Повышение эффективности работы регулятора марки РДУ-Т-64/100 с теплогенератором на ГРС (дипломный проект)

Сибирская автомобильно-дорожная академия,
Кафедра «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур»
Дипломный проект на тему:«Повышение эффективности работы регулятора на ГРС».


В процессе выполнения дипломной работы были произведены расчеты регулятора марки РДУ-Т-64/100 с узлом подогрева газа, а именно теплогенератором, позволяющим предотвратить образование кристаллогидратов, что впоследствии избавит от обмерзания клапана регулятора. Выполнено описание принципа работы, области применения, а также конструктивных особенностей разработанного оборудования. Произведён расчет количество тепла, необходимого для подогрева заданного количества газа Q, секундный расход газа. Произвели расчёт узла редуцирования газа, узла замера газа, рассчитано количество ниток редуцирования газа , диаметр редуцирования ниток . А также расчет блока одоризации и расчет предохранительных клапанов.


СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Организационно-технический раздел
1.1 Климатологическая и гидрологическая характеристика площадкиГРС-5 г. Омска
1.2 Состав транспортируемого газа
1.3 Характеристика существующей ГРС-5 г. Омска
1.4 Конструктивная часть: техническое описание и принципы работы выбранного оборудования
1.4.1 Узел переключения
1.4.2 Узел очистки газа
1.4.3 Узел предотвращения гидратообразований
1.4.4 Узел редуцирования
1.4.5 Комплексная система управления газораспределительной станции…
1.4.6 Узел учета газа
1.4.7 Узел одоризации газа
2. Конструкторский раздел
2.1 Технико-экономическое обоснование ГРС-5 г. Омска
2.2 Гидравлический расчет газопровода-отвода к ГРС
2.3 Гидравлический расчет ГРС
2.3.1 Расчет узла редуцирования газа
2.3.2 Технологический расчет пылеуловителя
2.3.3 Расчет узла подогрева газа
2.3.4. Расчет узла замера газа
2.3.5 Расчет предохранительных клапанов
2.3.6 Расчет блока одоризации
3. Технический сервис
3.1 Основные положения
3.2 Ремонтно-техническое обслуживание ГРС в процессе эксплуатации
3.3 Ремонтные работы, проводимые на ГРС
3.4 Подготовка к ремонту
3.5 Порядок вывода ГРС в ремонт
3.6 Пуск ГРС после ремонта
Заключение
Список использованных источников

Техническая характеристика:
Номинальный диаметр,мм 100
Номинальное давление,МПа 6,4
Диапозн выхдного
давления,МПа от 0,1 до 3,2
Полный ход клапана
регулирующего органа,мм 46
Масса,кг 189





2. Конструкторский раздел

2.1. Технико-экономическое обоснование.

Объект проектируется для удовлетворения потребностей в природном газе ТЭЦ-6 г.Омска и ряда других крупных потребителей Кировского административного округа г.Омска , а так же в связи с устареванием существующего оборудования и его износом. Планируется на существующей площадке ГРС-5 выполнить перемонтаж двух блоков АГРС (Энергия) с заменой их на БК-ГРС-II-80 и с размещением модулей блока отключающих устройств , блока редуцирования газа, в общих блок-боксах и с заменой части изношенного несоответствующего расчетным параметрам по пропускной способности ГРС оборудования и трубопроводов путем установки регуляторов большей производительности (РДУ-Т 64/100), замена трубопроводов большим диаметром. После реконструкции производительность двух ниток ГРС составит 80 м куб.в час. Так же будет произведена замена емкости сбора конденсата, замена подогревателей ПГА-200 на ПТПГ-30 и реконструкция технического здания. После реконструкции ГРС-5 Кировский административный округ г.Омска будет полностью обеспечен природным газом. Это имеет очень большое значение в связи с курсом полной газификации г.Омска и Омской области. Представленная пред данным проектом задача - увеличение производительности ГРС-5 может быть решена двумя вариантами. Первый вариант (принятый в настоящем проекте) – частичная реконструкция существующей ГРС с общей производительностью 140 000 м³/час. Второй вариант - полная реконструкция ГРС-5.



Полная реконструкция неизбежно влечет за собой полный демонтаж существующего оборудования и строительство новых помещений, это приведет к увеличению стоимости строительства. Кроме того, одновременный монтаж всех технологических ниток ГРС-5 невозможен, так как возникает разрыв в подаче газа потребителям. Совершенно очевидно, что данный вариант невыгоден экономически, а с точки зрения обеспечения газом уже существующих потребителей – невозможен. Окончательно принимает к проектированию первый вариант.

2.2 Гидравлический расчет газопровода-отвода к ГРС.

1. Годовая производительность (при Рраб=6,0 МПа),
.
2. Диаметр отвода 426мм, δ = 14мм.
3. Параметры газа в точке врезки отвода в магистральный газопровод:
- Рнач = 6,0 МПа
- tнач = 50C
4. Длина отвода, L = 50300 м.
5. Состав и характеристика газа, транспортируемого ОЛПУМГ (см. раздел 1.2):
а) точка росы смеси газов:
- летом - 150С
- зимой - 250С
б) плотность смеси, ρ= 0,685 ;
в) молярная масса газа (в кг/моль) [4]



, (2.1)

где Хi - объемное содержание в смеси ί-го компонента, %
mi - молярная масса ί-го компонента, кг/моль

г) газовая постоянная [4]

(2.2)


д) суточная производительность газопровода [4]

(3.3)

где Q - годовая производительность газопровода-отвода, млн.м3/год
Кн - среднегодовой коэффициент неравномерности транспорта газа
(Кн = 0,8 по данным ООО "Томсктрансгаз)



По q и D, пользуясь графиком, определяем режим течения газа - квадратичный.


Коэффициент λ находится с помощью формулы [4]

(2.4)

где λmp- коэффициент гидравлического сопротивления трению.
При квадратичном режиме течения газа и эквивалентной шераховатости стенки трубы, равной 0,03 мм

(2.5)



Необходимо определить параметры газа в конце газопровода-отвода (на входе ГРС) [4]

(2.6)

где Р1 - давление в точке врезки газопровода-отвода в магистральный газопровод, МПа
Р2 - давление в конце отвода на входе ГРС, Р2 = 6,7 МПа;
М - массовый секундный расход газа;
Z - коэффициент сжимаемости газа;
Т - температура газа.

(2.7)



(2.8)



Конечная температура газа в газопроводе-отводе определяется с учетом эффекта Джоуля-Томсона[4]:

(2.9)

где Т0 - температура грунта на глубине заложения трубопровода. Трубопровод находится в естественном тепловом состоянии
L - длина газопровода, м;
Тн - начальная температура газа;
К - коэффициент теплоотдачи от газа в грунт;
D - диаметр газопровода, м;
Ср - теплоемкость газа при постоянном давлении газа (определяем по графику для определения коэффициента Джоуля-Томсона, [1, рисунок 6])


Рисунок 2.1 – Зависимость теплоемкости метана от давления и температуры газа.











Газораспределительная станция (ГРС) предназначена для подачи потребителям газа с определенным давлением, одоризации, степенью очистки и его измерением.[6]
На площадке ГРС блоки и узлы соединяются между собой трубопроводами и кабелями, оснащаются вспомогательным оборудованием (запасная емкость одоранта, молниеприёмник, “свеча”, ограда и т.д.), образуя готовый комплекс ГРС.
Работа ГРС осуществляется следующим образом:
Газ высокого давления Рвх = 60 кгс/см2 поступает по газопроводу-отводу к блоку отключающих устройств (БОУ), где проходит двумя потоками через входные краны с пневмогидроприводом. Затем поступает на площадку подогревателей газа, где нагревается с целью предотвращения выпадения кристаллогидратов в последующей технологической цепочке - после редуцирования.[6]
Подробное описание принципа действия и конструктивного устройства подогревателя газа приведено в разделе 1.4.3.
Подогретый газ высокого давления поступает в блок очистки газа (БОГ), где очищается в сепараторах (пылеуловителях) от влаги и механических примесей.[6]
Удаление шлама, конденсата из сепараторов реализуется путем дренажа в подземные емкости сбора.[11]
Очищенный, подогретый газ высокого давления поступает в блок редуцирования, который состоит из 4 редуцирующих ниток: 2 рабочих и 2 резервных. Редуцирующие нитки равнозначны по составляющему их оборудованию и пропускной способности.
На входе и выходе каждой редуцирующей нитки расположена запорная арматура - краны шаровые (пробковые) с пневмо- и ручным приводом, необходимые для отключения редуцирующих ниток.[6]

Редуцирование давления газа осуществляется в одну ступень до выходного давления Рвых = 6 кгс/см2.
Резервный регулятор, находящийся на параллельной нитке, служит для предотвращения падения выходного давления при отказе рабочего регулятора, настраивается на давление 0,95 Рвых. и в период обычной работы ГРС находится в закрытом состоянии, автоматически включаясь при падении выходного давления.[6]
Из блока редуцирования газ низкого давления Рвых = 6 кгс/см2 проходит в расходомерную нитку с установленной на ней диафрагмой.
Из расходной нитки газ поступает в БОУ (блок переключений), который состоит из входных и выходных ниток, отсекающих кранов с пневмогидроприводом, предохранительных клапанов, байпасных линий.
Управление кранами происхдит либо с помощью БУЭП от импульсного газа автоматически, с места или дистанционно, либо вручную от штурвалов и ручных насосов.[6]
При аварии на ГРС или отключении ГРС на ремонт, отсекающие краны закрывают и подача газа потребителю осуществляется по обводной (байпасной) линии, состоящей из двух последовательно находящихся кранов (или крана и задвижки). Редуцирование давления в этом случае осуществляется вручную с контролем Рвых по манометру.
Предохранительные клапаны осуществляют защиту системы от превышения выходного давления выше допустимого. С помощью трехходового крана, расположенного перед двумя предохранительными, можно отключить один из них для ремонта. При этом другой предохранительный клапан остается подключенным к выходной нитке ГРС. [6]
Контроль за входным и выходным давлением газа в БОУ осуществляется с помощью электроконтактных манометров ВЭ-16РБ.
При выходе из БОУ, на газопроводе установлена одорантница для одоризации газа, подаваемого потребителям. Система одоризации газа включает в себя запасную и расходную емкости.[6]
ГРС оборудована системой аварийной сигнализации, предназначенной для контроля работы основных узлов станции при следующих нарушениях:
• недопустимое увеличение или уменьшение давления газа на выходе станции, отклонении (резком изменении) входного давления ГРС;
• недопустимом увеличении или понижении температуры подогреваемого газа;
• исчезновении пламени на рабочей и запальной горелках подогревателей газа;
• недопустимом увеличении (снижении) температуры теплоносителя в системе отопления ГРС;
• недопустимом отклонении давления топливного газа на подогревателях газа.
Контроль за режимом работы основных узлов ГРС происходит с помощью датчиков, находящихся в блоках: электроконтактных манометров, датчиков загазованности, манометрических термометров, пожарных датчиков и др.[6]
Питание электрической схемы станции осуществляется от внешнего источника трехфазного переменного тока напряжением 380/220В. Напряжение подводится на автоматический выключатель щитка ОЩВ-12 (6), откуда снимается на: освещение, заточной станок, питание приборов КИПиА, электрообогрев, на вентиляцию и др. эл. потребителей.
Освещение блоков ГРС категории В1-А происхдит с помощью стационарных взрывобезопасных светильников ВЗГ-200 и переносных светильников взрывозащищенного исполнения СГВ-2.

Отопление помещений блоков очистки, редуцирования газа, операторной осуществляется от котельных, оборудованных водогрейными котлами марки АОГВ-11,6 с трубной разводкой. Циркуляция теплоносителя в системе отопления может осуществляться как естественная, так и принудительная от ц.б. (вихревых) насосов.[6]
Для предупреждения гидратообразования и разложения уже образовавшихся гидратных соединений, на входном газопроводе ГРС устанавливается метанольница, которая необходима для ввода метанола в газопровод.
На ГРС здания нужно предусматривать с системами отопления, электротехническими устройствами, вентиляции, оборудованием канала телемеханики и системой телемеханики, средствами телефонной и диспетчерской связи. ГРС должна иметь линию электроснабжения, устройства электрохимзащиты, контроля загазованности и охранной сигнализации от несанкционированного вмешательства посторонних лиц в работу ГРС.[6]
Здания и блок-боксы должны отвечать требованиям нормативных документов, предъявляемых к производственным зданиям промышленных предприятий, и нормативным актам по технике безопасности, промсанитарии, охране труда, пожаровзрывобезопасности и др.
Уровень шума на ГРС не должен превышать значений, указанных в приложении 2 ГОСТ 12.1.003-83. При превышении допустимых значений необходимо предусматривать меры по шумоглушению.[11]
Скорость газа в трубопроводах ГРС не должна превышать 25 м/с, в настоящем проекте для снижения уровня шума на ГРС принята скорость газа в трубопроводах ГРС 20 м/с.[6]
Планировка площадки ГРС и пунктов измерения расхода газа должна обеспечивать сброс ливневых вод на рельеф без размыва, подтопления близ расположенных территорий и заболачивания.
Должны быть предусмотрены технические решения, предотвращающие перемещение трубопроводов ГРС и их деформацию под воздействием сил "пучения" при отрицательных температурах газа на выходе ГРС.

1.4.1 Узел переключения.

В узле переключения ГРС следует предусмотреть:
- краны с пневмоприводом на газопроводах входа и выхода (краны МА 39003-03);
- предохранительные клапаны СППК 4Р с переключающими трехходовыми кранами на каждом выходном газопроводе и свечой для сброса газа, на каждом выходном газопроводе 2 предохранительных клапана, итого 4 шт.;
- изолирующие устройства на газопроводах входа и выхода для сохранения потенциала катодной защиты при раздельной защите внутриплощадочных коммуникаций ГРС и внешних газопроводов;
- свечу на входе ГРС для аварийного сброса газа из технологических трубопроводов;
- обводную линию, соединяющую газопроводы входа и выхода ГРС, обеспечивающую кратковременную подачу газа потребителю, минуя ГРС.
Обводная линия должна быть оснащена двумя кранами:
- первый - по ходу газа отключающий кран МА 39002-06;
- второй - для дросселирования задвижка с ручным приводом.
Обводная линия должна быть оснащена приборами контроля параметров газа.
Обводная линия должна обеспечивать проектную производительность ГРС.
Узел переключения должен находиться на расстоянии не менее 10 м от сооружений, зданий или технологического оборудования, установленного на открытой площадке.[6]
Пневмоприводные краны узла переключения должны иметь дистанционное или автоматическое управление.
Узел переключения ГРС предназначен для переключения потока газа высокого давления с автоматического на ручное регулирование давления по обводной линии.[6]
Узел переключения должен находиться в отдельном отапливаемом здании, защищающим узел от атмосферных осадков.
Краны обводной линии должны быть опломбированы службой ГРС. Нормальное положение запорной арматуры на обводной линии - закрытое.
Обводная линия должна подключаться к выходному газопроводу перед одоризатором (по ходу газа).
Рабочее положение трехходового крана, устанавливаемого перед предохранительными клапанами - открытое. Схема установки предохранительных клапанов должна позволять их опробование и регулировку без снятия клапанов.[6]

1.4.2 Узел очистки газа.  

Узел очистки газа на ГРС служит для предотвращения попадания жидкостей и механических примесей в оборудование, технологические трубопроводы, средства контроля и автоматики станции и потребителей.[3]
Для очистки газа на ГРС должны применяться пылевлагоулавливающие устройства, тем самым обеспечивая подготовку газа для стабильной работы оборудования ГРС и потребителя, в данном случае пылеуловитель газа ГЖ 10,01-1000-1. (2 шт.)
Вместимость подземной емкости для сбора конденсата должна определяться из условия слива примесей в течение 10 сут, но не менее - 1 м .


Резервуары должны быть оборудованы сигнализатором уровня жидкости и рассчитаны на максимально возможное давление 6,0 МПа.
С целью исключения выбросов паров конденсата в атмосферу, необходимо применять меры по их утилизации.
Технологический процесс сбора продуктов очистки газа из резервуаров должен исключать возможность попадания и пролива жидкости на грунт.
Для обеспечения бесперебойной работы систем защиты, автоматического управления и регулирования, командный и импульсный газ должен быть осушен и дополнительно очищен в соответствии с ГОСТ 51.40-83.[12]

1.4.3  Узел предотвращения гидратообразований.

Узел предотвращения гидратообразований предназначен для предотвращения образования кристаллогидратов в газопроводных коммуникациях и арматуре и ее обмерзания.
В качестве меры по предотвращению гидратообразований можно применять:
- общий или частичный подогрев газа;
- местный обогрев корпусов регуляторов давления;
- ввод метанола в газопроводные коммуникации.
Эксплуатация узлов подогрева газа или местного обогрева корпусов регуляторов давления осуществляется Правилами устройства и безопасной эксплуатации водогрейных и паровых котлов с давлением не выше 0,07 МПа (0,7 кг/см ), а также в соответствии с инструкцией завода-изготовителя.
Узел подогрева газа должен обеспечивать температуру газа на выходе из ГРС не ниже минус 10°С.


Подогреватели газа ПТПГ-30 состоят из горизонтального цилиндрического корпуса, заполненного водным раствором ДЭГа и трубных пучков – 2-х ходового для дымовых газов и 4-х ходового для технологического газа. Диэтиленгликоль является промежуточным теплоносителем, получающим тепло от рабочих горелок и отдающего тепло технологическому газу, т.е. происходит непрямой нагрев газа. [6]
В состав подогревателей кроме корпуса и змеевиков входят: ГРП (ГРПШ) топливного газа, шкаф запальной и рабочей горелок, шкаф КИПиА, расширительный бак, дымовая труба и трубопроводы обвязки.
Технологический газ поступает в трубную обвязку подогревателя через входной кран и далее в верхнюю часть змеевика внутри корпуса подогревателя, затем проходит в нижнюю часть и подогретым через выходной кран в газопровод к блоку очистки и редуцирования.
Контроль температуры подогреваемого газа осуществляется термометром на выходе из змеевика.
Топливный газ поступает к подогревателю газа через автоматику регулироливания, которая состоит из запорной арматуры, регулятора давления, фильтров, клапана-отсекателя и предохранительного клапана, объединенных в ГРП. [6]
Давление топливного газа перед ГРП и перед горелками контролируется электроконтактными манометрами и напоромерами. Для повышения надежности работы ГРП топливный газ перед редуцированием проходит через змеевик в дымовой трубе, где подогревается выхлопными газами.
Система КИПиА подогревателей газа обеспечивает выполнение следующих функций:
- розжиг запальной и основной горелок;
- контроль по температуре и давлению технологического и пускового

газа;
- защита (отключение горелок) от повышения температуры газа на выходе БПГ, от погасания пламени (факела) на рабочей и запальной
горелках;
- контроль за разряжением в камере горения (топке);
- аварийная и предупредительная сигнализация при параметрах работы БПГ, превышающих допустимые;
- измерение расхода топливного газа.
При отклонении температуры и давления технологического газа от установленного значения выдается световой и звуковой сигнал на шкаф КИП, в операторной.[6]
Система зажигания (розжига) подогревателя газа включает в себя запальное устройство (кнопку запала и стационарную запальную горелку).
В настоящем проекте выбран подогреватель газа ГМП-ПТПГ-30М-01 с промежуточным теплоносителем. Подогреватель пускового и топливного газа ГПМ-ПТПГ-30М является трубчатой печью и предназначен для непрямого нагрева ( перед дросселированием ) природного газа, климатическое исполнение – УХЛ, категория размещения I по ГОСТ 15150-69, средняя температура окружающего воздуха самой холодной пятидневки – не ниже 218 К (минус 55°С), абсолютная минимальная температура окружающего воздуха– не ниже 203 К (минус 70°С); греющая среда – водный раствор диэтиленгликоля (ДЭГ). Подогреватель осуществляет автоматическое поддержание температуры газа от 15 до 70°С. [6]
Отключающие краны узла подогрева должны располагаться не ближе 15 м от ближайшего огневого подогревателя газа.
Теплообменник, трубопроводы и арматура на выходе из подогревателя должны быть защищены тепловой изоляцией.
Ввод метанола в коммуникации ГРС осуществляется оператором или

персоналом службы ГРС по распоряжению диспетчера ЛПУМГ.

1.4.4 Узел редуцирования.

Узел редуцирования предназначен для снижения и автоматического поддержания заданного давления газа, подаваемого потребителям.
Уровень шума на ГРС не должен превышать значений приведенных в приложении 2 ГОСТ 12.1.003-83. [11]
При превышении допустимых значений необходимо предусматривать меры по шумопоглощению.[11]
На ГРС редуцирование газа осуществляетя по 4 спареным линиям редуцирования оснащенными однотипной запорно-регулирующей арматурой (одна нитка рабочая, а другая - резервная); в качестве регуляторов давления газа в данном проекте приняты регуляторы давления газа РДУ-Т 64/100.
Регуляторы РДУ-Т 64/100 предназначены для снижения и автоматического поддержания давления газа на выходе независимо от отбора газа потребителями и колебания давления на входе.
Регуляторы РДУ-Т отличаются от регуляторов РДУ того же класса подогревом запорно-регулирующего устройства в зоне дросселирования газа, с помощью специальных вмонтированных теплогенераторов, которые работают без постороннего источника энергии, за счет отбора части энергии сжатого газа от магистрального газа. При подаче на вход газа, давлением не менее (0,6±0,04) МПа((6±0,4 кгс/см²)) и расходе газа (через регулятор) не менее 1000 м³/час, теплогенераторы нагревают теплоизлучающие патрубки, обеспечиваю подогрев корпуса в зоне дросселирования, что препятствует гидратообразованию.
Регуляторы используются на ГРС, КС и других объектах газовой промышленности во взрывоопасных помещениях и открытых установках.