Разработка методов и технических решений для транспортировки сжиженного природного газа по низконапорным трубопроводам

Вид материала

Автореферат

Содержание Полозов Анатолий Евсеевич Поляков Вадим Алексеевич Общая характеристика работы Целью работы Задачи исследования. Научная новизна На защиту выносятся Практическая ценность работы. Апробация работы. Структура и объем диссертации. Содержание работы В первой главе Во второй главе Рис. 1. Расчетная схема низконапорной передачи СПГ по трубопроводу из хранилища в транспортный резервуар Рвх.ст — давление на входе в вертикальный участок трубопровода (стояк), Па; W Твх — температура СПГ на входе в трубопровод, К; δ Рис. 4. Расчетная схема вертикального трубопровода Рвак вакуумным насосом. Величина вакуума Р Третья глава Рис. 6. Схема экспериментальной установки для исследования ... Полное содержание

Подобный материал:

• О перевозке сжиженного природного газа, квалифицированные трудовые ресурсы, документация, 117.01kb.
• Выставочная Компания «Новое Тысячелетие», 65.73kb.
• Производственно-технологический комплекс по производству и доставке сжиженного природного, 155.12kb.
• Транснациональные корпорации на мировом рынке сжиженного природного газа, 391.92kb.
• Телефон: Телефакс: e-mail, 54.77kb.
• Правила безопасности при производстве, хранении и выдаче сжиженного природного газа, 1619.21kb.
• Природные источники углеводородов, 121.67kb.
• С. Я. Чернавский (цэми ран) экономический анализ угроз со стороны рынков природного, 56.59kb.
• В 2002 году производство природного газа в Канаде составило 6 триллионов кубических, 695.89kb.
• Образец для заполнения №3 Начальнику управления распределения ресурсов газа Департамента, 14.28kb.

На правах рукописи


Жмакин Виталий Анатольевич


Разработка методов и технических решений для транспортировки сжиженного природного газа по низконапорным трубопроводам


Специальность 25.00.19 – Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ


Автореферат


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва – 2007

Работа выполнена в Курском государственном техническом университете и Обществе с ограниченной ответственностью “Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – ВНИИГАЗ”.


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Полозов Анатолий Евсеевич


Официальные оппоненты: доктор технических наук

Едигаров Андрей Суренович


доктор технических наук, профессор

Поляков Вадим Алексеевич


Ведущая организация: ОАО «ВНИПИгаздобыча»


Защита состоится « 7 » ноября 2007 г. в 13 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО “ВНИИГАЗ” по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка.


С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ» и Курского государственного технического университета.


Автореферат разослан «___» сентября 2007 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н. И.Н. Курганова

Общая характеристика работы

Актуальность. Развитие газовой промышленности в России в ближайшие годы неразрывно связано с использованием сжиженного природного газа (СПГ). Мировой рынок производства и потребления СПГ развивается из-за необходимости доставки природного газа из стран с избыточными ресурсами в страны, испытывающие недостаток в этом виде топлива, в условиях, когда строительство магистральных газопроводов оказывается очень дорогим или невозможным. При этом СПГ транспортируют морским путем в танкерах-метановозах на перевалочные базы, доставка СПГ потребителям осуществляется в криогенных резервуарах автомобильным и железнодорожным видами транспорта.

Разгрузка и наполнение транспортных резервуаров производится на перевалочных базах по технологическим трубопроводам. При этом широко используются следующие методы транспортировки СПГ: с помощью насосов, наддувом инертного газа в хранилище или самонаддувом паров СПГ, полученных в испарителе.

В случае, когда позволяет рельеф местности, наиболее целесообразна транспортировка СПГ по низконапорным трубопроводам за счет действия силы тяжести. В этом случае значительно снижены затраты электроэнергии, не используются насосные агрегаты большой производительности, отпадает необходимость в поднятии высокого давления в хранилище, которое может привести к разрыву его стенок.

Однако при транспортировке СПГ по трубопроводам за счет теплопритоков образуется двухфазный поток, который на вертикальных участках трубопровода создает “гейзерный” эффект — выброс парожидкостной смеси обратно в опорожняемое хранилище, что значительно снижает эффективность транспортировки СПГ по низконапорным трубопроводам.

Поэтому исследование методов повышения эффективности транспортировки СПГ по низконапорным трубопроводам относится к актуальным научным задачам газовой промышленности.


Целью работы является разработка новых технических решений и методов их расчета для повышения эффективности транспортировки СПГ по низконапорным трубопроводам.


Задачи исследования. Поставленная цель достигается путем решения ряда взаимосвязанных задач:

• изучение технологии и методов транспортировки криогенных жидкостей по трубопроводам, режимов двухфазных потоков в вертикальных трубопроводах;
  
• разработка новых технических решений для транспортировки СПГ по низконапорному трубопроводу путем устранения паровой фазы на вертикальном участке трубопровода;
  
• создание экспериментальной модели новой схемы низконапорной транспортировки СПГ для исследования ее работы в полевых и производственных условиях;
  
• разработка методов расчета параметров транспортировки СПГ по низконапорным трубопроводам;
  
• разработка метода расчета оптимальных параметров новой схемы низконапорной транспортировки СПГ, при которых в вертикальном трубопроводе происходит удаление паровой фазы.
  

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем. В работе обоснована новая схема низконапорной транспортировки СПГ и конструкция вертикального трубопровода, позволяющие повысить эффективность транспортировки СПГ.

Предложен метод расчета потока СПГ, транспортируемого по низконапорному трубопроводу, позволяющий определить длину участка однофазного потока и параметры его состояния в каждом сечении.

Разработан новый метод расчета низконапорной транспортировки СПГ по вертикальному трубопроводу, позволяющий определить параметры двухфазного потока в каждом его сечении.

Впервые разработан метод расчета новой схемы низконапорной транспортировки СПГ, позволяющий определить ее параметры, при которых устраняется двухфазность потока, что приводит к увеличению массового расхода криогенного продукта.


На защиту выносятся следующие положения:

1. схема низконапорной транспортировки СПГ и конструкция вертикального трубопровода, защищенные патентами;
   
2. метод расчета транспортировки СПГ в однофазном состоянии по низконапорному трубопроводу;
   
3. метод расчета транспортировки СПГ с частичным испарением по вертикальным низконапорным трубопроводам;
   
4. метод расчета параметров новой схемы низконапорной транспортировки СПГ, устраняющий “гейзерный” эффект.
   

Практическая ценность работы. В связи с тем, что в России только начинает развиваться технология транспортировки природного газа в сжиженном состоянии, предложенные технические решения и методы их расчета нашли применение в сопутствующих отраслях газовой промышленности: при транспортировке по технологическим трубопроводам других криогенных жидкостей (азот, кислород) и в строительстве зимних автомобильных дорог, использующем методы низкотемпературного замораживания водонасыщенных грунтов.

Методические разработки автора используются в учебном процессе кафедры “Теплогазоснабжение и вентиляция” при Курском государственном техническом университете и кафедры “Газоснабжение и теплогенерирующие установки” Белгородского государственного технологического университета.


Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на кафедре “Теплогазоснабжение и вентиляция” Курского государственного технического университета (г. Курск, 2007 г.) и на кафедре “Газоснабжение и теплогенерирующие установки” Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2006 г.), на международной научно-практической конференции “Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии” (г. Белгород, 2005г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 10 печатных работах, в том числе 3 патента на полезную модель, 5 публикаций в сборниках статей по материалам научно-практических конференций и 2 публикации в научно-технических журналах, один из которых рекомендован ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 107 наименования и приложения. Работа изложена на 117 страницах, содержит 35 рисунков и 2 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследований, отражена научная новизна, практическая значимость результатов работы, изложены основные положения диссертации, выносимые на защиту.


В первой главе освещен зарубежный и отечественный опыт и разработки по производству, хранению и транспортировке СПГ, нефтепродуктов, криогенных жидкостей по трубопроводам.

Транспортировка СПГ из хранилища, расположенного на возвышенном участке местности, в другой резервуар целесообразнее выполнять низконапорным методом, широко применяемым на нефтебазах при сливе-наполнении железнодорожных цистерн.

Однако высокая испаряемость СПГ и появление двухфазного потока, создающего на вертикальных участках трубопровода “гейзерный” эффект, делают данный метод транспортировки СПГ неэффективным. В результате притоков тепла через теплоизоляцию и падения давления в трубопроводе на вертикальных участках трубопровода происходит скопление паровой фазы с последующим выбросом парожидкостной смеси обратно в хранилище.

Существующие конструкции криогенных трубопроводов на базе вакуумных и объемных типов теплоизоляции не способны обеспечить транспортировку СПГ в однофазном состоянии, а технологические приемы для поддержания СПГ в однофазном состоянии не осуществимы при низконапорном методе транспортировки СПГ.

В связи с этим требуется разработка новых технических решений, позволяющих повысить эффективность транспортировки СПГ по низконапорным трубопроводам.


Во второй главе выполнены теоретические исследования низконапорной транспортировки СПГ по трубопроводам. Предложена новая схема низконапорной транспортировки СПГ и конструкция вертикального трубопровода, выполнена постановка задачи и разработана математическая модель гидродинамических процессов с учетом теплообмена с внешней средой при транспортировке СПГ по низконапорным трубопроводам. Разработана математическая модель процесса удаления паровой фазы через дырчатую перегородку из двухфазного потока СПГ в вертикальном трубопроводе.

В результате получены новые упрощенные уравнения для расчета давления, температуры и паросодержания в сечениях трубопровода при низконапорной транспортировке СПГ с частичным испарением, впервые предложен метод расчета параметров новой схемы низконапорной транспортировки СПГ, устраняющих двухфазный поток в вертикальном трубопроводе.




Рис. 1. Расчетная схема низконапорной передачи СПГ по трубопроводу из хранилища в транспортный резервуар


Расчет параметров однофазного потока СПГ сводится к определению давления р(z), текущей температуры T(z) и температуры насыщения T_S(z) в каждом сечении трубопровода; при этом условие однофазного течения записывается в виде:


Т(z)<T_S(z). (1)

Уравнение для определения давления на горизонтальном участке трубопровода получим из уравнения Дарси-Вейсбаха:


, (2)

где , Па/м; Р_вх — давление на входе в трубопровод, Па; λ_тр — коэффициент гидравлического сопротивления; W_г — средняя расходная скорость на горизонтальном участке трубопровода, м/с; ρ_ж — плотность СПГ, кг/м³; z — длина участка трубы, м; D_г — внутренний диаметр горизонтального участка трубопровода, м.

Уравнение для определения давления на вертикальном участке трубопровода (при l_г<z_г+l_в):


, (3)

где , Па/м, Р_вх.ст — давление на входе в вертикальный участок трубопровода (стояк), Па; W_в — средняя расходная скорость на вертикальном участке трубопровода, м/с; D_в — внутренний диаметр вертикального участка трубопровода (или эквивалентный диаметр в случае некруглой трубы), м.

Коэффициент гидравлического сопротивления определяем по формуле ВНИИГАЗа, полученной в результате обработки экспериментальных данных при перекачке жидкостей и газов в шероховатых трубах, в том числе и сжиженных углеводородных газов:

, (4)

где ∆_э, — эквивалентная шероховатость; Rе — число Рейнольдса.

Выражение для скорости потока и массового расхода на вертикальном участке трубопровода получим из уравнения Бернулли, составленного для сечений 1-1 и 2-2 (рис. 1):


, (5)

. (6)

где _м — коэффициент местного сопротивления.

Зависимость температуры насыщения СПГ от давления T_S=T_S(p) принимаем в виде линейной функции:

Т_S(p)=103 + 0,000083^.P(z). (7)

Изменение температуры СПГ вдоль трубопровода T=Т(z), вызванное теплопритоком из внешней среды и переходом потенциальной энергии силы давления и силы тяжести в теплоту, определяем по соотношению:

, (8)

где , , Т_вх — температура СПГ на входе в трубопровод, К; δ — толщина теплоизоляции, м; Т_н — наружная температура, К; α — угол наклона трубопровода к вертикальной оси, направленной вниз.

При обычных условиях низконапорной транспортировки СПГ по криогенным трубопроводам (D≤0,2 м, λ≤0,05 Вт/(м^.К), G≤5 кг/с, δ= 0,1 м) зависимость (8) аппроксимируем с достаточной для расчетов точностью линейной зависимостью:

. (9)

В результате преобразований системы уравнений (2,7,9) получим формулу для расчета длины участка однофазного течения l^/ СПГ в горизонтальном трубопроводе:

. (10)

После определения величины l^/, вычислим по соотношениям (2, 9) параметры СПГ р^/ и Т ^/ в конце этого участка.

Численной реализацией модели однофазного течения СПГ установлено, что длина участка однофазного течения СПГ меньше длины горизонтального участка трубопровода: l^/=97,68 м, а состояние насыщения достигается при давлении р.^/(z)=105 503 Па и температуре Т^/(z)=Т_S=111,757 K. Массовый расход однофазного потока СПГ составил G₁=18,882 кг/с, при котором скорость потока СПГ на горизонтальном участке трубопровода равна W_г=5,67 м/с. Температура СПГ по длине трубопровода изменяется за счет теплопритоков незначительно, а температура насыщения СПГ достигается за счет потерь давления на горизонтальном участке трубопровода (рис. 2 и 3).




Рис. 2. Зависимость р(z) давления СПГ от продольной координаты оси низконапорного трубопровода



Рис. 3. Зависимости температуры насыщения и температуры потока СПГ от продольной координаты оси низконапорного трубопровода


Для определения параметров транспортировки СПГ с частичным испарением разработаем новый метод расчета на основе гомогенной модели двухфазного потока. В основу математической модели положены уравнения для изменения паросодержания и давления вдоль участка с двухфазным течением:


, (11)

. (12)

Уравнения (11, 12) дополняется уравнением состояния идеального газа и соотношением для удельного объема парожидкостной смеси:


. (13)

Изменение температуры насыщения вдоль участка двухфазного потока будем приближенно считать постоянной и равной среднему арифметическому ее начального и конечного значений:

. (14)

Исходную систему уравнений решаем методом последовательных приближений. В первом приближении считая υ_см≈υ_ж=1/ρ_ж, выразим зависимости х(z) и р(z) в виде линейных функций:


(15)

(16)

где , , , .

В результате последующих приближений получим решения дифференциальных уравнений (11, 12) в виде зависимостей:


(17)

(18)

где , м³; R — газовая постоянная метана, равная R =519 Дж/(кг^.К), r — удельная теплота испарения, Дж/кг, Т_г — температура паровой фазы, определяемая по (15).

Соотношения (17), (18) позволяют оценить величину погрешностей, допускаемых при определении паросодержания и давления потока СПГ по упрощенным зависимостям (15), (16). Отметим, что при (k_тр × υ_∆ × х_вых)<<g соотношение (18) переходит в линейную зависимость (16).

Численная реализация модели гомогенного двухфазного потока СПГ показала, что отличия от результатов расчета однофазного потока СПГ несущественны: в частности скорость парожидкостной смеси в вертикальном трубопроводе составила W=7,39 м/с (погрешность -8,8%), паросодержание на выходе из трубопровода х_вых=0,00155, массовый расход жидкой фазы G_ж= 17,356 кг/с (погрешность -8,8%), давление на входе в стояк р_{вх ст} = 103 425 Па (погрешность +0,3%), давление на выходе из трубопровода р_вых=110 601 Па (погрешность -4,1%).

Для устранения “гейзерного” эффекта, возникающего в вертикальном трубопроводе, предложена новая конструкция вертикального трубопровода с дырчатой перегородкой (рис.4). Перегородка разделяет трубопровод на канал для течения парожидкостной смеси и отсек для сбора паровой фазы.

Основным параметром дырчатой перегородки является коэффициент перфорации ε, равный отношению суммарной площади отверстий к площади всей перегородки. Выразив число отверстий через размеры перегородки и их расположения (рис. 2), получим формулу для расчета коэффициента перфорации:


, (19)

где d — диаметр отверстий, м; s и h — вертикальный и горизонтальный шаг отверстий, м; b_П — ширина перегородки, м.



Рис. 4. Расчетная схема вертикального трубопровода:

1 – трубопровод; 2 – дырчатая перегородка; 3 – теплоизоляция; 4 – фиксирующий стержень; 5 - отверстия


Зависимость коэффициента сопротивления дырчатой перегородки ξ_П от коэффициента перфорации ε представлена на рис. 5.



Рис. 5. Зависимость коэффициента сопротивления дырчатой перегородки ξ_П от ее коэффициента перфорации ε


Аппроксимируя данную зависимость ξ_П(ε) квадратичной функцией с помощью метода наименьших квадратов получим выражение:


(20)

Другим важным параметром схемы низконапорной транспортировки СПГ является величина вакуума, создаваемого в ресивере Р_вак вакуумным насосом. Величина вакуума Р_вак в ресивере определяется, главным образом, давлением в вертикальном трубопроводе и газодинамическим сопротивлением дырчатой перегородки, которое складывается из местного сопротивления перегородки и кинетической энергии движения пара через отверстия перегородки:


(21)

Исходя из условия, что пропускная способность перегородки должна быть достаточной для удаления всего образовавшегося в трубопроводе пара через дырчатую перегородку, запишем уравнение:


(22)

Отсюда получим выражение для расчета коэффициента перфорации ε перегородки, обеспечивающей удаление всей паровой фазы потока СПГ:


(23)

где



Численная реализация математической модели показывает, что при давлении на входе в стояк р_{вх ст}= 103 425 Па, давлении на выходе из трубопровода — р_вых=110 601 Па и паросодержании потока х_вых=0,00155 достаточно, чтобы коэффициент перфорации перегородки составил ε =0,0081, т.е. диаметр отверстий в перегородке равнялся 3 мм, вертикальный и горизонтальный шаг отверстий 25 мм, длина и ширина перегородки 25 м и 88 мм соответственно.

При данном значении коэффициента перфорации ε оптимальное давление в ресивере составит р_вак=92 034 Па (т.е. величина вакуума должна быть ниже -0,05 кгс/см²), а общий расход паровой фазы через отверстия перегородки будет равен 0,0148 м³/с.


Третья глава посвящена анализу результатов экспериментальных исследований новой схемы низконапорной передачи СПГ и конструкции вертикального трубопровода. Для проведения исследования выполнена экспериментальная модель схемы низконапорной транспортировки СПГ (рис. 6). В качестве рабочей жидкости вместо СПГ использован жидкий азот, температура насыщения которого при атмосферном давлении равна Т_S = -195,76 ^оС.

Основными узлами экспериментальной установки являются сливаемый резервуар с жидким азотом, экспериментальный трубопровод с дырчатой перегородкой, ресивер, вакуумный насос. Трубопровод и ресивер имеет теплоизоляцию из пенополистирола марки ПСБ-15 толщиной δ_из=100 мм с коэффициентом теплопроводности λ_из=0,042 Вт/(м^.оС) и пароизоляционный слой из пенополиэтиленовой пленки для предотвращения поглощения теплоизоляцией влаги из воздуха во время транспортировки криогенной жидкости.




Рис. 6. Схема экспериментальной установки для исследования

низконапорной транспортировки СПГ:

1 – сливаемая цистерна ЦТК-5/0,25; 2 – гибкий металлорукав; 3 – приемная воронка; 4 – вентили; 5 – криогенный трубопровод; 6 – теплоизоляция; 7 – дырчатая перегородка; 8 — отверстия; 9 – фиксирующий стержень; 10 – сборный газоотвод; 11 – ресивер; 12 – вакуумный насос; 13 – вакуумметр; 14 – термометры сопротивления (8 шт); 15 – модуль ввода аналоговый восьмиканальный ОВЕН МВА8; 16 – адаптер интерфейса ОВЕН АС3; 17 – компьютер; 18 – спиртовой термометр; 19 – манометр; 20 – указатель жидкого азота.


В ходе эксперимента проводились исследования температурного режима трубопровода, влияние вакуума в ресивере на эффективность транспортировки жидкого азота двухфазным потоком, эффективность новой конструкции вертикального трубопровода и принятого по расчету коэффициента перфорации перегородки при низконапорной транспортировке жидкого азота.

В результате экспериментальных исследований тепловых процессов в вертикальном трубопроводе при низконапорной транспортировке жидкого азота построены графики зависимостей:

- температуры потока жидкого азота в парожидкостном канале трубопровода от времени при его первоначальном охлаждении (рис. 7);

- температуры потока жидкого азота от продольной координаты оси вертикального трубопровода при установившемся режиме транспортировки (рис.8);

- температуры паров азота в паровом отсеке трубопровода от времени при его первоначальном охлаждении и последующей транспортировке жидкого азота (рис. 7, датчик 8).

Зависимость температуры потока жидкого азота от продольной координаты оси вертикального трубопровода, полученная аналитическим путем, при условиях эксперимента приведена к виду:


, ^оС (24)

Экспериментальные данные изменения температуры вдоль трубопровода аппроксимируются графиком линейной зависимости:


, ^оС (25)



Рис. 7. Зависимость температуры потока от времени в семи контрольных сечениях вертикального трубопровода



Рис. 8. Зависимость температуры жидкости от продольной координаты вертикального трубопровода при стационарных условиях теплопередачи:

1 — экспериментальная кривая; 2 —теоретическая кривая, рассчитанная по линейной зависимости (9).


Сравнение результатов теоретических расчетов с данными натурного эксперимента (рис.8) подтверждает корректность предложенной математической модели. Максимальное расхождение теоретических и экспериментальных значений изменения температуры жидкого азота вдоль трубопровода составляет 5,32 %.

В ходе экспериментальных исследований новой схемы низконапорной транспортировки жидкого азота определялась оптимальная величина вакуума в ресивере, создаваемого вакуумным насосом, для удаления паровой фазы с вертикального участка трубопровода.

На начальном этапе эксперимента при истечении из трубопровода парового потока, содержащего небольшие включения жидкости, вакуум в ресивере поддерживался на значении р_вак =-0,5 кгс/см². При истечении жидкости пульсирующим потоком величина вакуума в ресивере была увеличена до предельной величины р_вак ≈ -1 кгс/см². С увеличением вакуума в ресивере температура потока стала резко уменьшаться, свидетельствуя о наличии основной доли жидкой фазы в двухфазном потоке, что подтверждается более крутым наклоном температурных кривых к оси времени (рис. 7). Однако создание вакуума такой глубины на действующих трубопроводах требует дорогостоящего оборудования и повышенных энергозатрат.

При выходе трубопровода на этап установившейся транспортировки жидкого азота вакуум в ресивере был снижен до р_вак =-0,1 кгс/см², что не повлияло отрицательно на структуру потока и его параметры на выходе из трубопровода (рис. 7).

Таким образом, увеличение вакуума в ресивере р_вак приводит к уменьшению паросодержания потока х и соответственно к увеличению массового расхода жидкости G_ж. В то же время оптимальная величина коэффициента перфорации перегородки обеспечивает снижение паросодержания потока при малой глубине вакуума в ресивере.

В результате испытаний новой схемы низконапорной транспортировки СПГ в полевых условиях и предварительного расчета оптимальных параметров схемы удалось получить однофазный поток жидкого азота на выходе из трубопровода, устранив “гейзерный” эффект (рис.9).




Рис. 9. Истечение однофазного потока жидкого азота


В четвертой главе представлены результаты промышленной реализации новой схемы низконапорной транспортировки СПГ. Новая схема низконапорной передачи СПГ и конструкция вертикального трубопровода с дырчатой перегородкой [6] опробовались в цехе приема и хранения жидкого азота ФГУП “Курская биофабрика - фирма “БИОК” для разгрузки транспортных цистерн ЦТК-5/0,25 с жидким азотом в стационарный резервуар.

В результате ее применения осуществлена транспортировка жидкого азота однофазным потоком на выходе из трубопровода, и устранены выбросы паров в атмосферу; также сокращены затраты жидкого азота и времени на охлаждение трубопровода до выхода на этап установившейся транспортировки; кроме того, повышена безопасность персонала при работе с криогенными сосудами, находящимися под избыточным давлением.

Новая схема низконапорной транспортировки СПГ применялась предприятием ЗАО Курское ДРСУ-1 для замораживания грунтов жидким азотом при устройстве временной землевозной дороги через заболоченный участок местности при строительстве автомобильной дороги Дряблово-Анпилогово-Лукино. Создание временного переезда через болото позволило сократить расстояние перевозки песчаного грунта и снизить транспортные расходы.

В пятой главе приводится технико-экономическое обоснование применения новой схемы низконапорной транспортировки СПГ и конструкции вертикального трубопровода на перевалочной базе СПГ. В результате расчета определен годовой экономический эффект при замене перекачки СПГ насосом новой схемой низконапорной транспортировки, который составил 331 507,16 руб/год на одну установку при сроке окупаемости капитальных вложений 7 лет.

Выполнен технико-экономический расчет новых технических решений, примененных для транспортировки жидкого азота, при искусственном замораживании грунтов для устройства временной землевозной дороги, созданной для строительства автомобильной дороги Дряблово-Анпилогово-Лукино. В результате их применения снижены транспортные расходы, повышена производительность труда, сокращены сроки строительства основного объекта, получен экономический эффект в размере 6,7 млн. руб.


Основные Результаты и выводы

1. Транспортировка СПГ по низконапорным трубопроводам осуществляется двухфазным потоком, который в вертикальных трубопроводах создает “гейзерный” эффект — выброс СПГ из вертикального трубопровода обратно в хранилище.
   
2. Разработана новая схема низконапорной транспортировки СПГ и конструкция вертикального трубопровода, позволяющие устранять “гейзерный” эффект.
   
3. Предложен новый метод определения длины участка и параметров однофазного течения СПГ по низконапорному трубопроводу.
   
4. Разработан метод расчета параметров низконапорной транспортировки СПГ с частичным испарением в вертикальных трубопроводах.
   
5. Предложен метод определения оптимальных параметров новой схемы низконапорной транспортировки СПГ для удаления паровой фазы из вертикального трубопровода;
   
6. Проведены экспериментальные исследования новой схемы низконапорной транспортировки жидкого азота в полевых и производственных условиях, в результате которых реализована транспортировка жидкого азота однофазным потоком, устранены выбросы паров в атмосферу, сокращены затраты жидкого азота и времени на охлаждение трубопровода до выхода на этап установившейся транспортировки.
   
7. Разработанные технические решения прошли апробацию в цехе приема, хранения и передачи жидкого азота в стационарное хранилище, и при искусственном замораживании грунтов жидким азотом при строительстве автомобильных дорог, проходящих через заболоченные территории. Их применение при строительстве автомобильной дороги позволило получить экономический эффект в размере 6,7 млн. руб.
   

Основные опубликованные работы по теме диссертации:

1. Полозов А.Е., Жмакин В.А. Преодоление двухфазности течения транспортируемого сжиженного природного газа по трубопроводу // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.– 2005.– № 12. – С. 58-61.
   
2. Жмакин В.А. Эффективность самотечного метода передачи сжиженного природного газа по трубопроводу // Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства (промышленность, транспорт, сельское хозяйство): Сб. статей VI Всероссийской научно-практической конференции. – Пенза, 2006. – С. 120-123.
   
3. Полозов А.Е., Кобелев Н.С., Жмакин В.А. Динамика двухфазного течения сжиженного природного газа при самотечной передаче по трубопроводам. // Вибрационные машины и технологии: Сб. науч. тр. – Курск: КГТУ, 2005. – С. 140-142.
   
4. Жмакин В.А. Экологическая эффективность на промплощадках при передаче сжиженного природного газа самотеком. // Проблемы безопасности и экологии в техносфере: Материалы I межвуз. конф. г. Курск 04.04.2006. – Курск, изд-во Учитель, 2007.– С 51-53.
   
5. Жмакин В.А. Преодоление гейзерного эффекта при транспортировке сжиженного природного газа по трубопроводу // Молодежь и XXI век: Сб. тезисов докладов. – Курск: КГТУ, 2005. – С. 163-164.
   
6. Патент 54135 РФ, F17D 1/13, F16L 9/18. Криогенный трубопровод / Жмакин В.А.(Россия). – № 2005136946/22; Заявлено 28.11.2005; Опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16.
   
7. Патент 58658 РФ, F17D 1/13, F16L 9/18. Трубопровод для передачи криогенной жидкости / Полозов А.Е., Жмакин В.А. (Россия). – № 2006116911/22; Заявлено 16.05.2006; Опубл. 27.11.2006, Бюл. № 33.
   
8. Патент 58201 РФ, F16L 55/24, F16T 1/00. Устройство для улавливания ферромагнитной жидкости в трубопроводе / Полозов А.Е., Жмакин В.А. (Россия). – № 2005106754/06; Заявлено 09.03.2005; Опубл. 10.11.2006, Бюл. № 31.
   
9. Полозов А.Е., Жмакин В.А. Эффективная схема низконапорной передачи СПГ по технологическим трубопроводам // Газовая промышленность.– 2007.– № 9.– С. 68-70.
   
10. Полозов А.Е., Шаптала В.Г., Жмакин В.А. Исследование эффективной передачи СПГ по технологическим низконапорным трубопроводам систем хранения и выдачи СПГ // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии: Сб. докладов XVIII международной науч-практ. конф. ч. 5. г. Белгород 18.09.2007. – Белгород, 2007. – С. 155-162.
    

Подписано в печать .09.2007. Формат 60 х 84 1/17.

Печатных листов 1,0. Тираж 100 экз. Заказ

Отпечатано на ротапринте ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, пос. Развилка