|
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
ГРАНКІНА ВІКТОРІЯ ВІКТОРІВНА
УДК 622.691.4.052.012
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ГАЗОПОСТАЧАННЯ ЗА РАХУНОК ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ЗАХИСТУ ВІД СОЛЬОВИХ ВІДКЛАДІВ В СИСТЕМАХ ВОДЯНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ГАЗОМОТОКОМПРЕСОРІВ
(стосовно дожимних компресорних станцій)
05.23.03 - вентиляція, освітлення та теплогазопостачання
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківській національній академії міського господарства Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Капцов Іван Іванович, завідувач кафедри експлуатації газових і теплових систем Харківської національної академії міського господарства, Міністерство освіти і науки України.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Редько Олександр Федорович, завідувач кафедри теплогазопостачання, вентиляції та використання теплових вторинних енергоресурсів Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, Міністерство освіти і науки України;
кандидат технічних наук, провідний науковий співробітник відділу транспорту газу Холодов Віктор Іванович Українського науково-дослідного інституту природних газів.
Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури, кафедра теплогазопостачання та вентиляції, Міністерство освіти і науки України.
Захист відбудеться " 9 "листопада 2005 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.
Автореферат розісланий “__7___” жовтня 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради М.І. Колотило
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. У даний час в загальному обсязі виробництва первинних енергоресурсів газ складає більше 50%. Він вважається основним енергетичним ресурсом України. Все зростаюча роль паливно-енергетичного комплексу в нашій економіці обумовлює необхідність до корінного удосконалення виробництва і споживання природного газу за рахунок економії палива, зниження питомої енергоємності виробництва.
Важливою ланкою газової галузі є дожимні компресорні станції. Від їх надійної та ефективної роботи залежить якісне забезпечення споживачів газом. Досвід експлуатації компресорної станції показує, що значна частина втрат продуктивності (до 15%) пов'язана з порушенням технологічного режиму роботи її систем, зокрема системи охолодження газоперекачувальних агрегатів.
Порушення температурного режиму системи водяного охолодження компресорних станцій викликане утворенням щільних сольових відкладів на стінках сорочці охолодження компресорного агрегату, а також на поверхнях теплообмінних апаратів, що призводить до значного зниження ефективності теплообміну. Внаслідок цього, до 10 % зменшується продуктивність газоперекачувального агрегату, збільшується витрата палива і знижується надійність роботи всієї компресорної станції.
У зв'язку з тим, що сьогодні особлива увага приділяється ресурсозберігаючим технологіям, впровадженню нових способів і технологій, важливим питанням є дослідження впливу сольових відкладів на продуктивність, витрати газу на газоперекачувальних агрегатах, інтенсифікацію захисту поверхні теплообміну системи водяного охолодження дожимної компресорної станції від солевідкладів.
Серед методів, що використовуються для захисту від сольових відкладів систем водяного охолодження дожимних компресорних станцій, є стабілізаційна обробка води комплексоном. Цей метод є найбільш перспективним для інтенсифікації захисту, оскільки крім запобігання від накипу можливе його використання для “відмивочного” режиму.
Для збільшення ефективності захисту від сольових відкладів у системі водяного охолодження та підвищення ефективності роботи газоперекачувальних агрегатів доцільно застосувати системний підхід з розробкою математичних моделей для вирішення окремих задач з використанням нових інформаційних технологій на базі ЕОМ.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Робота виконана в рамках держбюджетної теми “Дослідження адсорбційно-каталітичних і корозійних явищ на поверхні твердих тіл з метою розвитку наукових основ ресурсозберігаючих технологій”, номер державної реєстрації 0100U003101; теми “Розробка методики і технології комплексного захисту теплових систем від накипоутворення і корозії”, договору 1749/2002 з “Горлівськтепломережа”, а також договору про творче співробітництво Харківської державної академії міського господарства з ГПУ “ШЕБЕЛИНКАГАЗВИДОБУТОК”, договір № 410, 2001 р.
Мета і задачі дослідження.
Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності роботи дожимних компресорних станцій шляхом удосконалення технологічного режиму охолодження газомотокомпресорів завдяки інтенсифікації захисту від сольових відкладів при використанні стабілізаційної обробки води комплексоном гідроксиетилендифосфонато (-4-) цинк (ЦОЕДФ).
Для досягнення поставленої мети вирішувались наступні задачі:
- аналіз теоретичних передумов для оцінки впливу температурного режиму системи водяного охолодження на параметри роботи газоперекачувального агрегату;
- виконання експериментальних досліджень для оцінки впливу температурного режиму системи водяного охолодження на ефективну потужність та продуктивність газоперекачувального агрегату і розробка методики для їх оцінки;
- розробка методики діагностики системи водяного охолодження на наявність сольових відкладів;
- розробка методики для визначення ефективної дози комплексона (ЦОЕДФ) для стабілізаційного режиму;
- експериментально-промислові дослідження “відмивочного” режиму комплексоном ЦОЕДФ від сольових відкладів у системі водяного охолодження дожимної компресорної станції;
- розробка ситуаційного керування захистом для забезпечення температурного режиму роботи системи охолодження при інтенсифікації захисту від сольових відкладів;
- застосування нових інформаційних технологій.
Об'єкт дослідження – процес охолодження газомотокомпресорів, сольові відклади на теплообмінних поверхнях системи водяного охолодження.
Предмет дослідження – підвищення ефективності роботи газомотокомпресорів на дожимних компресорних станціях за рахунок інтенсифікації захисту від сольових відкладів.
Методи дослідження.
При проведенні експериментів були використані методи активного й пасивного експерименту з по дальшою обробкою на ПЕОМ. Як обладнання для визначення витрат газу на газомотокомпресорах використовували самописний сильфонний дифманометр ДСС-473. Склад накипу визначали методом рентгенофазного аналізу з використанням пристрою ДРОН – 2. Концентрацію комплексона (ЦОЕДФ) встановлювали шляхом вимірювання оптичної щільності профарбованих розчинів на фотоколориметрі ФЕК-60.
Наукова новизна отриманих результатів:
- удосконалено метод захисту від сольових відкладів теплообмінних поверхонь системи водяного охолодження на основі ситуаційного підходу до керування захистом при використанні обробки води комплексоном гідроксиетилендіфосфонато (-4-) цинк (ЦОЕДФ);
- досліджено вплив сольових відкладів на температурний режим системи водяного охолодження і на параметри роботи газоперекачувального агрегату;
- установлено залежність концентрації комплексона для забезпечення стабілізаційного режиму в системі водяного охолодження від карбонатної твердості, індексу насичення, концентрації заліза у воді;
- обґрунтований й досліджений “відмивочний” режим від щільних сольових відкладень комплексоном ЦОЕДФ систем водяного охолодження дожимних компресорних станцій.
Наукові положення, висновки і рекомендації, сформульовані в дисертаційній роботі, теоретично обґрунтовані, їхня вірогідність підтверджена результатами експериментів.
Практична значущість отриманих результатів:
- на підставі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень роботи системи водяного охолодження дожимної компресорної станції удосконалено метод захисту від сольових відкладів із застосуванням ситуаційної системи керування на базі програмного забезпечення ТРЕЙС МОУД;
- розроблено методику для оцінки впливу температурного режиму охолодження компресорного агрегату на його ефективну потужність і продуктивність;
- розроблено методику діагностики системи водяного охолодження компресорної станції на наявність сольових відкладів;
- отримано математичні залежності для визначення концентрації комплексона ЦОЕДФ для стабілізаційного режиму в системі водяного охолодження дожимних компресорних станцій від карбонатної твердості, індексу насичення, концентрації заліза у воді;
- установлено концентрацію комплексона ЦОЕДФ для “відмивочного” режиму від сольових відкладів у системі водяного охолодження дожимних компресорних станцій;
- рекомендації з інтенсифікації захисту від сольових відкладів у системі водяного охолодження при використанні стабілізаційної обробки води комплексоном ЦОЕДФ використані при розробці технологічної документації для промислового впровадження способу інтенсифікації захисту від сольових відкладів у системі водяного охолодження Червонодонецької компресорної станції і теплової мережі ЗАТ “Горлівськтепломережа”.
Особистий внесок автора:
- виконано дослідження теоретичних передумов для удосконалення стабілізаційного методу захисту від сольових відкладів системи водяного охолодження дожимної компресорної станції комплексоном гідроксиетилендіфосфонато (-4-) цинк (ЦОЕДФ);
- отримано математичні залежності для оцінки впливу температурного режиму водяного охолодження поршневих компресорних агрегатів на їхню продуктивність і ефективну потужність;
- проведено дослідження і натурні випробування “відмивочного” режиму від сольових відкладів у системі водяного охолодження Червонодонецької ДКС;
- за методом Брандона отримано математичну залежність для визначення концентрації комплексона ЦОЕДФ у системі водяного охолодження для стабілізаційного режиму;
- розроблено методику діагностики систем водяного охолодження дожимних компресорних станцій на наявність сольових відкладів;
- розроблено алгоритм ситуаційного керування захистом системи водяного охолодження від сольових відкладів;
- розроблено рекомендації з удосконалення методу захисту від сольових відкладів у системі водяного охолодження при використанні стабілізаційної обробки води комплексоном ЦОЕДФ на Червонодонецькій компресорній станції і в тепловій мережі ЗАТ “Горлівськтепломережа”.
Апробація роботи.
Основні результати досліджень і головні положення дисертації доповідалися та обговорювалися на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми і перспективи очищення і повторного використання води” (листопад 2000 р., Харків); на міжнародній науково-практичній конференції ″Сталий розвиток міст″ (березень 2002 р., ХДАМГ, Харків); на ХХХ (травень 2000 р.) і ХХХІ (квітень 2002 р.) науково-технічних конференціях Харківської державної академії міського господарства; на міжнародній науково-практичній конференції “Застосування пластмас у будівництві й міському господарстві” (жовтень 2002 р., Харків); на міжнародній науково-практичній конференції “Вода, екологія, суспільство” (листопад 2002 р., Харків); на міжнародному конгресі “Екологія, технологія, економіка у водопостачанні і каналізації” (травень 2003 р., Ялта); на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми реалізації реформування галузі житлово-комунального господарства” (листопад 2003 р., Харків).
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 праць, у тому числі 8 у фахових виданнях України.
Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаної літератури, що містить 164 найменування вітчизняних та іноземних авторів. Загальний обсяг її 166 сторінок, у тому числі 123 сторінки основного тексту, 30 рисунків і 24 таблиці. Додатки додаються до дисертації.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано її мету та основні задачі, визначено наукову новизну і практичне значення, а також особистий внесок автора.
У першому розділі розглянуто сучасні уявлення про вплив на роботу газомотокомпресорів та дожимної компресорної станції в цілому температурного режиму роботи системи охолодження при наявності в ній сольових відкладів. Аналіз експлуатації роботи систем охолодження компресорних станцій показав, що порушення технологічного режиму охолодження газомотокомпресорів при наявності на теплообмінних поверхнях сольових відкладів призводить до перегріву частин та деталей агрегату і може спричинити його аварійну зупинку, а також приводить до зниження продуктивності роботи і збільшення витрат паливного газу агрегату.
Проведено аналіз стабілізаційних методів захисту від сольових відкладів, який показав, що широке впровадження на дожимних компресорних станціях найшов фосфорорганичний комплексон - гідроксиетилендіфосфонато (-4-) цинк (ЦОЕДФ). Головною його перевагою є можливість комбінованого захисту від сольових відкладів і корозії, низька токсичність при високих інгібіруючих властивостях, широкий діапазон застосовності в порівнянні з неорганічними поліфосфатами, можливість використання для відмивки від накипу системи охолодження.
Обґрунтовано актуальність інтенсифікації захисту системи водяного охолодження від сольових відкладів для підвищення ефективності роботи газомотокомпресорів дожимних компресорних станцій.
На основі аналізу публікацій вітчизняних і закордонних авторів визначено шляхи підвищення ефективності газомотокомпресорів, встановлено напрямки досліджень, сформульовано мету й основні задачі роботи.
У другому розділі розглянуто теоретичні основи процесів, що відбуваються у циліндрі компресорного агрегату, а також фактори, що впливають на продуктивність поршневого компресора. Встановлено, що температура води системи охолодження впливає на термодинамічні параметри роботи компресорного агрегату. При наявності сольових відкладів на сорочці охолодження газомотокомпресора зростає температура газу надійшовшого до циліндру, відповідно зменшуються його щільність та маса виходу газу.
Для оцінки впливу температурного режиму охолодження газоперекачувального агрегату запропонована методика, що дозволяє визначити зміну маси газу в циліндрі.
Отримана залежність для визначення зміни продуктивності газомотокомпресора:
де ДQ - зміна продуктивності компресорного агрегату, м3/год;
т – маса газу в циліндрі компресорного агрегату при нормативному режимі роботи, кг;
п – кількість обертів колінчастого вала, об/хв;
z – кількість циліндрів, шт.;
с - щільність газу при 0 оС і 760 мм рт.ст, кг/м3.
V- об`єм газу в циліндрі, м3;
Р - тиск газу на вході у циліндр, кг/м2;
R – газова стала, кг м/ кг °К;
Т - температура газу, °К;
Z – коефіцієнт стиснення.
Для газомотокомпресора типу 10 ГКН встановлена залежність зміни продуктивності від температури охолоджувальної води (рис.1).
Отримано математичну залежність зміни продуктивності компресора (ДQ) типу 10 ГКН від температури охолоджувальної води:
 , (2)
де у – продуктивність компресорного агрегату, м3/год;
х- температура охолоджувальної води на вході в сорочку охолодження агрегату, ˚С.
Рис. 1. Графік зміни добової продуктивності від температури охолоджувальної води при наявності 1 мм накипу на сорочці охолодження компресора 10 ГКН.
Вірогідність отриманих результатів за залежністю (2) підтверджена дослідно-промисловими випробуваннями на газомотокомпресорах 10 ГКН Червонодонецької дожимної компресорної станції. Похибка розрахункових і дослідних даних становить 13 %.
Доведено вплив температурного режиму системи водяного охолодження на основні показники роботи двигуна компресора 10 ГКН. Запропоновано методику оцінки ефективної потужності при наявності сольових відкладів на теплообмінних поверхнях. Наявність сольових відкладів на стінках сорочці охолодження газомотокомпресора призводить до зростання температури стінок циліндра, верхнього днища поршня, кришки циліндра, внаслідок чого зменшується коефіцієнт надлишку повітря і наповнення, що приводить до зниження ефективного тиску двигуна і його ефективної потужності. Отримані результати за запропонованою методикою, які підтверджено дослідно-промисловими випробуваннями на газомотокомпресорах 10 ГКН Червонодонецької дожимної компресорної станції. Похибка розрахункових і дослідних даних становить 16 %.
У третьому розділі розглянуто основні шляхи підтримки температурного режиму водяного охолодження газомотокомпресорів при використанні для захисту від сольових відкладів стабілізаційного метода обробки води. Визначені основні завдання інтенсифікації захисту від сольових відкладів системи водяного охолодження газомотокомпресорів при використанні комплексона гідроксиетилендіфосфонато (-4-) цинк (ЦОЕДФ).
До них входять:
- оцінка впливу температурного режиму водяного охолодження на продуктивність, ефективну потужність та витрати топливного газу газомотокомпресора;
- діагностика системи водяного охолодження на наявність сольових відкладів;
- визначення концентрації комплексона для підтримки стабілізаційного режиму, а також режиму "відмивки" від сольових відкладів;
- керування системою захисту від сольових відкладів теплообмінних поверхонь системи охолодження.
З аналізу літературних даних, а також отриманих результатів досліджень що до застосування комплексона ЦОЕДФ на Червонодонецькій дожимній компресорній станції встановлено, що ефективна робота комплексона залежить від постійної підтримки його оптимальної концентрації в системі водяного охолодження.
З основних параметрів, що впливають на ефективність інгібірування, обрані карбонатна твердість, індекс насичення, вміст заліза у воді. Всі залежності наведені на рис. 2, 3, 4.
Рис. 2 . Залежність концентрації комплексона ЦОЕДФ від карбонатної твердості води.
Рис. 3. Залежність концентрації комплексона ЦОЕДФ від індексу насичення.
Для оцінки впливу карбонатної твердості, індексу насичення, вмісту заліза у воді використане рівняння множинної регресії, отримане методом Брандона.
Рівняння множинної регресії концентрації комплексона ЦОЕДФ залежно від обраних параметрів має вигляд:
 = a ѓ1 (x1) ѓ2 (x2) ѓ3 (x3). (3)
Тут  – концентрація комплексона ЦОЕДФ;
a – коефіцієнт за методом Брандона;
ѓ1 (x1) – функція величини карбонатної твердості;
ѓ2 (x2) – функція величини індексу насичення;
ѓ3 (x3) – функція величини вмісту заліза.
Рівняння множинної регресії для встановлення концентрації комплексона ЦОЕДФ має вигляд:
| 
