Развитие газовой отрасли тесно связано с решением технических задач, с которыми сталкивается промышленники данной отрасли. Можно выделить ряд крупных проблем и попытаться найти техническое решение данных задач.
Технические задачи:
- Гидратообразование в шлейфах, в скважинах, трубопроводах, промысловых системах [2,4,6]
- Разработка аппаратно – программных комплексов предупреждения гидратов в трубопроводах
- Математическое моделирования технологических процессов образование гидратов
- Сокращение потерь метанола по средством регенерации на установках осушки
- Разработка технологических установок менее энерго затратных по сравнением с ректификационными колонами регенерации метанола
- Оценка надежности технических систем используемы в газовой промышленности
Рисунок 1 — Основные направления развития науки в области добычи, транспортировки и переработки углеводородного сырья
Рассматривая гидратообразования в технологических система можно отметить, что для образования газовых гидратов необходимо одновременное выполнение трёх условий: наличие влаги в газе, низкая температура и высокое давление газа. Все эти условия выполняются на магистральном газопроводе, и на технологических трубопроводах компрессорных станции. При определённых термобарических условиях влага, которая находиться в газе из газообразного состояния может переходить в состояние гидрата, минуя фазу конденсации в жидкость [7,8,9,10]. На практике, фактический расход метанола на предприятиях добычи и трубопроводного транспорта газа, как правило, завышен вследствие его нерационального использования при ликвидации гидратной пробки[17]. Это связано с тем, что на предприятиях добычи и трубопроводного транспорта зачастую отсутствуют системы мониторинга и контроля над процессом гидратообразования.
Решение задачи гидратообразование в шлейфах, в скважинах, трубопроводах, промысловых системах решается следующим образом. На базе математической модели разработанной автором [4,11] создается блок схема (см.рис.2)[19]
Рисунок 2 — Блок схема действующего программно аппаратного комплекса [4,11,18]
Таким образом, приведенные выше блок схема позволяют определить температуру образования гидрата при заданных условиях, влагосодержание газа, количество жидкой фазы, выделившейся из газа, концентрацию метанола в газе, количество метанола[10], насыщающего газ, количество метанола, насыщающего жидкость и удельный расход газа.
Сокращение потерь метанола посредством регенерации на установках осушки. Автором разработана технологическая схема разделения азеотропной смеси при помощи избирательного поглощения воды с использованием молекулярно ситовых свойств цеолит КА [5,12]. Показано, что исходная смесь разделятся на две фазы в трехфазном сепараторе, где из азеотропной смеси отделяется фаза жидких углеводородов и водно — метанольная смесь[26,27]. Следующим этапом водно — метанольная смесь попадает на блок адсорберов, где происходит осушка метанола. Так же определены технологические параметры работы блока адсорберов, на основании лабораторных исследовании установлены циклы регенерации адсорбентов. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных процесса адсорбции жидкости на твердых адсорбентах. Разработана математическая модель отражающая процесс адсорбции на цеолите марки КА [23,24,25]
Рисунок 3 — Технологическая схема разделения азеотропной системы[1]
С-1- Трехфазный сепаратор, V-1, V-2, V-3, V-4, V-5, V-6, V-8, V-9, V-10, V-11, V-12, V-13, V-14, V-15, V-16, V-17 вентиль с дистанционным управлением, Н-1, Н-2, Н-3, Н-4 блок насосов, Ф-1 блок фильтров [8], А1, А2, А3, А4, А5, А6 блок адсорберов[23,24,26], С-2 двухфазный сепаратор, Е-1 емкость сбора метанола[27].
Можно отметить, что предложенная автором технологическая схема регенерации метанола менее энерго затратная по сравнению с ректификационной колонной.
Оценка надежности технических систем используемы в газовой промышленности является острой задачей, так как она может включать все что приведено автором, так как любая технологическая схема установка или программно аппаратный комплекс имеет свои показатели надежности и безотказность.
Проблема надежности схемы и отдельных элементов связана с вероятностью отказов или сбоев на определенном этапе. Поэтому необходимо рассмотреть вероятность этих отказов и проанализировать надежность каждого блока предложенной схемы и привести классификацию отказов для возможного анализа и увеличения надежность разработанной схемы на каждом из этапов[13].
В результате наличия функциональной избыточности сложные системы обладают способностью при отказе отдельных элементов и подсистем продолжать выполнение задачи при некотором снижении характеристик эффективности[14]. Это свойство сложных систем обычно вызывает определенные трудности при формулировании по отношению к ним понятия «отказа системы»[15].
Отказы элементов являются основополагающими данными при анализе причинно — следственных связей[14,15]. Для точного определения вида, значимости и места нахождения отказа в период эксплуатации оборудования необходимо рассмотреть само понятие «отказ» как событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия, системы или элемента [15]. Отказ сложной системы определяется как событие, обусловленное выходом характеристик эффективности за нижний допустимый предел и связанное с ним частичное или полное невыполнение задачи[15]. Очевидно, что простые системы являются частным случаем сложных, поэтому практически все методы диагностики простых систем могут быть распространены и на сложные, то есть здесь возможно использование принципа суперпозиции[13].
Отказы никогда не возникают мгновенно – всегда прослеживается некоторый конечный промежуток времени между причиной и следствием. Отказ возникает в случае, если вызвавшая его причина (или причины) не устранена за некоторый промежуток времени, в течение которого возможно предотвращение возникновения опасной ситуации, при условии, что опасность однозначно определена[15]. Поэтому, методы исследования технического состояния элементов (техническая диагностика) базируются на поэлементной классификации отказов, которая является основой установления истинной причины выхода из строя оборудования[13,15].
Отказы, в соответствии со своей физической природой, могут быть:
- связанные с разрушением деталей и их поверхностей – поломки, различные виды повреждений и износа, коррозия, старение;
Известно, что разрушение является неоднородным процессом, приводящим в конечном итоге к уменьшению несущей способности элемента до нуля и разделению материала на отдельные части[14]. При этом высокие напряжения, разрывающие межатомные связи, концентрируются главным образом на границе неоднородностей. Разрывы отдельных связей, в свою очередь, приводят к образованию микротрещин, длина которых обычно локализуется вблизи существующих в материале дефектов или надрезов. Во всех случаях разрушение происходит тогда, когда локальные напряжения превышают адгезионную прочность материала[13].
По возможности дальнейшего использования изделий отказы различают:
- полные – исключающие возможность работы изделия до их устранения.
- частичные – при наличии которых изделие может использоваться с неполной мощностью или на пониженной скорости[20].
По характеру возникновения отказы делятся на: внезапные (аварийные) и постепенные (износ, старение, загрязнения), а по свои последствиям отказы могут быть опасными для жизни обслуживающего персонала, тяжелыми и легкими[20].
При всем своем многообразии в зависимости от вызвавших их причин отказы можно подразделить на три группы:
- первая группа – конструкционные отказы, являющиеся следствием: дефектов конструкции, технологии производства, эксплуатационно-технической документации. Они одинаковы для всех других экземпляров данной системы или же для некоторой группы изделий.
- вторая группа – производственные отказы, которые вызваны случайным разбросом или ограниченностью сроков службы комплектующих элементов, случайными неблагоприятными сочетаниями: разбросов параметров отдельных элементов в пределах установленных допусков, режимов работы, условиям эксплуатации и т.д. Характерной особенностью отказов данной группы является то, что они вызываются случайными, зачастую не повторяющимися для разных экземпляров системы причинами[14].
- третья группа – неизбежно-эксплуатационные отказы, происходящие в результате износа подвижных сопряжении и рабочих органов под влиянием сил трения или в результате долговременного воздействия знакопеременных нагрузок. При проектировании практически ни одно подвижное соединение (сопряжение) не проверяют на износостойкость и далеко не всегда используются наиболее эффективные средства снижения износа, учитывающие конкретные условия работы. Разрушения при износе имеют кумулятивный характер и являются результатом последовательного и многократного накопления повреждений.
- Такие параметры называют основными. К ним относятся: эффективная мощность, часовой расход топлива или электроэнергии, частота вращения роторов, температурные характеристики (например, входные и выходные значения температуры и давления газа или жидкости), давление и температура смазочного масла, состав перекачиваемой среды и т.д. К этой группе должны быть отнесены характеристики окружающей среды, так как технологические параметры установок переработки и транспорта углеводородов при оперировании с ними приводятся к стандартным атмосферным условиям.
Выводы
Автором предпринята попытка обобщить материал, который накопился в результате 5 летней работы, и выделить основные направления решаемые в рамках своих работ. Автором разработаны оригинальные модели расчета гидратов в шлейфах газопровода, в скважинах, в газосборной сети [18] даны ссылки на работы, для изучения и анализа. Большое количество работ автора посвящено анализу технического состояния технических систем, а также предложена оригинальная схема регенерации ингибитора гидратообразования метанол.
Список литературы
- Паранук А.А., Сааведра Х.Х.А. Новые направления применения природных цеолитов в качестве адсорбентов для разделения азеотропных растворов // Экспозиция Нефть Газ. 2015. № 6 (45). С. 32-33
- Паранук А.А., Кунина П.С. Определение гидратоопасного интервала скважины и способы предотвращения условий гидратообразования // Наука и техника в газовой промышленности. № 1 (49). С. 33-42
- Паранук А.А., Сааведра Х.Х.А., Киньонез Л.К.Н. Разделение многокомпонентных растворов методами адсорбции на цеолитах // Экспозиция Нефть Газ. 2015. № 7 (46). С. 66-67
- Паранук А.А. Разработка методов раннего обнаружения гидратообразования в магистральных газопроводах и технологических трубопроводах компрессорных станций // автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Кубанский государственный технологический университет. Краснодар, 2013
- Паранук А.А., Киньонез Л.К.Н., Савеедра Х.Х.А. Адсорбционный фильтр // патент на полезную модель RUS 162098 23.12.2015
- Паранук А.А. Программа мониторинга гидратообразования магистральных газопроводов при помощи штатных систем контроля Gidrat0 // Наука и техника в газовой промышленности. 2015. № 3 (63). С. 55-57.
- Паранук А.А. Хранение природного газа в гидратном состоянии в условиях крайнего севера // Технологии нефти и газа. № 1 (96). С. 62-63.
- Паранук А.А. Разработка алгоритма расчета гидратообразования в газопроводе на языке программирования турбо паскаль 7.1 //Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2013. № 2. С. 14-17
- Паранук А.А., Никулин А.В. Разработка программы для расчета влагоемкости газа в программе борланд делфи 7.0 // Экспозиция Нефть Газ. 2014. № 1 (33). С. 49-50
- Паранук А.А. Оптимизация расхода метанола при проведении расчетов многофазных углеводородных систем // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2012. № 3. С. 20-26
- Паранук А.А. Разработка методов раннего обнаружения гидратообразования в магистральных газопроводах и технологических трубопроводах компрессорных станций // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Кубанский государственный технологический университет. г.Краснодар, 2015
- Паранук А.А., Хрисониди В.А. Исследование адсорбционной емкости цеолита КАсо// Успехи современного естествознания. № 9-0. С. 29-33
- Кунина П.С., Паранук А.А., Братченко И.В., Костин С.П., Чернова Ю.Н., Клюмова Н.Ю. Инновационные методы измерительных систем в технической диагностики энергетического оборудования // Инновации и инвестиции. № 7. С. 96-101
- Кунина П.С., Паранук А.А., Братченко И.В., Климова Н.Ю., Костин С.П., Чернова Ю.Н., Ковалев Ю.С. Основные факторы воздействия на ехническую систему // Инновации и инвестиции. № 8. С. 154-158
- Кунина П.С., Паранук А.А., Братченко И.В., Костин С.П., Чернова Ю.Н., Климова Н.Ю. Методы контроля технического состояния газоперекачивающих агрегатов по параметрам вибрации // Образование. Наука. Научные кадры. 2015. № 4. С. 199-205
- Кунина П.С., Паранук А.А., Братченко И.В., Костин С.П., Чернова Ю.Н., Клюмова Н.Ю., Ковалев Ю.С. Классификация технических систем по характеру отказов для проведения качественных операций технической диагностики // Образование. Наука. Научные кадры. 2015. № 5. С. 261-265
- Паранук А.А. Косвенный контроль газосборной сети // Нефтегазовое дело. Т. 10. № 1. С. 36-40
- Паранук А.А. Оценка эффективности современных методов технического диагностирования предупреждения гидрообразования // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. № 3. С. 28-31
- Паранук А.А. Разработка программы для расчета гидратообразования в мг на программе борланд дельфи 7.0 // Экспозиция Нефть Газ. 2013. № 5 (30). С. 63-67
- Паранук А.А., Кунина П.С., Бунякин А.В., Абессоло М.К. Оценка технического состояния узлов газоперекачивающих агрегатов как модель колебательной системы // Экспозиция Нефть Газ. 2015. № 4 (43). С. 88-90
- Абессоло М.К., Кунина П.С., Паранук А.А., Поляков А.В. Влияние тепловых эффектов и механических повреждений на работоспособность гидродинамических упорных подшипников скольжения ГПА// Экспозиция Нефть Газ. 2016. № 2 (48). С. 20-22
- Кунина П.С., Паранук А.А., Братченко И.В., Костин С.П., Чернова Ю.Н., Климова Н.Ю., Ковалев Ю.С. Исследование технического состояния сложных систем методом последовательного структурного анализа // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки. 2015. № 7-8. С. 7-13
- Паранук А.А., Хрисониди В.А. Анализ современных адсорберов Евразийский союз ученых. № 7 (28). С. 36-39
- Паранук А.А., Кунина П.С., Сааведра Х.Х.А., Хрисониди В.А., Багаманова Массообменные процессы // А.И. Научные труды SWorld. Т. 1. № 2 (43). С. 71-76
- Паранук А.А., Сааведра Х.А.С., Хрисониди В.А., Схаляхо З.Ч., Багаманова А.И. Новые направления применения природных цеолитов в качестве адсорбентов для разделения азеотропных растворов Научный альманах. № 5-3 (19). С. 388-390
- Паранук А.А., Сааведра Х.Х.А., Схаляхо З.Ч., Багаманова А.И. Разделение многокомпонентных растворов методами адсорбции на цеолитах // Вестник научных конференций. № 5-4 (9). С. 221-223
- Паранук А.А., Хрисониди В.А. Промышленное применение молекулярных сит // Интерактивная наука. № 5. С. 51-53[schema type=»book» name=»ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАУКИ В ОБЛАСТИ ДОБЫЧИ, ТРАНСПОРТИРОВКИ И ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ» description=»В данной статье приводится анализ перспективных направлений развития науки в области добычи и транспорта природного газа. Автором приводиться описание и техническое решение тех задач, которые решались им совместно с другими авторами. Данная статья является обзорной, включающая в себя работы автора за 5 лет. В данной работе описаны проблемы образования гидратов в трубопроводах, в скважинах, в шельфах, и приведено описание новых направлений позволяющих снижать расход ингибиторов гидратообразования метанола, а также предложены оригинальные схемы регенераций метанола. » author=»Паранук Арамбий Асланович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-16″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.10.16_31(1)» ebook=»yes» ]