Математическое моделирование процесса ингибирования образования гидратов в газопроводах с оптимизацией расхода ингибитора

• Автор: Буц, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 153 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1 Состояние проблемы и задачи диссертации
1.1 Образование гидратов в газотранспортных системах и способы их устранения
1.2 Математические модели процесса образования гидратов
1.3 Методы решения задач анализа динамики процессов с распределенными параметрами
1.4 Методы решения задач оптимизации процессов с распределенными параметрами
1.5 Направления исследований и задачи диссертации
1.6 Выводы к главе
2 Математическая модель образования гидратов на стенках газопроводов
2.1 Математическая модель движения газового потока в трубопроводе в квазиустановившемся режиме
2.2 Математическая модель образования гидрата на стенках газопровода
в квазиустановившемся режиме движения газового потока
2.3 Результаты численного моделирования образования гидратов при движении газа в трубопроводах
2.4 Математическая модель влияния ингибитора на образование гидратов
2.5 Результаты численного моделирования образования гидратов при движении газа в трубопроводе в присутствии ингибитора
2.6 Выводы к главе
3 Моделирование процесса ингибирования образования гидратов в
газопроводах с оптимизацией расхода ингибитора
3.1 Структурная схема системы подачи ингибитора
3.2 Нелинейная модель образования гидрата, используемая для решения задачи оптимизации подачи ингибитора

3.3 Линеаризованная модель образования гидрата, используемая для решения задачи оптимизации подачи ингибитора
3.4 Линеаризованная модель образования гидрата с регулятором подачи ингибитора
3.5 Особенности реализации регулятора
3.6 Результаты численного моделирования образования гидратов с оптимизацией подачи ингибитора
3.7 Выводы к главе
4 Подача ингибитора гидратообразования во входные нитки УКПГ
Елшанской СПХГ
4.1 Описание УКПГ Елшанской СПХГ
4.2 Результаты численного моделирования работы системы подачи ингибитора
4.3 Описание реализации системы управления
4.4 Выводы к главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

Введение
Для газодобывающих и газотранспортных предприятий важным звеном в цепи проблем технического и технологического характера по обеспечению бесперебойной подачи газа является процесс гидратообразования в стволах скважин, в промысловых коммуникациях и в технологическом оборудовании из-за высоких рабочих давлений и низких температур.
Газовые гидраты представляют собой [1] твердые кристаллические вещества. Они напоминают внешним видом снег или рыхлый лед и характеризуются общей формулой МпН20 (п>5,67), где М - молекула, образующая гидрат при строго определенных значениях давления и температуры. Способностью образовывать гидраты обладают многие газы, органические жидкости (в основном летучие), а также их двойные и многокомпонентные смеси (Аг, N2, 02, СН4, С02, С2Н4, С2Н6, С3Н8, изо-С4Ню, Н28, ЯСС, С12, С82, галогенопроизводные углеводородов С]—С4, циклические и простые эфиры и т.д.). Процесс гидратообразования при транспорте природного газа в трубопроводах относится к вредным явлениям, т.к. приводит к уменьшению эффективного сечения трубы, что в свою очередь приводит к снижению производительности газопровода, а в случае, если не будут приняты специальные меры защиты, может привести к полному прекращению подачи газа. Поэтому вопросы, связанные с изучением процессов гидратообразования и разработкой методов борьбы с ними, имеют важное практическое значение.
Процесс образования гидратов, как физико-химическое явление, в настоящее время достаточно хорошо изучен. Существующие математические модели образования гидратов получены и исследованы на основе большого числа экспериментальных данных. Они ориентированы на определение условий образования гидратов и расчет количества ингибитора, предупреждающего их образование. Следует отметить, что существующие математические модели, описывающие динамику процесса образования гидратов, представляют собой систему нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных. С одной

мерным. Задачи стабилизации решаются поиском линейного закона управления с применением процедуры декомпозиции исходной системы на подсистемы с сосредоточенными параметрами. В [130] решена задача построения многомерного регулятора для линейной системы с распределенными параметрами. Обратная связь строится таким образом, чтобы за конечное время заданное число управляющих мод обратилось в ноль, остальные моды считаются устойчивыми. В [131] описана методика расчета регулятора для диффузионных процессов, основанная на использовании модели независимых векторов пространства состояний, обрабатываемых с помощью дискретного преобразования Фурье. Для оценки переменных состояния в цепи обратной связи используется фильтр Калмана. На примере системы регулирования температуры показаны хорошие оценки переменных состояния при малом количестве датчиков. В [132] рассматриваются линейные модальные системы с распределенными параметрами. Исследуется вопрос о построении регулятора пониженного порядка. Показано, что для таких систем может быть достигнута экспоненциальная устойчивость путем дополнения ее фильтром остаточной моды достаточно большой размерности. В работах [133]- [136] рассматриваются вопросы модального управления. В [133] строится дискретный по времени регулятор. Обратная связь реализуется по конечному числу пространственных мод. В [135], [136] рассматриваются вопросы управления механическими системами, причем управление строится таким образом, чтобы замкнутая система имела заданную динамику по конечному числу пространственных мод. В системе выделяются управляемая и неуправляемая части. При этом считается, что перекрестные связи между управляемыми и неуправляемыми модами отсутствуют. На практике это не всегда выполняется, что может привести к возникновению побочных эффектов управления и наблюдения. В [137] разработана процедура синтеза непрерывного регулятора с распределенными параметрами, основанная на принципах модального управления. Однако, из-за сложностей технической реализации на практике используются дискретные по пространству регуляторы. В связи с