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

• Автор: Жмакин, Виталий Анатольевич
• Шифр специальности: 25.00.19
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Глава первая. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТИРОВКИ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА ПО

ТРУБОПРОВОДАМ

1.1. Отечественный и зарубежный опыт в производстве, хранении, транспортировке и использовании СНГ

1.2. Магистральный трубопроводный транспорт СПГ

1.3. Транспортировка СПГ по технологическим трубопроводам комплексов получения, хранения и выдачи СПГ

1.4. Низконапорная транспортировка нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов

1.5. Этапы в работе криогенного трубопровода и режимы транспортировки СПГ

1.6. Существующие конструкции криогенных трубопроводов

1.7. Применяемые технологические приемы для устранения “гейзерного” эффекта

Выводы по главе

Глава вторая. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НОВОЙ СХЕМЫ

НИЗКОНАПОРНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ СПГ
2.1. Разработка принципиальной схемы низконапорной транспортировки СПГ и конструкции вертикального трубопровода
2.2. Постановка задачи исследования транспортировки СПГ
по низконапорному трубопроводу
2.3. Основные теплофизические свойства СПГ
2.4. Разработка метода расчета однофазной транспортировки СПГ по низконапорному трубопроводу
2.4.1. Гидравлический расчет низконапорной транспортировки СПГ
2.4.2. Расчет термодинамического состояния СПГ при низконапорной транспортировке
2.5. Разработка метода расчета транспортировки СПГ с частичным испарением по низконапорному трубопроводу
2.5.1. Существующие математические модели двухфазного потока в трубопроводе
2.5.2. Существующий метод численного расчета параметров двухфазного потока
2.5.3. Предложенный метод расчета транспортировки СПГ
с частичным испарением по низконапорному трубопроводу

2.6. Разработка метода расчета параметров схемы низконапорной
транспортировки СПГ
Выводы по главе
Глава третья. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НИЗКОНАПОРНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ КРИОГЕННОЙ жидкости по ТРУБОПРОВОДУ
3.1. Задачи, методы и средства экспериментального исследования
новой низконапорной транспортировки криогенной жидкости
3.2. Методика проведения экспериментального исследования низконапорной транспортировки жидкого азота
3.3. Результаты исследования температурного режима низконапорной транспортировки жидкого азота
3.4. Исследование зависимости паросодержания потока от вакуума в ресивере и коэффициента перфорации перегородки
Выводы по главе
Глава четвертая. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
НОВОЙ СХЕМЫ НИЗКОНАПОРНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ СПГ
4.1. Реализация новой схемы низконапорной транспортировки СПГ для транспортировки по трубопроводам других криогенных жидкостей
4.2. Использование криогенных температур при строительстве магистральных газопроводов
Выводы по главе
Глава IIятая. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕАЛИЗАЦИИ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
5.1. Определение годового экономического эффекта новой схемы низконапорной транспортировки СПГ
5.1.1. Определение сметной стоимости транспортировки СПГ
с помощью насоса
5.1.2. Определение сметной стоимости новой схемы низконапорной транспортировки СПГ
5.2. Экономическая эффективность новой схемы низконапорной транспортировки жидкого азота при замораживании
полотна автодороги
Выводы по главе
Основные выводы по работе
Заключение
Библиографический список литературы
Приложение
Ведущими странами мира сжиженный природный газ (СПГ) признан как один из перспективных энергоносителей на обозримое будущее. Мировой рынок производства и потребления СПГ развивается с целью доставки природного газа из стран с избыточными ресурсами в страны, испытывающие недостаток в этом виде топлива. Страны, снабжение которых природным газом по трубопроводам затруднено или невозможно, развили технологию сжижения газа и перевозки его в жидком виде в специальных танкерах. Для этого было разработано соответствующее технологическое оборудование: мощные
установки сжижения, танкеры с теплоизолированными резервуарами, крупные хранилища, трубопроводы, насосы, газификаторы.
Разгрузка-наполнение транспортных резервуаров с СПГ осуществляется на перевалочных базах по технологическим трубопроводам различными методами, использующими избыточное давление. Наиболее часто используемые из них транспортировка с помощью насосов, наддувом инертного газа с более низкой температурой кипения или наддувом паров СПГ, полученных в испарителе.
В случае, когда позволяет рельеф местности, транспортировка СПГ из крупных хранилищ наиболее целесообразна 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.
В то же время данный метод не получил широкого распространения из-за присутствия в вертикальных опускных трубопроводах “гейзерного” эффекта. 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.

2.5.2. Существующий метод численного расчета параметров двухфазного потока
Расчет потерь давления в двухфазном потоке СПГ может быть выполнен численным методом по методике, изложенной в [97]. При этом исходными данными для расчета параметров двухфазного потока СПГ являются значения параметров Т ,р, I1, полученные в результате расчета однофазного потока.
Участок трубопровода /см = I - I', на котором имеет место испарение жидкости, разбивается на равные отрезки Д/. В пределах каждого отрезка массовое паросодержание х и параметры каждой из фаз принимаются постоянными. В конце каждого отрезка определяется паросодержание и потери давления.
Массовое паросодержание в сечении 1щ определяется паросодержанием потока в предыдущем сечении 1{ и приростом паросодержания на отрезке Д/ = /|+|- / вследствие теплопритока и падения давления над насыщенной жидкостью:
<2'39>
£>• р-1У г г
где г5(р,) — энтальпия на линии насыщения СПГ при давлении р,, Дж/кг; г — удельная теплота парообразования, Дж/кг; у — величина теплопритока к СПГ, которая может быть определена по формуле:
*1„(т -т ) (240)
'{■/о)
Давление в конце каждого отрезка в сечении 4ц связано с давлением в сечении 1 следующим соотношением:
М-соъа /о/т
Рм = Р, - кРошр » (2-41)
»с,,
где а — угол наклона отрезка Д/ к вертикали, исм — удельный объем парожидкостной смеси, м3/кг.
Необходимые данные по физическим и термодинамическим свойствам СПГ (удельный объем, энтальпия на линии насыщения, теплота испарения, теплоемкость и др.) определяются по табличным зависимостям в [11, 29, 82].