Повышение эффективности и безопасности эксплуатации установок очистки природного газа на основе использования гофрированных фильтрующих элементов

• Автор: Шерстюк, Павел Владимирович
• Шифр специальности: 25.00.19, 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Условные обозначения
Буквенные индексы
Аббревиатуры
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
1.1 Анализ существующих технических решений и методических рекомендаций, направленных на повышение эффективности
и безопасности эксплуатации установок очистки природного газа
1.2 Выбор направлений исследований по повышению эффективности в части сокращения расходов на обслуживание и снижения металло-
и капиталоемкости установок очистки природного газа
1.2.1 Выбор направления исследований по сокращение расходов
на обслуживание и снижение металлоемкости установок грубой очистки природного газа
1.2.2 Выбор направлений исследования по повышению эффективности в части повышения удельной производительности установок очистки
природного газа
1.3 Выбор направлений исследований по повышению безопасности
в части предотвращения разрушения фильтрующего элемента
и распространения его обломков за пределы установки очистки
Выводы по главе
ГЛАВА 2 СНИЖЕНИЕ МЕТ АЛЛО- И КАПИТАЛОЕМКОСТИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РАСХОДОВ В УСТАНОВКИ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗАЦИИ ИХ ФОРМЫ И ИНТЕНСИВНОГО ГОФРИРОВАНИЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
2.1 Исходные предпосылки к разработке мероприятий по снижению расходов на обслуживание и металлоемкости установок очистки природного газа
2.2 Разработка математической модели по определению минимальных эксплуатационных расходов и капиталовложений в установки очистки, размещаемые в шкафных газорегуляторных пунктах, на основе оптимизации формы их корпуса
2.3 Оптимизация формы установки очистки, размещаемой в шкафу
с другим газовым оборудованием, для регулирования давления и учета расхода газа
2.4 Определение расчетных геометрических параметров фильтрующих элементов с учетом оптимальной конфигурации установки очистки
2.5 Разработка мероприятий по повышению удельной пропускной
способности сетчатых фильтрующих элементов природного газа
Выводы по главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА ПУТЕМ ЗАКЛЮЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА В ЗАЩИТНУЮ ОБОЛОЧКУ
3.1 Обоснование мероприятий по предотвращению разрушения фильтрующих элементов природного газа при повышении перепада давления на них до предельного значения
3.2 Разработка технических решений по предотвращению разрушения фильтрующих элементов природного газа при повышении перепада давления до предельного значения путем заключения их в защитную оболочку
3.3 Разработка целевой функции по определению максимального диаметра отверстий в опорных цилиндрических обечайках, при котором предотвращается разрушение фильтрующего элемента
3.4 Количественная оценка результатов исследований по определению геометрических параметров опорной обечайки, нагруженной предельно
допустимым наружным давлением
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
4.1 Задачи экспериментальных исследований. Описание
экспериментальной установки
4.2 Методика проведения экспериментальных исследований. Проведение опытов и обработка полученных результатов
4.2.1 Методика определения коэффициента увеличения пропускной способности фильтрующего элемента
4.2.2 Экспериментальная проверка прочности и устойчивости опорной обечайки фильтрующего элемента
4.3 Расчет ожидаемого технико-экономического эффекта от внедрения установки очистки с оптимизированной формой корпуса и
гофрированным фильтрующим элементом
4.4 Внедрение технических решений по повышению эффективности путем увеличения пропускной способности фильтрующего элемента
и по повышению его безопасности за счет предотвращения разрушения
фильтрующих сеток
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Библиографический список использованной литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
р - плотность, кг/м3; Р- давление газа, Па; ДР — наружный перепад давления на ФЭ, кПа; V - пропускная способность, м3/ч; О, с! - диаметр, м; Н, Ь - высота, м; Е - норма дисконта, 1/год; модуль упругости, МПа; Т - срок службы УО, год; I - расчетный год эксплуатации, год; а - размер ячейки ФЭ, мм; а( - коэффициент дисконтирования; К, к - полные и удельные капитальные вложения в изготовление элементов УО, долл., долл./м2, долл./кг; Е - общая площадь поверхности ФЭ, м2; е - ширина зазора, м; Ь -толщина отдельных элементов, м; п0 - количество отверстий для болтовых соединений во фланце, шт.; Ф - фактор формы корпуса УО; код, КфС-удельные капитальные вложения в изготовление стальных: обечайки, крышки, днища и фланцевого соединения из двух фланцев УО в расчете на единицу их металлоемкости, долл./кг; фрэ-доля годовых отчислений от Кр на эксплуатацию р-ого элемента, д.е.; 80И, 80р, 8СИ, 8ср-соответственно фактическая и расчетная толщины цилиндрической стальной обечайки и фильтрующей сетки мм; 00 р, Н0 р - расчетные наружные диаметр и высота цилиндрической опорной обечайки, мм; С0, Сс - поправка к толщине стальной обечайки и сетки, обусловленная коррозией и эрозией, технологией изготовления и минусовым допуском на тонкий стальной лист, мм; Кс-коэффициент, зависящий от конструкции плоской пластины (полностью засоренной сетки); К0 - коэффициент ослабления прочности плоской пластины, имеющей ряд отверстий; [о0], [ос] - соответственно допускаемые напряжения металла обечайки и пластины (сетки) при расчетной температуре, МПа; Ь - длина, м; С - длина отдельных элементов, м; Рь V,, Бг, У2, Р3, У3 - соответственно площади фильтрующих поверхностей и пропускная способность ФЭ, выполненного в виде полого цилиндра с боковой фильтрующей поверхностью диаметром Бн, ФЭ, имеющим только основные фильтрующие гофры, ФЭ, имеющего основные и дополнительные фильтрующие гофры; ХР>ХУ~ коэффициенты увеличения фильтрующей
поверхности и удельной пропускной способности ФЭ.

предотвращению распространения обломков оборудования при его разрушении за пределы фильтрующего элемента.
В настоящее время существенно увеличилось количество инцидентов и аварийных ситуаций, связанных с нарушением сроков очистки УО, превышением предельных значений падения на ФЭ и его разрушением [116].
В существующих конструкциях ФЭ удаление ТЧ осуществляется в плановом порядке через определенные промежутки времени, как правило, одинаковые для всех типов УО. Вместе с тем, изменение расхода или концентрации ТЧ в газе приводит к засорению ФЭ и повышению перепада давления до максимально допустимого значения значительно раньше запланированного времени его очистки. В этом случае в запланированный момент удаления ТЧ фактический перепад давления может значительно превысить максимально допустимое значение АРМД = 5,0 кПа [64, 65], что может привести к разрушению фильтрующих сеток с образованием их обломков.
Согласно [62], предельное значение падения давления на фильтрующем элементе, сверх которого происходит его разрушение, принимается равным АР„р = 20,0 кПа. Попадание обломков сеток и опорных деталей может привести в свою очередь к возникновению инцидентов и аварийных ситуаций с нанесением материального и социального ущерба.
Вопросы повышения безопасности в части предотвращения распространения обломков оборудования при его разрушении за пределы фильтрующего элемента нашли некоторое отражение в известной литературе по установкам грубой очистки природного газа.
Так, в [62] описана конструкция устройства по предотвращению распространения обломков за пределы фильтрующего элемента природного газа, включающего внутреннюю цилиндрическую обечайку из обычной сетки, расположенную после фильтрующего элемента по ходу течения газа, основание с наружной и внутренней кольцеобразными стенками для