CC BY
7ЭКОЛОГИЯ
УДК 628.512.621.928
А.Т. Замалиева1, e-mail: Aibina-0587@rambier.ru; Г.И. Беляева2, e-mail: gulnazkal6@mail.ru
1 ООО «Газпром трансгаз Казань» (Арск, Республика Татарстан, Россия).
2 ООО «Газпром трансгаз Казань» (Казань, Республика Татарстан, Россия).
Повышение энергоэффективности циклонных устройств для очистки выбросов в промышленности посредством натурных и численных исследований
Целью работы является разработка циклонного фильтрующего аппарата, применяемого на действующих очистных сооружениях. Изготовлен и испытан опытный образец циклонного фильтрующего аппарата. В результате проведенных исследований на опытном образце циклонного фильтра выявлены степень осаждения частиц при разных физических параметрах. Получены также расчетные выражения для оценки эффективности осаждения частиц в вихревых потоках с использованием уравнений движения Навье - Стокса для потока и первого закона Ньютона для частиц. Определены степени осаждения частиц в циклоне в зависимости от числа Рейнольдса. Проведены расчеты зависимости критических чисел Рейнольдса Re,, соответствующих сепарации частиц из потока, вращающегося в кольцевом сечении модели циклона, при скорости потока на входе u0 = (1...7) м/с и радиусах кривизны 0,065; 0,085 и 0,1 м. Проведены численные исследования движения потока воздуха на основе опытного образца циклона. Определены степени осаждения частиц в циклоне в зависимости от числа Рейнольдса. Выявлены изменения тангенциальных составляющих скоростей и статического давления в нескольких поперечных сечениях циклона посредством методов вычислительной гидродинамики. Данная разработка позволит достичь увеличения пропускной способности очистных аппаратов в 4 раза при повышении качества очистки газа, которое выражается в уменьшении размера частиц, улавливаемых на 50 % (диаметра отсекания), со средних для циклонов значений 5-10 мкм до 0,4 мкм. Указанное улучшение качества очистки не требует дополнительных затрат энергии, что является одним из преимуществ аппарата перед аналогами.
Ключевые слова: циклон, фильтр, сепарация, степень очистки, метод моделирования.
A.T. Zamaliyeva1, e-mail: A1bina-0587@ramb1er.ru; G.I. Belyayeva2, e-mail: gu1nazka16@mai1.ru
1 Gazprom transgaz Kazan LLC (Arsk, Republic of Tatarstan, Russia).
2 Gazprom transgaz Kazan LLC (Kazan, Republic of Tatarstan, Russia).
The Improving of the Energy Efficiency of Cyclonic Devices
for Emissions Cleaning in the Industry by Natural and Numerical
Explorations
The main goal of the work is the development of the cyclone filtering devices, which are applied in existing cleaning facilities. The prototype of the cyclone filter apparatus was created and tested. In the result of the research the level of particles deposition with different physical parameters was identified with the prototype of the cyclone filter apparatus. The theoretical expressions for the estimation of the efficiency of the particle deposition in a vortex flow were obtained using the Navier - Stokes equations of motion for flow and the first Newton's law for particles. Levels of particles deposition in the cyclone depending on the Reynolds number were determined. The calculations of the dependence of critical Reynolds numbers Rer were performed. These numbers are relevant to the separation of the particles from the flow, rotating in the annular section of the cyclone model with a flow rate at the entrance u0 = (1...7) m/s and radii of curvature 0.065; 0.085 and 0,1m. The numerical studies of the air flow movement based on the prototype of the cyclone were performed too. Levels of particles deposition in the cyclone depending on the Reynolds number were determined. The changes of tangential velocity and the static pressure at several cross-sections of the cyclone were detected using the methods of computational hydrodynamics. This development will allow to increase the capacity of cleaning facilities by four times with the improvement of the quality of gas purification, which is expressed in the reducing of the size of
ECOLOGY
the captured particles at 50 % (the cut-off diameter) from the average values for the cyclones of 5-10 ^m up to 0.4 ^m. The noticed improvement in the quality of cleaning does not require the additional energy consumption that is one of the advantages of the device over analogues.
Keywords: a cyclone, a filter, a separation, a degree of purification, a method of modeling.
Узел очистки газа на компрессорных станциях является ключевым элементом системы защиты окружающей среды и служит для предотвращения попадания механических примесей и жидкостей в технологические трубопроводы, оборудование, средства контроля и автоматики станции и потребителей [1]. Для очистки газа должны применяться пылевлагоулавливающие устройства, обеспечивающие подготовку газа для стабильной работы оборудования и являющиеся неотъемлемой частью действующей автоматизированной системы мониторинга состояния окружающей среды [2]. Механические примеси приводят к износу труб, запорной и регулирующей арматуры. Это в целом снижает надежность системы газоснабжения. Одним из предлагаемых нами технических решений является циклонный аппарат, совмещающий две ступени очистки для эффективного осаждения мелкодисперсных частиц классов РМ10, РМ2.5 с минимальными энергетическими и материальными затратами. Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей аппарата. Циклон-фильтр содержит цилиндрический корпус с коническим днищем, штуцер тангенциального ввода запыленного газового потока, выхлопную трубу, выполняющую функции штуцера для отвода очищенного газа, по диаметру которой устанавливается фильтровальный материал (например, лавсан). Кроме того, для регенерации фильтровального материала, например, путем периодической обратной продувки, снаружи цилиндрической части корпуса установлены продувочные штуцеры.
Нами были проведены серии опытов в четыре этапа:
• с минимальной массой пыли при минимальной скорости;
• с максимальной массой пыли при минимальной скорости;
• с минимальной массой пыли при максимальной скорости;
• с максимальной массой пыли при максимальной скорости. Запыленные пробы фильтровального материала исследовались на микроскопе МИН-8 с 25-кратным увеличением, при котором отчетливо видны крупинки пылинок, осевших на тканевом фильтре (рис. 1).
Запыление оставляет на поверхности выходного фильтра спиральный след, что свидетельствует об интенсивной закрутке потока в выхлопной трубе, имеющей место при работе обычных циклонов без фильтрующих вставок, а также о наличии низкочастотных прецессий ядра закрученного потока, характерных для циклонов возвратно-поточного типа. В результате проведенных экспериментов выявлено, что на входной фильтрующей вставке улавливается около 75 % пыли, на стенках оседает 20 % и около 5 % задерживается выходным фильтром из ткани Петрянова. Можно сделать вывод о целесообразности конструктивного дополнения в виде фильтрующей ткани, на которой происходило инерционное осаждение пыли. При этом выходной фильтр не мешает нормальной работе возвратной выхлопной трубы.
Для дальнейшего усовершенствования предлагаемой конструкции задача повышения эффективности осаждения частиц в вихревых потоках была решена с применением метода численного моделирования в совокупности с численной математической моделью участка газотранспортной системы [3].
Технологии численного моделирования турбулентных потоков позволяют совершенствовать существующие конструкции циклонных аппаратов и создавать принципиально новые конструкции циклонов, которые будут иметь высокий коэффициент улавливания тонкодисперсных частиц при низком гидравлическом сопротивлении [4]. Технические, экономические или технологические разработки, направленные на повышение эффективности циклонов и снижение энергозатрат, невозможны без изучения гидромеханических особенностей процесса осаждения частиц и их движения во вращающемся потоке газа в каналах сложной геометрии. Создание математической модели движения аэрозольной частицы в закрученном потоке позволит оценить эффективность пылеулавливания и выявить влияющие на нее факторы [3].
а) а) б) ) b)
в) с) г) d)
Рис. 1. Образец драпировочной ткани в процессе испытаний в четыре этапа: а) опыт № 1; б) опыт № 2; в) опыт № 3; г) опыт № 4
Fig. 1. A sample of the draping fabric during the tests in four stages: a) the test No. 1; b) the test No. 2; c) the test No. 3; d) the test No. 4
Ссылка для цитирования (for citation):
Замалиева А.Т., Беляева Г.И. Повышение энергоэффективности циклонных устройств для очистки выбросов в промышленности посредством натурных и численных исследований // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 6. С. 106-110.
Zamaliyeva A.T., Belyayeva G.I. The Improving of the Energy Efficiency of Cyclonic Devices for Emissions Cleaning in the Industry by Natural and Numerical Explorations. Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2017, No. 6, P. 106-110. (In Russian)
ЭКОЛОГИЯ
Соответствие чисел Rer степеням осаждения в сепараторах циклонного типа было протестировано применительно к аппаратам с достоверно известными характеристиками степени очистки выбросов [5]. Так, для одного из наиболее распространенных типов циклонов ЦН-11, с табличными значениями всех конструктивных параметров, известны следующие характеристики степени осаждения частиц: D50 = 4,5-10-6 м, логарифм дисперсии размеров улавливаемых частиц Iga = 0,352. При плотности выбросов pff = 1,293 кг/м3, дисперсии размеров взвешенных частиц ар = 2,2 (пыль обжига колчедана), для степени очистки 99 % параметр осаждения х = 2,4. Размер D99 частиц, улавливаемых на 99 %, полученный на основе соотношения для определения параметра осаждения, составляет 7040-6 м. Значения числа Рейнольдса Rerдля частиц с размером, соответствующим 50%-й (D50, м) и 99%-й (D99, м) очистке в циклонах ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24, приведены на графике (рис. 2). Результаты вычислений критических чисел Рейнольдса Rer, соответствующих сепарации частиц из потока, вращающегося в кольцевом сечении модели циклона, при скорости потока на входе u0 = (1...7) м/с и радиусах кривизны dH = 0,065 м (диаметр горловины циклона), d = 0,1 м (диаметр корпуса циклона), с/ср = 0,0825 м (средний диаметр циклона), приведены в табл. 1 [6]. Результаты расчетов чисел Рейнольдса Rer для размеров частиц, осаждающихся в циклоне на 50 и 99 % (D50.10-6 м и D99.10-6 м), представлены на рис. 3 и 4. Расчеты показали, что степеням осаждения частиц в циклоне соответствуют строго определенные значения чисел Rer. Так, степени осаждения 99 % коррелирует число Rer ~4.10-4, а степени осаждения 50 % ~ 7.10-9. В целом 10%-му увеличению степени очистки в циклоне соответствует рост численного значения Rer на ~3,3.10-3. Проведенные исследования показывают, что параметр Rer позволяет расчетным путем находить численные значения параметров очистки в сепараторах с вращательным движением многофазных потоков. С его помощью могут быть найдены фракционные коэффициен-
1.Q0E02
I.OQE-OÎ
ОТ
eu
и Е 1.00 Е-04
о с (/> L0OEO5
-о
<и
<v
и s 1ДО0?
т о
<v 1.00Е-08
<и
> 1,00 Е-09
т и
1.0OE-IO
1Ш-2<. В „
ЦН >4, В ,
цн 1- цн :
UK.iîy, £>я
ЦН-11.»*
ЦН tu»!
Относительная скорость на входе в циклон U0 The relative velocity at the entrance to the cyclone U0
Рис. 2. Значения числа Рейнольдса Rer для частиц с размером, соответствующим 50%-й (D50, м) и 99%-й (D99, м) очистке в циклонах ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24
Fig. 2. The values of Reynolds number Rer for the particles of the size corresponding to 50 % (D50, m) and 99 % (D99, m) cleaning in cyclones ЦН-11, ЦН-15, ЦН-15у, ЦН-24
18 16 14 12 10 8
га ou и -О ■ï Е
(Л
<и
о
— с
ГО >)
5 ai
s ч_
з- о
СЦ (Л
0 1
Скорость потока на входе в циклон, м/с The flow rate at the entrance to the cyclone, m/s
d = 0,065 m
ci = 0,0825 m
d = ОД м
Рис. 3. Значения числа Рейнольдса Rer для частиц размером, соответствующим 50%-й (D50, мкм) очистке в циклоне
Fig. 3. The values of Reynolds number Rer for the particles of the size corresponding to 50 % (D50, m) cleaning in the cyclone
ты очистки примеси, если известны параметры потока и конструктивные параметры аппарата, определяющие средний радиус кривизны потока. Аналитическое решение уравнений Навье - Стокса в рамках поставленной технической задачи описания движения жидкости (газа) в циклоне при осред-ненных числах Рейнольдса и отсутствии какой-либо симметрии движения вследствие спирального вращения потока является сложным и неудобным при обработке результатов [7].
К тому же получаемый результат (решение в одной точке) не позволяет работать с визуализацией. На основе многочисленных вычислений проведен анализ используемых методов на основе модели циклона-фильтра. Расчеты проводились с использованием пакета программного обеспечения Fluent (численного моделирования динамики газового потока CFD), использующего метод конечных объемов. Движение жидкости моделируется с использованием уравнений Навье -
108
№ 6 июнь 2017 ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ
ECOLOGY
Стокса и осредненных значений числа Рейнольдса. Для обеспечения замкнутости системы в уравнениях переноса и потери (диссипации) кинетической энергии используется модель вязкости Спаларта - Аллмараса [8]. Посредством методов вычислительной гидродинамики выявлены изменения тангенциальных составляющих скоростей и статического давления в нескольких поперечных сечениях циклона (рис. 5).
Полученные результаты численного моделирования подтверждены эмпирическими результатами натурных испытаний, сопоставимы с результатами, полученными сторонними исследователями, и не противоречат основным подходам аналитического решения уравнений Навье - Стокса и теплопроводности для граничных условий 1-3-го родов [9-10].
Во всех сечениях в периферийной части потока наблюдается увеличение тангенциальной составляющей скорости по радиусу по мере удаления от стенок циклона. Давление падает по радиусу к центру циклона, достигая минимума на оси вращения. Можно с достаточной для практических целей точностью определить разрежение, которое устанавливается в пылесборном бункере циклона.
На периферии циклона профили тангенциальной скорости накладываются, а при приближении к выходному отверстию расходятся.
С увеличением крутки положение максимума тангенциальной скорости смещается на периферию, а его относительная величина снижается [11]. Это обстоятельство объясняется затруднением проникновения газа, который переносит момент количества движения, из периферии в центральную область. С увеличением крутки величина относительного разрежения (отношение разрежения в центре камеры к избыточному давлению газа на входе в камеру) снижается, а относительный радиус зоны разрежения увеличивается [12]. Отметим, что снижение максимума относительной тангенциальной скорости и относительного разрежения в центре с увеличением крутки сопровождается увеличением абсолютных значений этих
L. 01
<и а:
™ £ и -Q
1 Е
>s 2
£ g
(В >>
с; <1!
U £>£
2 3 4 5 6 7
Скорость потока на входе в циклон, м/с The flow rate at the entrance to the cyclone, m/s
d=0,065 м
d = 0,0825 м
d = 0,1 м
Рис. 4. Значения числа Рейнольдса Rer для частиц размером, соответствующим 99%-й (D99, мкм) очистке в циклоне
Fig. 4. The values of Reynolds number Rer for the particles of the size corresponding to 99 % (D99, m) cleaning in the cyclone
а) a)
■ ООЬ 0 ОИ 01 Oil 02 02S
Расстояние, м Distance, m
-f»ff«OI ■ ---------r---■ ш-----т-----т-----т--■------т-—---т-■----т—
ОЭ5 -42 -016 Ot 0« 0 0.« 01 D.1b 02
Расстояние, м Distance, m
Рис. 5. Изменение статического давления (а) и тангенциальной скорости (б) внутри циклона, полученное с помощью методов вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics), где V - физический параметр во входной части циклона; • - физический параметр в центре циклона
Fig. 5. The change of the static pressure (a) and the tangential velocity (b) inside the cyclone, obtained by the methods of computational fluid dynamics, where - physical parameter in the entrance part of the cyclone; • - physical parameter in the center of the cyclone
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 6 june 2017
109
ЭКОЛОГИЯ
характеристик при постоянном расходе [13].
Таким образом, техническим результатом является повышение степени улавливания частиц тонкой дисперсной фазы за счет специальной вставки -тканевого фильтра. Разработка позво-
лит достичь увеличения пропускной способности очистных аппаратов в 4 раза при повышении качества очистки газа, которое выражается в уменьшении размера частиц, улавливаемых на 50 % (диаметра отсекания), со средних для циклонов значений 5-10 мкм до 0,4 мкм.
Указанное улучшение качества очистки не требует дополнительных затрат энергии, что является одним из преимуществ по сравнению с аналогами: для уменьшения диаметра отсекания на 0,1 мкм после 1 мкм требуется увеличение затрат энергии не менее чем на 15 %.
References:
1. Kantyukov R.R., Sorvachev A.V. The Actual Updating of the Gas Transmission Equipment is the Basis of the Stable Operation of Compressor Stations. Gazovaya promyshlennost' = Gas industry, 2015, No. 9 (727), P. 38-39. (In Russian)
2. Kantyukov R.A., Gimranov R.K., Ryzhenkov I.V., et al. The Automated System of Environmental Monitoring. Khimicheskaya promyshlennost' segodnya = Chemical industry today, 2015, No. 3, P. 25-32. (In Russian)
3. Kantyukov R.R., Takhaviev M.S., Gilyaziev M.G., et al. The Development of a Mathematical Model of the Part of the Gas Transportation System. Transport i khranenie nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya = The transport and the storage of petroleum products and hydrocarbons, 2015, No. 2, P. 3-7. (In Russian)
4. Temnikova E.Y., Chernetsky M.Y. The Comparison of the Performance of the Traditional Cyclone with Internal Elements Using the Software Complex aFLOW. In: Proceedings of the 12th International Scientific and Practical Conference «Chemistry - XXI century: new technologies, new products,» 21-24 April 2009, P. 131-132. (In Russian)
5. Vatin N.I., Strelets N.I. The Air Cleaning Using the Devices of the Type. Saint Petersburg, Khimiya, 2003, 65 pp. (In Russian)
6. Ziganshin A.M., Ziganshin M.G., Kolesnik A.A. The Designing of the Apparatus for Dust and gas Cleaning. 2nd ed. redesigned and supplemented. Saint Petersburg, Lan', 2014, 244 pp. (In Russian)
7. Kantyukov R.R., Tahaviev M.S., Lebedev R.V., et al. The Analytical Research for the Presence of Bifurcation Effects in the Flow of Nonlinear Viscous Fluids in Channels of Complex Geometry. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = The Herald of Kazan Technological University, 2015, Vol. 18, No. 4, P. 223-225. (In Russian)
8. Zamalieva A.T., Ziganshin M.G. Numerical and Naturals Studies of Aerodynamic Properties and the Efficiency of Using the Cyclone Filter for Sanitary Cleaning of the Emissions in the Industry. Collection of scientific works based on the proceedings of the International Scientific and Practical Conference «Science, Education, Society: Trends and Prospects»: In 7 parts. Moscow, Ar-consult LLC, 2014, P. 114-115. (In Russian)
9. Kantyukov R.R., Takhaviev M.S., Livshits S.A., et al. The Solution of the Stationary Equation of Heat Conductivity with the Chemical and Dissipative Heat Source in an Infinite Circular Pipe for a Newtonian Fluid. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = The Herald of Kazan Technological University, 2015, Vol. 18, No. 11, P. 200-205. (In Russian)
10. Kantyukov R.R., Takhaviev M.S., Livshits S.A., et al. The Solution of the Stationary Equation of Heat Conductivity with the Chemical Source with the Boundary Thermal Conditions of the 3rd Kind in an Infinite Circular Pipe. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = The Herald of Kazan Technological University, 2015, Vol. 18, No. 9, P. 222-225. (In Russian)
11. Zamaliyeva A.T., Belyayeva G.I. The Change of the Aerodynamic Properties and the Efficiency of Cyclone Devices Through Numerical and Natural Research. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta = The Herald of Kazan Technological University, 2015, Vol. 18, No. 4, P. 134. (In Russian)
12. Belyayeva G.I., Ziganshin M.G. The Increasing of the Energy Efficiency of a Battery Cyclone for Cleaning of Natural Gas. In: Proc. of the III International (IX All-Russian) Conference «New in Architecture, Design of Building Structures and Reconstruction.» Cheboksary, Pub. house of the Ulyanov Chuvash State University, 2016, P. 459-463. (In Russian)
13. Zamaliyeva A.T., Ziganshin M.G. The Improving of the Energy Efficiency of the Cyclone Filter for Sanitary Cleaning of Industrial Emissions. In: Proc. of The International Scientific and Practical Conference «Research in the Construction, the Heat and Energy Supply.» Ed. by F.K. Abdrazakov. Saratov, Publ. house of the Saratov State Vavilov Agrarian University, 2016, P. 37-39. (In Russian)
Литература:
1. Кантюков Р.Р., Сорвачев А.В. Своевременное обновление газотранспортного оборудования - основа стабильной работы компрессорных станций // Газовая промышленность. 2015. № 9 (727). С. 38-39.
2. Кантюков Р.А., Гимранов Р.К., Рыженков И.В. и др. Автоматизированная система мониторинга состояния окружающей среды // Химическая промышленность сегодня. 2015. № 3. С. 25-32.
3. Кантюков Р.Р., Тахавиев М.С., Гилязиев М.Г. и др. Разработка математической модели участка газотранспортной системы // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2015. № 2. С. 3-7.
4. Темникова Е.Ю., Чернецкий М.Ю. Сравнение рабочих характеристик традиционного циклона и имеющего внутренние элементы с помощью программного комплекса ctFLOW // Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты: Труды XII Междунар. науч.-практ. конф., 21-24 апр. 2009 г. С. 131-132.
5. Ватин Н.И., Стрелец Н.И. Очистка воздуха при помощи аппаратов типа циклон. СПб.: Химия, 2003. 65 с.
6. Зиганшин А.М., Зиганшин М.Г., Колесник А.А.. Проектирование аппаратов пылегазоочистки: 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: Лань, 2014. 244 с.
7. Кантюков Р.Р., Тахавиев М.С., Лебедев Р.В. и др. Аналитическое исследование на наличие бифуркационных явлений при течении нелинейно-вязких жидкостей в каналах сложной геометрии // Вестник Казанского технологич. ун-та. 2015. Т. 18. № 4. С. 223-225.
8. Замалиева А.Т., Зиганшин М.Г. Численные и натурные исследования аэродинамических свойств и эффективности использования циклонного фильтра для санитарной очистки выбросов в промышленности // Наука, образование, общество: тенденции и перспективы: Сб. науч. трудов по материалам Междунар. науч.-практ. конф.: В 7 ч. М.: Ар-Консалт, 2014. С. 114-115.
9. Кантюков Р.Р., Тахавиев М.С., Лившиц С.А. и др. Решение стационарного уравнения теплопроводности с химическим и диссипативным источником тепла в бесконечной круглой трубе для ньютоновской жидкости // Вестник Казанского технологич. ун-та. 2015. Т. 18. № 11. С. 200-205.
10. Кантюков Р.Р., Тахавиев М.С., Лившиц С.А. и др. Решение стационарного уравнения теплопроводности с химическим источником тепла при граничных тепловых условиях 3-го рода в бесконечной круглой трубе // Вестник Казанского технологич. ун-та. 2015. Т. 18. № 9. С. 222-225.
11. Замалиева А.Т., Беляева Г.И. Изменение аэродинамических свойств и эффективности в циклонных аппаратах посредством численных и натурных исследований // Вестник Казанского технологич. ун-та. 2015. Т. 18. № 4. С. 134.
12. Беляева Г.И., Зиганшин М.Г. Повышение энергоэффективности применения батарейного циклона для очистки природного газа // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкции: Мат-лы III Междунар. (IX Всероссийской) конф. Чебоксары: Изд-во ЧГУ им. И.Н. Ульянова, 2016. С. 459-463.
13. Замалиева А.Т., Зиганшин М.Г. Повышение энергоэффективности циклонного фильтра для санитарной очистки промышленных выбросов // Исследования в строительстве, теплогазоснабжении и энергообеспечении: Мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. / Под редакцией Ф.К. Абдразакова. Саратов: Изд-во ФГБОУ ВО «Саратовский ГАУ», 2016. С. 37-39.
IC#TA
РОССИЯ
ВРЕМЯ КОЛ ТЮБИНГА ВРЕМЯ ГРП
MfflU
^Г*ОАТ>ОГ,ИКГ 4
НП «UPKT» NP CTTDC
18-я Международная научно-практическая конференция «Колтюбинговые технологии, ГРП, внутрискважинные работы»
The 18th International Scientific and Practical Coiled Tubing, Hydraulic Fracturing and Well Intervention Conference
При поддержке Министерства энергетики РФ
т
The Event is supported by the Ministry of Energy of the Russian Federation
9-10 ноября 2017 года, Россия, Москва, гостиница «Новотель» (Пресненская наб., 2, ст. м. »Деловой центр», «Выставочная»)
Тематика:
Колтюбинговые технологии; Актуальные технологии ГРП (МГРП в горизонтальных скважинах, ГПП плюс ГРП, ГРП с азотом, использование колтюбинга при проведении ГРП, большеобъемные ГРП, КГРП плюс ГРП и др.); Кислотные обработки (в т.ч. матричные БСКО);
Радиальное вскрьггие пластов; Современные методы геофизического исследования скважин, в т.ч. горизонтальных; доставка геофизических приборов с помощью колтюбинга и внутрискважинных тракторов; Внутрискважинный инструмент для высокотехнологичных работ; Зарезка боковых стволов; Гидромониторное бурение; Инструментальный сервис (ловильные операции, фрезерование, установка отсекающих пакеров и др.); Новые методы повышения нефтеотдачи пластов;
Ремонтно-изоляционные работы; Промысловая химия для высокотехнологичного нефтегазового сервиса (реагенты и материалы для ГРП, композиции для ПНП, составы для РИР и др.).
КОНТАКТЫ / CONTACTS:
November 9-10, 2017 Russia, Moscow, Novate) Moscow City Hotel (Presnenskaya emb. 2, "Delovoy Tsentr"/ "Vystavochnaya" metro station)
Conference topics:
• Coiled tubing technologies;
• Latest hydraulic fracturing technologies (multistage fracturing in horizontal wells, fracturing plus hydraulic jet drilling, nitrogen fracturing, coiled tubing fracturing, large-volume fracturing, acid fracturing plus hydraulic fracturing, etc.);
• Acid Treatments (including matrix acidizing);
• Radial Drilling;
• Up-to-date well logging techniques, including horizontal wells logging; conveyance of logging tools using coiled tubing and downhole tractors;
• High-tech well intervention equipment;
• Sidetracking;
• Jet drilling;
• Well service (fishing and milling operations, packer setting jobs, etc.);
• New EOR technologies;
• Cement squeeze operations;
• Oilfield chemistry for high-tech oilfield service (hydraulic fracturing „-./»'"f i chemicals, EOR solutions, /, / iwK^k cement squeeze mixes, etc,^'1'
E-mail: cttimes@cttimes.org
Тел,: +7 (495) 481-34-97 (доб. 102) Моб.+7 (968)356-34-45 Факс: +7 (499) 788-91-19 www.cttimes.org
Контактное лицо: Екатерина Сакович, менеджер по организации конференции
ООО «Алиаксис инфраструктура и промышленность» - представительство швейцарской фирмы STRAUB WERKE AG в России - в октябре 2016 г. запустило сборочное производство ремонтных муфт STRAUB-CLAMP в г. Подольске Московской области в рамках программы импортозамещения. В рамках производства налажен выпуск ремонтных хомутов STRAUB-CLAMP диаметром 44-440 мм и соединительных муфт FLEX и GRIP диаметром 26-219 мм.
Соединительные и ремонтные муфты STRAUB
Ремонтные муфты STRAUB-CLAMP являются простыми и универсальными решениями для ремонта трубопроводов из любых материалов и любых диаметров (44-440 мм), давлением до 16 бар (кратковременно - до 25) и температурой до 150 °С (уплотнения EPDM и NBR). К основным их преимуществам относятся:
1) простота и скорость монтажа. Эргономичная конструкция для удобства монтажа одним человеком любой квалификации;
2) возможность проведения работ без остановки и опорожнения системы;
3) исполнение полностью из нержавеющей стали без использования сварки;
4) глубокий профиль и крупная ячейка манжеты из жесткой экструдированной резины позволяют проводить работы на трубе любого качества, в том числе на сварных швах;
5) пожаровзрывобезопасная технология монтажа;
6) возможность многоразового применения;
7) наличие разрешительной документации для применения на опасных производственных объектах;
8) швейцарское качество.
Кроме ремонтных муфт (хомутов) STRAUB-CLAMP в линейке решений для ремонта есть универсальные муфты для соединения и ремонта трубопроводов любых диаметров - STRAUB-OPEN-FLEX. Это решения для трубопроводов диаметром до 4 м, давлением до 25 бар (кратковременно - до 40) и температурой до 180-200 °С (с уплотнением FPM). К основным преимуществам данного типа муфт относятся: 1) уникальная структура уплотнитель-ной манжеты с самоуплотняющимся эффектом;
2) компактность и легкость конструкции на любом диаметре;
3) простота и скорость монтажа. Эргономичная конструкция для удобства монтажа одним человеком любой квалификации;
4) возможность проведения работ без остановки и опорожнения системы;
5) пожаровзрывобезопасная технология монтажа;
6) возможность многоразового применения;
88,9 114,3 139,7 168,3 219,1 273,0 508,3 609,6 Диаметр трубы, мм
Рис. 1. Сравнение временных затрат: соединение муфтами STRAUB, сварка углеродистой стали, сварка нержавеющей стали:
1 - соединение муфтами STRAUB; 2 - сварка углеродистой стали; 3 - сварка коррозионно-стойкой стали
Рис. 2. Сравнение временных затрат при соединении труб: 1 - муфтами STRAUB; 2 - с использованием фланцевого соединения
PIPELINES EXPLOTATION AND REPAIR
i
Рис. 3. Хабаровский НПЗ. Ремонт свища на сварном шве ремонтной муфтой STRAUB-CLAMP
Данное решение позволило осуществить ремонт на трубопроводе диаметром 273 мм и рабочим давлением 11 бар после его остановки без необходимости его полного опорожнения и очистки, что привело бы к его долговременному простою. Более того, на сварном шве такого качества ремонт самодельным хомутом был бы крайне затруднен, поскольку гладкая резина не обеспечила бы должной герметизации. Температура окружающего воздуха во время проведения работ -29 °С
7) наличие разрешительной документации для применения на опасных производственных объектах;
8) швейцарское качество. Ремонтные муфты STRAUB-CLAMP уже много лет применяются на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях во всем мире, в том числе в России. Ремонтные муфты используются для ремонта как технологических трубопроводов, так и инженерной инфраструктуры предприятий (водопроводов, тепловых сетей и т. д.). Нашими клиентами являются «Киришинефте-оргсинтез», Хабаровский НПЗ, «Газпром нефтехим Салават», «Уфанефтехим», Омский НПЗ, «АНХК», предприятия группы «СИБУР» («СИБУР-Кстово», «Воро-нежсинтезкаучук», Красноярский ЗСК). Наиболее интересной составляющей линейки, выпускаемой фирмой STRAUB, являются соединительные муфты. Этот тип
Рис. 4. «Киришинефтеоргсинтез». Ремонт игольчатого свища на трубопроводе муфтой STRAUB-ОРЕМ^ЕХ
Данное решение позволило устранить свищ на трубопроводе диаметром 273 мм и максимальным давлением 30 бар после его остановки без необходимости его полного опорожнения и очистки. Сложность установки в труднодоступном месте на высоте 6 м под паровыми спутниками компенсировалась легкостью и компактностью муфты и простотой монтажа
Рис. 5. Petrobrazi, РеШт (Румыния). Монтаж участка трубопровода двумя соединительными муфтами STRAUB-FLEX
механических соединений трубопроводов является уникальной разработкой и может применяться как для ремонта, так и для соединения трубопроводов, являясь альтернативой сварному или фланцевому соединению. Главные его особенности - это пожаровзрывобезо-пасность технологии, а также универсальность - возможность соединения абсолютно любых материалов труб и
комбинирования их между собой. Соединение труб муфтами STRAUB позволяет многократно снизить трудоемкость и время проведения работ. Единственной преградой на пути широкого внедрения соединительных муфт STRAUB на предприятиях является отсутствие надлежащей нормативной базы. Но в свете открытия российского производства и разработки собственного ТУ решение данного вопроса кажется перспективным и необходимым. Примеры применения продукции STRAUB представлены на рис. 3-5.
ООО «Алиаксис инфраструктура
и промышленность»
117292, РФ, г. Москва,
ул. Ивана Бабушкина, д. 3, корп. 1
Тел.: +7 (495) 748-08-89
Факс: +7 (495) 748-53-39
е-таН: info@aLiaxis-ui.ru
TERRITORIJA NEFTEGAS - OIL AND GAS TERRITORY No. 6 june 2017
113
УДК 622.691
И.Ю. Лисин1; В.А. Субботин2; А.М. Короленок3, e-mail: korolynok.a@gubkin.ru
1 ЗАО «Каспийский Трубопроводный Консорциум - Р» (Москва, Россия).
2 ООО «Газпром трансгаз Самара» (Самара, Россия).
3 ФГБОУ ВО «Российский государственный университет нефти и газа (Национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина» (Москва, Россия).
Системный анализ закономерностей формирования и эксплуатации парка машин для ремонта магистральных трубопроводов
Анализ современного состояния и структуры парка машин ремонтных потоков на линейной части магистральных трубопроводов показал их низкую степень обновления - 1,5-2,0 % в год при ранее эффективно действующей норме 8-12 %, - что значительно сокращает их выработку и увеличивает эксплуатационные затраты. Предложена структура информационно-расчетного обеспечения в системе организационно-технологического проектирования строительных работ в сложных природно-климатических условиях для повышения эффективности применения материально-технических ресурсов при выполнении строительно-монтажных работ на линейно-протяженных объектах. В работе рассматриваются возможности эффективного использования строительных ресурсов: предложена методика формирования комплектов машин для капитального ремонта линейной части магистральных трубопроводов на основе учета различных условий определенности и неопределенности с использованием автоматизированных систем управления.
Ключевые слова: ремонт магистральных трубопроводов, автоматизированные системы управления, проектирование ресурсного обеспечения, парк машин и механизмов.
I.Yu. Lisin1; V.A. Subbotin2; A.M. Korolenok3, e-mail: korolynok.a@gubkin.ru
1 Caspian Pipeline Consortium - R (Moscow, Russia).
2 Gazprom Transgaz Samara (Samara, Russia).
3 Gubkin Russian State University of Oil and Gas (National Research University) (Moscow, Russia).
System Analysis of Operation Parameters for Main Pipeline Maintenance Equipment
The analysis of the modern condition and structure of equipment for main pipeline linear part maintenance revealed that its renewal rate is very low - 1.5-2.0 % annually, while the previous norm of 8-12 % was rather efficient. This fact significantly decreases equipment performance parameters and increases operating expenses. This paper provides the structure of information and calculation support for construction engineering in complex climate and environmental conditions in order to improve efficiency of materials and equipment for construction works at linear objects. The paper considers options of construction resource efficiency; it offers methodology to collect equipment parts for overhaul of linear sections of main pipelines taking into account different conditions of certainty and uncertainty using automated control systems.
Keywords: main pipeline maintenance, automated control systems, resource engineering, equipment population.
В настоящее время большое значение имеет установление общих закономерностей формирования и эксплуатации парка машин для ремонта линейной части магистральных трубопроводов в условиях изменения форм и методов
организации строительства. За основу определения организации ремонта линейной части магистральных трубопроводов (ЛЧ МТ) и других терминов приняты формулировки, изложенные в работах [1-11].
Организация ремонта ЛЧ МТ - функциональная система, включающая собственно ЛЧ МТ, ресурсы для производства ремонта (материальные, трудовые, денежные, временные), а также ограничения и правила взаимодей-
PIPELINES EXPLOTATION AND REPAIR
ствия ресурсов (последовательность, направление, совмещение, продолжительность, интенсивность, надежность) для достижения заданного результата - выполнения ремонта ЛЧ МТ или ее участков в заданные сроки при требуемом качестве ремонтных работ и при получении планируемой прибыли. Комплект машин - совокупность взаимосвязанных машин, выполняющих определенный вид ремонтных работ, составляющая достаточно самостоятельную часть технологического процесса. Парк машин - совокупность однородных машин для выполнения заданных объемов ремонтных работ. Взаимосвязь машин в парке не обязательна. Понятия «комплект машин», «комплекс машин» и «парк машин» допускается заменять обобщающим понятием «система машин».
Комплексная механизация ремонтных работ - совокупность взаимосвязанных и обслуживающих процессов, выполняемых с помощью средств механизации,
в результате чего исходные материалы и изделия, в том числе трубы, изоляционные, сварочные и другие материалы, превращаются в полностью законченную ремонтом ЛЧ МТ. Процесс механизации и механовоору-женности ремонта магистральных трубопроводов - сложный динамический процесс, характеризующийся большим многообразием ситуаций, вероятностным характером событий, возникающих в процессе строительства. Возрастают требования к рентабельности. Это особенно важно в связи с переходом отрасли на самоокупаемость. Для эффективного проектирования и формирования комплектов и комплексов машин необходимо выделить основные задачи, возникающие в процессе проектирования и формирования. В зависимости от типов и типоразмеров машин, входящих в комплекты, комплексы машин, можно выделить три класса задач: 1) задачи, в которых рассматривается работа машин и механизмов разных
типов, имеющих коренное различие в функционировании (например, для производства земляных работ, как правило, используют бульдозеры и экскаваторы);
2) задачи, в которых рассматривается работа машин и механизмов одного типа, не имеющих коренного различия в функционировании, но разных типоразмеров (например, краны различной грузоподъемности, экскаваторы с различной вместимостью ковша);
3) задачи, в которых рассматривается работа машин и механизмов одного типа и одного типоразмера.
ЗАДАЧИ 1-ГО КЛАССА ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ СЛЕДУЮЩИМИ ОСОБЕННОСТЯМИ:
1) невозможностью полной замены одного типа машин и механизмов другим, а зачастую невозможностью функционирования одного типа машин без другого (например, при работе экскаватора часто необходимы бульдозер и автосамосвал);
Ссылка для цитирования (for citation):
Лисин И.Ю., Субботин В.А., Короленок А.М. Системный анализ закономерностей формирования и эксплуатации парка машин для ремонта магистральных трубопроводов // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2017. № 6. С. 114-118.
Lisin I.Yu., Subbotin V.A., Korolenok A.M. System Analysis of Operation Parameters for Main Pipeline Maintenance Equipment. Territorija «NEFTEGAZ» = Oil and Gas Territory, 2017, No. 6, P. 114-118. (In Russian)
ПРОИЗВОДСТВО И КОМПЛЕКТАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА АГНКС И АЗС ПОД КЛЮЧ
9 Производство нестандартных деталей по чертежам
* Производство фитингов на высокое давление
* Производство кранов шаровой на высокое давление
* Сварочные работы и технологическая обвязка труб высокого давления
* Проектирование и строительство газопроводов высокого и низкого давления
ГРУППА КОМПАНИИ
ГК «Завод Деталей Трубопроводов»
ООО ПТК «Форвард», ООО «МеталлАргон» Россия, г. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, д.19 Тел: +7 (343) 361 -23-94, 328-79-53, +7 912 688 41 21
09066@mail.ru www.arm196.ru екб-форвард.рф
