.

90. Усачев А.П., Шурайц A.JX, Феоктистов A.A. Применение системного подхода к разработке систем обеспечения безопасности хранилищ сжиженного газа МИНИ-ТЭС // Вестник СГТУ. Саратов: СГТУ, 2007. - Вып. 1. - № 2 (24).-С. 140-150.

91. Усачев А.П., Шурайц A.JL, Желанов В.П., Усачева Т.А., Кривонос Д.А. Разработка алгоритма обеспечения безопасности газораспределительных пунктов // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности систем транспорта нефти, нефтепродуктов и газа.

92. Матер. научн.-практ. конф. в рамках VIII Конгресса нефтегазопромышленников России. Уфа, 2009. - С. 249-251.

93. Федеральный закон о промышленной безопасности опасных производственных объектов. ФЗ-116 / Принят Государственной Думой 20 июня 1997 года. 23 с.

94. Швыдкий B.C., Ладыгичев М.Г. Очистка газов: Справочное . издание. -М.: Теплоэнергетик, 2002. 640 с.

95. Шур И.А. Газорегуляторные пункты и установки. JL: Недра, 1985. -288 с.

96. Шурайц A.JI. Технико-экономический выбор оптимальной формы герметичного футляра с азотом, с заключенным в него подземным резервуаром сжиженного углеводородного газа // Нефтегазовое дело. 2008. -Т. 6.-№2.-С. 88-90.

97. Ariman Т., Helfritch D.J. How relative humidity cuts pressure drop in fabric filters // Filtration and Separation. 1977. - Vol. 14. - No.2. - P. 127-130.

98. Bell C.G., Strauss W. Effectiveness of vertical mist eliminators in a cross flou-scrubber // J. Air Poll. Contr. Assoc. 1973. - Vol. 23. - No. 11. -P. 967-969.

99. Billings C.E. Fabric filter installations for flue gas fly ash control // Powder Technology. 1977. - Vol. 18. - P. 79-110.

100. Billings C.E., Wilder J. Handbook of Fabric Filter Technology. -1970.-Vol. 1,- 649 p.

101. Borguardt R.H., Harrington R.E., Spaite P.W. Filtration characteristics of fly ash from a pulverized coal-fired power plant // J. Air Poll. Contr. Assoc. -1968.-Vol. 18.-No. 6.-P. 387-390.

102. Cheremlsinoff P.N., Young N.R. Air Pollution and Design Handbook. Dekker, 1977.-714 p.

103. Dahneke B. Further measurement of the bouncing of small latex spheres//! Colloid Interface Sc. 1975. - Vol. 51. - No. l.-P. 58-65.

104. Dennis R., Silvermann L. Fabric filter cleaning by intermittent reverse air pulse // ASHRAE J. 1962. - Vol. 4. -No. 3. - P. 43-52.

105. Dietrich H. Abscheidung von Feinstauben aus Gasen unter stark erschwerten chemischen und thermischen Bedingungen mit textilen Filtermedien. Staub-Reinhalt. Luft, 1977. -Bd 33. -N. 397-101.

106. Filtre d absorption a granules calcaires pour gas de fumee L Industrie Ceramique. 1984. - V. 5. - 783. - P. 341.

107. Goren S.L., Dottavio T. Aerosol capture in granular beds in the impaction dominated regime // Aerosol Science and Technology. 1983. -P. 91-108.

108. Harrop M. Textile fibres for hot gas filtration // Filtration and Separation. 1975. - Vol. 12. - No. 1. - P. 26-28.

109. Kirsch A.A., Stechkina J.B. The theory of aerosol filtration with fibrous filters // In Fundamental of Aerosol Science. Fd. Shaw D - New York, 1978.-P. 165-256.

110. Monahan R.E. The resistance to flow of perforated plates and wire screens. Canada: Pulp and Paper Mag., 1965. - Vol. 66. - No. 1. - P. 33-38.

111. Parker H.W. Air pollution. New-Jersey, Prentice-Hall Inc., 1977. 288 p.

112. Shaw H., Kreuser C. Porous ceramics for filtration and diffusion // Filtration and Separation. 1977. - Vol. 8. - No. 6. - P. 755-759.

113. Tardos G., Abauf N., Gutfinger C. Dust deposition in granular bed filters: Theories and experiments // J. Air Polut. Control. Assoc. 1978. - V. 28; l.-P. 354-363.