Івано-Франківський національний технічний університет

нафти і газу

ГРУДЗ ЯРОСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 622.691.4.004.67

РОЗРОБКА МЕТОДІВ РЕГУЛЮВАННЯ РЕЖИМУ РОБОТИ ГАЗОПРОВОДІВ В ПРОЦЕСІ ЇХ ДІАГНОСТУВАННЯ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИМИ ПОРШНЯМИ

Спеціальність 05.15.13 – Нафтогазопроводи, бази та сховища

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Івано-Франківськ-2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Гімер Роман Федорович, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри нафтогазової гідромеханіки, м. Івано-Франківськ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Середюк Марія Дмитрівна, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, завідувач кафедри транспорту і зберігання нафти і газу, м. Івано-Франківськ.

кандидат технічних наук, доцент Зубик Йосиф Львович, ЗАТ "Інтегратор", головний інженер, м. Львів.

Провідна організація: ВАТ ІВП ВНІПІтрансгаз, м. Київ.

Захист відбудеться "__23_" січня 2002 р. о "_14_" год. "_30_" хв. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д20.052.04 в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу за адресою: 76019, Україна, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу за адресою: 76019, Україна, м. Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

Автореферат розісланий "_20_" грудня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д20.052.04,

кандидат технічних наук, доцент Корнута О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальніcть теми. Газотранcпортний комплекc України характеризуєтьcя значною протяжнicтю газопроводiв рiзного дiаметру й призначення. Тривалий процеc экcплуатацiї обладнання та cиcтем обумовив cуттєву змiну гiдравлiчного опору лiнiйних дiльниць.

Cкладнicть технологiчних cхем газотранcпортних магicтралей не дозволяє гарантовано оцiнити cтан їх елементiв загальновiдомими методами. Неточнi i неадекватнi вiдомоcтi про реальний cтан елементiв cиcтеми транcпорту газу cтворюють труднощi в обcлуговуваннi та екcплуатацiї об'єктiв, що характеризуютьcя значною протяжнicтю. Екcплуатацiя лінійних дільниць в таких умовах веде до cуттєвої перевитрати енергоноciїв та до зниження пропуcкної здатноcтi газотранcпортної cиcтеми, що оcобливо актуальне для народного гоcподарcтва України на cучаcному етапi.

Тому впровадження прогресивних технологій і сучасної техніки діагностування стану лінійних дільниць газопроводів слід віднести до першочергових заходів підвищення економічної ефективності і експлуатаційної надійності системи дальнього транспорту газу. До таких заходів належить використання інтелектуальних поршнів з метою одержання правдивої інформації про геометричні характеристики і корозійний стан трубопроводів.

Для забезпечення вірогідності інформації, одержаної в процесі діаг-ностування, необхідно забезпечити рівномірний рух інтелектуального поршня з наперед заданою швидкістю. Для створення таких умов слід ви-конати регулювання режиму роботи газоперекачувальних агрегатів (ГПА) на компресорних станціях (КС) в період руху поршня, тобто певним чином регулювати подачу газу в дільницю, що проходить обстеження.

Складні трасові умови газопроводів та нестаціонарний характер руху газу викликають суттєві труднощі при побудові та реалізації математичних моделей процесу. Тому виникає необхідність в проведенні наукових дос-ліджень, які дозволять спростити задачу і створити методи її реалізації.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота носить прикладний характер і входить в комплекс тематичних планів АТ Укргазпром. Виконані дослідження очистки газопроводу “Братерство” в рамках теми 79/95 (№01195U026111) і регулювання режиму газопроводів при русі діагностичних поршнів в рамках тем 74/96 та 183/96 (№01196U014086)

Мета і задачі досліджень.

Розробка методів прогнозування та регулювання режиму роботи газопроводу з пересіченим профілем траси в процесі його діагностування інтелектуальними поршнями для забезпечення достовірної інформації про реальний стан трубопроводу.

Вказана мета досягається шляхом реалізації наступних задач:

1.Доcлiдження характеру руху механічних поршнів під тиском газу в газопроводах з пересіченим профілем траси.

2. Аналітичні дослідження газодинамічних процесів в газопроводі в період руху по ньому інтелектуального поршня.

3. Оцінка впливу профілю траси та неізотермічності руху газу в трубах на адекватність моделі газодинамічного процесу в газопроводі при русі інтелектуального поршня.

4. Аналіз існуючих методів регулювання режимів роботи газопроводу і розробка аналітичної та алгоритмічної бази для підвищення його ефективності стосовно газопроводів з пересіченим профілем траси.

5.Розробка методики розрахунку режиму роботи газопроводу в період пропуску інтелектуального поршня для створення умов одержання достовірної інформації про стан лінійної дільниці.

Об’єкт дослідження: внутрішньотрубна діагностика газопроводів.

Предмет дослідження: режими роботи газопроводів в процесі руху інтелектуального поршня.

Методи дослідження: методи математичного моделювання неста-ціонарних газодинамічних пороцесів та сучасні методи реалізації моделей. Вірогідність отриманих висновківпідтверджено результатами натурних дослідів та статистичними даними.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Побудована математична модель руху твердого тіла по трубопроводу під тиском газу дозволила провести дослідження впливу профілю траси на кінематику процесу.

2. Вперше проведено аналітичні дослідження газодинамічних процесів в газопроводі в період руху інтелектуальних поршнів і встановлено їх міру нестаціонарності, що дозволило обгрунтувати вибір математичної моделі для розробки методики розрахунків технологічного процесу .

3. Вперше розроблено аналітичну та алгоритмічну базу для підвищення ефективності регулювання режимів роботи газопроводів з пересіченим профілем траси в період діагностування, що дозволяє розробити методи регулювання режиму роботи газопроводу в період руху інтелектуального поршня .

4. Розроблено методику розрахунку режиму роботи газопроводу в період руху інтелектуальних поршнів за умови отримання достовірноїї інформації про стан лінійної дільниці.

Практичне значення одержаних результатів. Теоретичні дослідження дозволили розробити методи регулювання швидкості руху інтелектуального поршня по трасі газопроводу з пересіченим профілем траси і пролгнозувати режим роботи газопроводу при цьому. За результатами їх реалiзацiї розроблено i випущено галузеву методику.

Розробленi рекомендацiї з регулювання режимiв роботи газопроводів в період очистки та руху діагностичних інтелектуальних поршнів впроваджено на пiдприемcтвах ДП Прикарпаттранcгаз (1995-97 р.), Львівтранcгаз (1997 р.)

Оcобиcтий вклад автора в одержанні наукових результатів.

1.

проводу на кінематику руху поршнів та розрахунки з метою визначення діапазону зміни їх швидкості руху [ 3,4 ].

2.

процесів в газопроводах з пересіченим профілем траси при проведенні дефектоскопічних робіт [ 2,8,10 ].

3. Автором теоретично обгрунтовано вибір методів керування оптимізації параметрів руху інтелектуальних поршнів по газопроводах в гірських умовах [ 6,7,9,11 ].

4. Пошукувач брав безпосередню участь у впровадженні результатів досліджень, одержаних в роботі, складанні галузевих керівних документів. При його безпосередній участі складено галузеву методику [ 1,4].

Апробація роботи. Оcновнi результати диcертацiйної роботи виcвiтлено в доповiдях i повiдомленнях на:

науково-технiчній конференцiї професорсько-викладацького cкладу Iвано-Франківcького державного технічного університету нафти і газу. (Iвано-Франківcьк, 1996).

конференцiї профеcорcько-викладацького cкладу Івано-Франківcького державного технічного університету нафти i газу. (Iвано-Франкiвcьк, 1997).

науково-практичній конференції "Шляхи підвищення якості підготовки спеціалістів для будівніцтва та експлуатації систем трубопровидного транспорту" (Івано-Франківськ, 1998).

науково-технічній конференції молодих вчених і спеціалістів АТ Укргазпром (Лисовичі, 1996).

науково-технічній конференцї "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта". ( Мінськ, 2000).

В повному об'ємi результати доcлiджень доповідались на заciданнi кафедри порудження та ремонту газонафтопроводів і газонафтосховищ ІФДТУНГ i науково-технiчному cемiнарi факультету нафтогазопроводiв.

Публікації.За темою диcертацiї опублiковано 11 друкованих робіт, з яких 7 у фахових виданнях України.

Структура та обcяг роботи. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, підсумкових висновків та переліку використаних джерел, що містить 108 найменувань. Основний зміст викладено на 152 сторінках машинописного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі приведені дослідження впливу профілю траси газопроводу на кінематику руху поршнів.

Результати досліджень фірми РОЗЕН показали, що для одержання вірогідної інформації при діагностуванні трубопроводу інтелектуальними поршнями необхідно забезпечити рух поршня з швидкістю, що не перевищує 3 м/с. При збільшенні швидкості поршня понад вказану величину в одержану інформацію вносяться спотворення. Враховуючи високу вартість внутрішньотрубного діагностування (понад 3000 у.о. на 1 км), слід звенути особливу увагу на кінематику руху інтелектуального поршня по газопроводу в умовах пересіченого профілю траси.

Математичне моделювання динаміки руху твердих тіл по газопроводах під тиском газу викликає суттєві труднощі як з точки зору створення, так і реалізації моделі. Складні фізичні процеси тертя і зміни в часі рухомої сили призводять до громіздких співвідношень між параметрами, що вимагають емпіричних побудов відповідних залежностей. Особливо ускладнюється моделювання процесу руху твердого тіла по трубопроводу у випадку пересіченого профілю траси. В цьому випадку на тверде тіло діє змінна за величиною і напрямком гравітаційна сила, яка і сама по собі має вплив на кінематику руху з одного боку, а з іншого посередньо впливає на характер руху газу в газопроводі, що в кінцевому рахунку також впливає на зміну в часі швидкості руху твердого тіла.

В основу математичної моделі для дослідження руху поршня по газопроводу з пересіченим профілем траси покладене диференційне рівняння, побудоване на основі принципу д’Аламбера.

Сила, що викликає рух поршня, визначалася перепадом тиску на рухомій границі. Аналіз літературних джерел, присвячених дослідженню процесу очистки газопроводів, показав, що в залежності від умов подачі газу в газопровід можливі два варіанти величини перепаду тиску на рухомому твердому тілі. Якщо газ подається в газопровід при сталому тиску на початку дільниці, то перепад тиску на рухомому поршні сталий за весь період його руху. Якщо газ подається в газопровід з ресівера сталого об’єму, то перепад тиску на рухомому поршні змінюється за законом, близьким до експоненціального.

До сил опору віднесено силу механічного тертя, силу інерції та силу гравітації. Сила тертя залежить від характеру процесу, швидкості відносного руху пари, зносу ущільнюючих елементів вздовж траси. В побудованій моделі ця сила визначена на основі фундаментальних досліджень Крагельського І.В. Сили інерції та гравітації визначались масою рухомого поршня і профілем траси газопроводу.

Реалізація створеної математичної моделі дозволила одержати закон руху твердого тіла під тиском газу в газопроводі з пересіченим профілем траси.

Аналіз результатів розрахунків показує, що профіль траси газопроводу має вплив на характер руху поршнів по трубопроводу. При перевищенні геодезичних відміток до 25 м (геометричний нахил до 0,0025) вплив гравітаційних сил на характер руху поршня несуттєвий, в зв"язку з чим профілем траси газопроводу можна нехтувати. Якщо різниця геодезичних відміток перевищує 25 м (геометричний нахил дільниці перевищує 0,0025), гравітаційні сили мають вплив на характер руху поршня. Із збільшенням різниці геодезичних відміток цей вплив зростає, при цьому зростання перепаду геодезичних відміток призводить до збільшення часу руху поршня по трубопроводу. При однаковій довжині траси час руху поршня при збільшенні різниці геодезичних відміток на трасі від 25 м до 500 м зростає в 4,58 рази, що вимагає врахування профілю траси при розрахунках режиму руху поршнів по газопроводу. Необхідно відмітити, що характер з"єднання послідовних дільниць (висхідної з низхідною чи навпаки) при цьому не має значення. Тому достатньо проаналізувати одну з форм профіля і вияснити її вплив на динаміку руху поршнів. З фізичної точки зору збільшення часу руху поршня по газопроводу з профілем траси можна пояснити тим, що втрата енергії за рахунок дії гравітаційних сил на висхідних дільницях не може бути компенсована приростом енергії поршня на низхідних дільницях, тобто втрати енергії при русі поршня не можуть бути компенсовані.

При постійному тиску на початку газопроводу характер руху поршня може бути розбитий на два етапи: етап стабілізації швидкості поршня і час руху з стабільною швидкістю. Час стабілізації швидкості руху поршня залежить від перепаду геодезичних відміток траси, однак така залежність несуттєва. Цей час лежить в межах 600-850 с. в залежності від профілю траси і при зміні геометричного нахилу від +0,05 до -0,05 час стабілізації швидкості зростає в 1,38 рази. Однак, найбільший інтерес в даному дослідженні викликає вплив зміни профілю траси на характер руху поршня. Результати розрахунків показують, що при русі поршня по висхідній дільниці його швидкість суттєво менша, ніж при русі по низхідній дільниці. Очевидно, що співвідношення швидкостей залежить від перепаду геодезичних відміток. Так, при перепаді геодезичних відміток 100 м співвідношення швидкостей на висхідній і низхід-ній дільницях складає 0,7, а при перепаді висот в 500 м це співвідношення зменшується до 0,07, тобто в 10 разів.

Це значить, що в газопроводах з пересіченим профілем траси необхідно приймати керуючі рішення з метою стабілізації швидкості поршня, якщо різниця геодезичних відміток на стику висхідної і низхідної дільниці перевищує 50,0 м.

Другий розділ присв"ячено дослідженням термогазодинамічних процесів в газопроводі при русі поршня.

Рух поршня по газопроводу призводить до нестаціонарності процесу газодинаміки потоку в трубопроводі, характер якого в свою чергу впливає на динаміку руху поршня. Для надійного керування характером руху поршня необхідні дослідження газодинамічного процесу, який в свою чергу визначає умови подачі газу в запоршневий простір, тобто визначає керівні впливи.

Дослідниками трубопровідного транспорту газу розроблено методи побудови математичних моделей та загальні принципи їх реалізації. Однак автори не дають оцінки впливу профілю траси газопроводу на характер протікання нестаціонарного процесу. Крім того, слід зауважити, що задача керування рухом твердого тіла по газопроводу зводиться до визначення граничних умов для створеної математичної моделі нестаціонарного процесу і тому для неї не існує стандартних методів реалізації.

Запропонована схема реалізації математичної моделі дозволяє побудувати характер руху поршня по газопроводу та розподіл тиску, темпкератури і витрати газу по довжині дільниці і в часі. Як початкові умови задаються стаціонарні закони розподілу параметрів руху газу. Положенням поршня в кожен момент часу лінійна дільниця ділиться на дві області: газову область, що рухається перед поршнем і область запоршневого простору. На початку дільниці задаються тиск и температура, а в кінці – масова витрата газу. На рухомій границі задається звязок між тиском на поршень з сторони запоршневого простору і тиском перед рухомим поршнем , а також рівність лінійних швидкостей газу перед і за поршнем швидкості руху поршня:

де: - перепад тиску на рухомому поршні; l(t) – характер руху поршня

Процес розбивається на дискретні проміжки часу , на кінець кож-ного з яких розраховується положення поршня та параметри газового пото-ку. Для початкового моменту часу довжина області запоршневого простору l=0. Тому на початку дільниці одночасно відомі тиск, температура і масова витрата газу. Це дає змогу визначити лінійну швидкість газу, яка прийма-ється рівною швидкості поршня. . Тому його переміщення за проміжок часу становить l=w. Таким чином визначено довжини області запоршнево-го простору і перед рухомим поршнем на кінець проміжку часу .

Це дозволяє реалізувати для кожної з областей нестаціонарну задачу про розподіл тисків та швидкостей газу і визначити лінійні швидкості газу на рухомій границі на кінець проміжку часу та знайти віддаль, на яку переміститься поршень за наступний проміжок часу.

Нестаціонарна неізотермічна задача про рух газу всередині кожної області описувалася системою диференційних рівнянь в часткових похідних, яка містила рівняння руху, рівняння нерозривності та рівняння енергії. На основі агрегативно-імітаційного методу враховувався профіль траси газопроводу “Братерство”. Для одержання розв”язку затрати машинного часу склали 22 год.

З метою спрощення моделі для реалізації нестаціонарної задачі всередині кожної з областей була використана лінеаризована ізотермічна система рівнянь, в якій не враховувався профіль траси. Це дозволило скоротити машинний час реалізації моделі майже в 100 раз.

Аналіз результатів прогнозування параметрів газодинамічного процесу в газопроводі показує, що максимальне розходження між тисками, розрахованими за різними моделями, не перевищує 5.1%, а максимальне розходження в визначені масової витрати газу не перевищує 6.7%. При цьому вказана розбіжність залежить від параметрів термогазодинамічного процесу (початкових тиску і температури і кінцевої витрати газу) і від кута нахилу дільниці газопроводу до горизонту.

Встановлено, що при номінальних значеннях початкового тиску в межах ( 4 - 5 МПа ), розбіжність у прогнозах розподілу тиску між вказаними моделями не перевищує 3.1% і характерна для кінцевих моментів руху поршня. Вплив температури газу на газодинамічний процес стає відчутним тільки в області високих значень початкової температури. Так, при тиску 4.5 МПа і температурі 300 К розбіжність між тисками складає 2.4%, а між масовими витратами газу - 3.8%. Якщо при цьому ж тиску початкова температура зросте до 350 К, то вказані розходження збільшаться відповідно до 3.6% і 4.9%, а при зростанні початкової температури до 400 К складуть відповідно 7.8% і 9.9%.

При початковій температурі 300 К з зростанням початкового тиску з 4.5 МПа до 7.5 МПа максимальна розбіжність між прогнозам тиску збільшується 2.4% до 4.8%, а між прогнозами витрати - відповідно з 3.6% до 5.9%. Таким чином, в реальному діапазоні зміни температур і тисків, який характерний для магістральних газопроводів, застосування спрощеної математичної моделі газодинамічних процесів призведе до похибки, яка не перевищить 5%, що в інженерних розрахунках допустимо.

Розрахунки параметрів газодинамічних процесів проводились для умов різного нахилу лінійної дільниці до горизонту. Результати показують, що при нахилі 0.2 розбіжність в прогнозах між моделями по тиску складає при початковому тиску 4.5 МПа і початковій температурі 300 К максимально 1.6%, а по масовій витраті - 2.8%. При збільшенні а

геометричного нахилу дільниці до горизонту до 0.5 вказані розходження зростають відповідно до 2.4% і 3.6%, а при значенні геометричного нахилу 0.8 вони складуть 6.1% і 7.9%. Отже, при реальних нахилах дільниць до горизонту розходження між прогнозами по різних моделях лежить в допустимих межах.

Проведено аналіз ступеня нестаціонарності газодинамічного процесу, яка оцінювалась критеріями Струхаля та нестаціонарності . Результати розрахунків подано в таблиці 1.

Таблиця 1 – Оцінка ступеня нестаціонарності газодинамічного процесу

№ режиму | Тиск на початку, МПа | Температура на початку,К | Середня витрата, кг/с | Час проце

су

1000t, c | Зміна витра

ти |

Середня швидкість, м/с | Критерії

Струхаля нестаціонар

ності

1 | 4.5 | 313 | 286 | 17.04 | 0.186 | 5.4 | 0.96859 0.429

2 | 5.5 | 313 | 326 | 18.77 | 0.148 | 4.9 | 0.96814 0.253

3 | 4.5 | 288 | 254 | 18.04 | 0.154 | 5.1 | 0.96846 0.343

4 | 5.5 | 288 | 303 | 19.17 | 0.132 | 4.8 | 0.96859 0.208

Результати показують, що для реальних режимів критерії Струхаля та нестаціонарності суттєво менші за їх граничні значення і . Це дозволяє використати для моделювання рівняння стаціонарного руху газу.

Третій розділ присв"ячено розробці моделей та методів керування режимом роботи газопроводу в процесі діагностування.

Найбільш ефективним методом регулювання режиму роботи газопровода з метою обмеження швидкості руху інтелектуального поршня слід вважати керування роботою нагнітачів на компресорній станції шляхом зміни швидкості обертання їх роторів. Якщо відома зміна в часі ступеня стиску і продуктивності КС, то для визначення необхідної кількості працюючих нагнітачів та характеру зміни швидкості обертання їх ротора необхідно побудувати математичну модель, яка б зв’язувала вказані параметри. Для побудови такої моделі використано енергетичний підхід та рівняння Ейлера для лопаткових машин. В результаті одержано математичну формулу, що зв’язує основні параметри режиму роботи нагнітача

де: - ступінь стиску нагнітача; - швидкість обертання ротора; R – газова стала; Т – температура газу на вході; Q – продуктивність; m – показник політропи стиску.

Рисунок 2 Регулювання руху поршня зміною обертів ротора нагнітача

Однак для газопроводу з пересіченим профілем траси керування режимом роботи КС шляхом зміни швидкості обертання ротора може виявитись недостатнім. В зв"язку з цим для обмеження швидкості руху поршня-дефектоскопа при його русі на низхідних ділянках траси запропоновано використати метод зміни технологічної схеми газопроводу, який полягає в під’єднанні лупінга при переході поршня на низхідну ділянку.

Для реалізації запропонованого методу розроблено алгоритм і cкладено програму розрахунку cтупеня зменшення швидкоcті руху поршня-дефектоcкопа в залежноcті від роду технологічних параметрів та технічних характериcтик поршня і газопроводу.

Найбільiш cильний вплив на cтупінь зниження швидкоcті руху поршня має довжина лупінга. Причому збільшення довжини лупінга призводить до зроcтання величини відношення ( - швидкість поршня при відключеному лупінгу). Іншими cловами, з збільшенням довжини лупінга cтупінь гальмування руху поршня зменшуєтьcя. Цей, на перший погляд, парадокcальний виcновок з фізичної точки зору пояcнюєтьcя тим, що при малих довжинах лупінга в момент його під'єднання різко змінюютьcя величини тиcків в точках під'єднання.

Збільшення діаметру лупінга призводить до зменшення відношення швидкоcтей , тобто умови гальмування руху покращуютьcя. Цей виcновок очевидний, однак при зміні діаметру з 1000 мм до 1400 мм відноiення швидкоcтей зменшуєтьcя на 1.28 %, в той чаc, коли збільшення відноcної довжини лупінга з 0.1538 до 0.4615 (тобто на 100 % ) призводить до зроcтання вказаного cпіввідношення швидкоcтей на 27.8%.

З параметрів режиму роботи газопроводу в період руху поршня оцінювавcя вплив початкового і кінцевого тиcків на cтупінь зменшення швидкоcті поршня. Вcтановлено, що зменшення початкового і збільшення кінцевого тиcків призводить до зменшення cпіввідношення швидкоcтей , тобто до покращення умов гальмування. Так, при зменшенні початового тиcку з 7.6 до 6.8 МПа відношення швидкоcтей зменшуєтьcя на 2 %, а при зроcтанні кінцевого тиcку з 5.0 до 5.8 МПа вказане відношення зменшуєтьcя на 1.38 % , отже зменшення початкового тиcку більш ефективне, ніж збільшення кінцевого тиcку.

Динаміка руху поршня оцінювалаcь перепадом тиcків на рухомій границі. При збільшенні перепаду тиcків cтупінь зменшення швидкоcті знижуєтьcя, тобто умови гальмування покращуютьcя, що відповідає фізичним уявленням про картину процеcу. Збільшення перепаду тиcків з 0.05 МПа до 0.15 МПа (тобто в 3 рази) призводить до зменшення cпіввідношення швидкоcтей на 16.5%.

В четвертому розділі розроблено методику розрахунку режиму роботи газопроводу в період внутрішньотрубного його діагностування.

В основу розрахункових залежностей покладено математичні моделі стаціонарної течії газу в газопроводі. Розрахунок запропоновано вести методом зміни стаціонарних станів. Для цього весь період процесу розбивається на дискретні проміжки часу, на кінець кожного з яких рух газу в газопроводі вважається стаціонарним.

Як вихідні дані задаються: фізичні властивості газу, геометричні характеристики газопроводу (в тому числі профіль траси), характеристики інтелектуального поршня, тиски на вході в початкову компресорну станцію і в кінці лінійної дільниці і тип обладнання КС.

Суть методики розрахунків зводиться до того, що при відомому тиску в кінці лінійної дільниці і заданій швидкості руху поршня на кожен дискретний момент часу визначається тиск перед рухомим пристроєм

Перепад тиску на рухомій границі визначається силою тертя ущільнюючих елементів поршня до стінок трубопроводу і силою гравітації. Тоді тиск на поршень з сторони запоршневого простору

Тиск на початку лінійної дільниці в даний момент часу

При відомих тисках і віддалі до поршня на кожен момент часу витрата газу на початку дільниці може бути знайдена з основного рівняння газопроводів.

Таким чином можна побудувати залежності зміни тиску і витрати газу на початку лінійної дільниці в часі, при яких буде досягнута задана швидкість руху поршня. Це дасть змогу прогнозувати режим роботи початкової КС на період руху інтелектуального поршня.

На основі розробленої методики прогнозувався режим роботи КС Долина газопроводу "Братерство" в процесі проведення внутрішньо-трубного діагностування. Результати вимірювань фактичних параметрів руху поршнів в порівнянні з прогнозними їх величинами підтверджують адекватність розробленої методики.

ПІДСУМКОВІ ВИСНОВКИ

1.

ліджень розв’язано важливу науково-технічну задачу забезпе-чення режиму внутрішньотрубного діагностування лінійних ділянок магістральних газопроводів з пересіченим профілем траси інтелектуальними поршнями, при якому досягається високої вірогідністі отриманої інформації про стан трубопроводу.

1.

2.

газопроводу під тиском газу встановлено, що характер профілю траси газопроводу необхідно враховувати при розрахунках, якщо геометричний ухил низнідної ділянки перевищує 0.0005. В таких випадках при проходженні поршнем екстремальних точок траси співвідношення його швидкостей на висхідних і низхідних ділянках може змінюватись до 10 разів при зміні геометричного ухилу від 0.001 до 0.005, що суттєво впливає на вірогідність інформації про пошкодження трубопроводу.

3. На основі створеної математичної моделі і запропонованого ме-тоду її реалізації побудовано характер руху інтелектуального поршня по газопроводу і одержано зміну параметрів нестаці-онарного термогазодинамічнного режиму роботи газопроводу. Аналіз результатів досліджень показав, що нехтування температурним режимом і профілем траси газопроводу не призводить до суттєвих похибок в результатах розрахунків, а визначені числові значення критеріїв нестаціонарності і Струхаля вказують припустимість застосування моделей стаціонарної течії газу для адекватного опису газодинамічного процесу.

4. Запропоновано математичну модель компресорної станції, використання якої в комплексі з газодинамічною моделлю лінійної ділянки газопроводу дозволяє реалізувати метод регулювання режиму роботи газопроводу шляхом зміни швидкості обертання ротора газоперекачувальних агрегатів з метою забез-печення необхідних для діагностування умов руху інтелектуаль-ного поршня. Адекватність використання математичних моделей підтверджено результатами промислових досліджень при проведенні дефектоскопічних робіт на газопроводі “Братерство” .

5. Для діагностування складних газотранспортних систем зап-ропоновано метод регулювання швидкості руху інтелектуальних поршнів по газопроводу з пересіченим профілем траси, який полягає в зміні технологічної схеми лінійної ділянки шляхом підключення лупінга. Одержані числові та аналітичні залежності показують, що запропонований метод регулювання може забезпе-чити зменшення швидкості руху інтелектуального поршня на низхідних ділянках до 27%.

Розроблено галузеву методику прогнозування процесу діагностування газопроводів за допомогою інтелектуальних порш-нів в складних трасових умовах, алгоритми і програми системи регулювання режиму роботи газопроводу в період пропуску інтелектуальних поршнів, яка була апробована при проведенні обстежень газопроводу “Братерство”, що дозволило одержати економічний ефект від впровадження в розмірі 111 тисяч грн.

Основний зміст дисертації опубліковано в наступних працях:

1. Грудз В.Я., Грудз Я.В. Вибір оптимальних стратегій та параметрів обслуговування газоперекачувальних агрегатів.// Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ.Вип.32.1995.с.26-29

2. Грудз В.Я., Грудз Я.В.,Фейчук В.Д. Математичні моделі для

діагностування гідравлічного стану газових мереж.// Розвідка і

розробка нафтових ігазових родовищ.Вип.35. 1998.с.218-221

3. Грудз В.Я., Грудз Я.В.,Фейчук В.Д. Діагностування малих

витоків з трубопроводу.// Розвідка і розробка нафтових і газових

родовищ.Вип.36. 1999.с.42-44

4. Грудз В.Я., Грудз Я.В. Методика параметричного діагностування стану відцентрового нагнітача.//Нафтова і газова промисловість. №4,1996. с.29-30

5. Грудз В.Я., Бакаєв В.В., Грудз Я.В., Розен Г. Математичне

моделювання руху інтелектуального поршня по газопроводу. // Нафтова і газова промиБловіБть.№4,2000. с.29-30

6. Грудз В.Я., Бакаєв В.В., Грудз Я.В., Розен Г. Регулювання

руху інтелектуального поршня зміною технологічної схеми лінійної дільниці.//Нафтова ігазова промисловість.№4,2000. с.29-30

7. Грудз В.Я., Грудз Я.В.Оптимальне планування режимів роботи газотранспортних систем в умовах багатокритеріальності.// Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ.Вип.32. 1995.с.12-15

8. Грудз Я.В. Модель технічного обслуговування газотранспортних систем.// Материали науково-практичної конференції "Шляхи підвіщення якості підготовки специалістів для будівництва та експлуатації систем трубопровідного транспорту. Івано-Франківськ,1998.с.45

9. Грудз Я.В., Гімер Р.Ф. Роль ПСГ в пидвищенні надійності транзиту газу Трансукра·нськими газопроводами. // Тези доповідії конференції професорсько-викладацького складу ІФДТУНГ.Івано-Франківськ,1997.

10. Грудз В.Я., Грудз Я.В.Моделирование газодинамических процессов в центробежном нагнетателе. Материалы 3 науч.-техн. конф. "Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта".-Минск,2000. С.54-56.

11. Грудз В.Я., Грудз Я.В. Аналіз руху поршнів по трасі газопроводу "Братерство". // Матеріали 6 міжнародної наук.-практ. конференції "Нафта і газ України - 2000", Івано-Франківськ,2000.с. 36-3

АНОТАЦІЯ

Грудз Я.В. Розробка методів регулювання режиму роботи газопроводів в процесі їх діагностування інтелектуальними поршнями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.13 - Нафтогазопроводи, бази та сховища. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу. Івано-Франківськ, 2001.

Дисертацію присвячено розробці методів регулювання режиму роботи газопроводу в процесі внутрішньотрубного діагностування з метою забезпечення неспотвореної інформації про реальний стан трубопроводу. Проведено дослідження впливу профілю траси на кінематику руху поршня та нестаціонарних газодинамічних процесів в газопроводі. Запропоновано методи регулювання характеру руху поршня зміною швидкості обертання ротора нагнітачів на компресорній станції та технологічної схеми лінійної дільниці. Розроблено методику розрахунку режиму роботи газопроводу в процесі діагностування.

Ключові слова: регулювання, поршень діагностика

АННОТАЦИЯ

Грудз Я.В. Разработка методов регулирования режима работы газопроводов в процессе их диагностирования интеллектуальными поршнями. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.15.13 - Нефтогазопроводы, базы и хранилища. Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа. Ивано-Франковск, 2002.

Диссертация посвящена разработке методов регулирования режима работы газопровода в процессе внутритрубного диагностирования с целью обеспечения неискаженной информации о реальном состоянии трубопровода. Проведено исследования влияния профиля трассы на кинематику движения поршня и нестационарных газодинамических процессов в газопроводе. Предложено методы регулирования характера движения поршня изменением скорости вращения ротора нагнетателей на компрессорной станции и технологической схемы линейного участка. Разработана методика расчета режима работы газопровода в процессе диагностирования.

Ключевые слова: регулирование, поршень, диагностика.

ABSTRACT

Grudz Y.V. Development of methods of regulation of mode of operations of gas pipelines during their diagnosing by intellectual pistons. - Manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science behind a speciality 05.15.13 - Petrolium and gas pipe, base and storehouse. The Ivano-Frankovsk national technical university of petroleum and gas. Ivano-Frankivsk, 2001.

The dissertation is devoted to development of methods of regulation of mode of operations of a gas pipeline in process insidepiping of diagnosing with the purpose of maintenance of the undistorted information about a real condition of the pipeline. Is carried out (spent) researches of influence of a structure of a line on kinematics of movement of the piston and non-stationary gas dynamics of processes in a gas pipeline. Is established, that the structure of a line essentially influences speed of movement of the piston and practically does not render influence on character of gas dynamics process. Besides the analysis of a degree unsteadiety is carried out(spent) through criteria Struhalya and unsteadiety, which has shown, that for modeling character of movement of gas in a gas pipeline the stationary models can be used. This conclusion is fixed in a basis of modeling of technological process of insidepiping diagnostics and development of methods of regulation of mode of operations of a gas pipeline . It is offered methods of regulation of character of movement of the piston by change of speed of rotation of a rotor compressors at compressor station and technological circuit of a linear sectore consisting in connection parallel pipe to a main pipeline at movement of the piston on duwncast sector of a main pipeline, that will allow to lower speed of movement of the piston. The technique of account of mode of operations of a gas pipeline is developed during diagnostics allowing to predict character of submission of gas in a gas pipeline, at which the constancy of speed of movement intelectual of the piston is reached(achieved).

Key words: regulation, piston, diagnostics.