CC BY
38
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ДАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТИРУЕМОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В РЕСПУБЛИКЕ УЗБЕКИСТАН
Халисматов Ирмухаммад
канд. техн. наук, доцент, Ташкентский государственный технический университет,
Узбекистан, г. Ташкент;
Буранов Мардон Давронович
старший преподаватель, Ташкентский государственный технический университет,
Узбекистан, г. Ташкент;
Мукольянц Арсен Артёмович
доцент, Ташкентский государственный технический университет,
Узбекистан, г. Ташкент; E-mail:[email protected].
RESEARCH OF THE POSSIBILITY OF UTILIZATION OF ENERGY PRESSURE OF TRANSPORTABLE NATURAL GAS IN THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Irmuhammad Khalismatov
candidate of Technical Sciences, associate professor, Tashkent State Technical University,
Uzbekistan, Tashkent
Mardon Buranov
senior Lecturer, Tashkent State Technical University,
Uzbekistan, Tashkent
Arsen Mukolyants
assistant professor, Tashkent State Technical University,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются возможности производства электроэнергии без сжигания топлива детандирова-нием природного газа высокого давления на газораспределительных станциях с меньшими удельными капитальными затратами.
ABSTRACT
The article discusses the possibility of generating electricity without burning fuel by expanding high-pressure natural gas at gas distribution stations with lower specific capital costs.
Ключевые слова: магистральный газопровод, транспортируемый природный газ, газораспределительная станция, высокое давление, детандирование, выработка электроэнергии, технологический перепад давления.
Keywords: gas pipeline, transported natural gas, gas distribution station, high pressure, detonation, power generation, technological pressure drop.
Проблема энергосбережения, являясь одной из важнейших во всех развитых странах, приобретает особую остроту и в Узбекистане.
С ростом экономики и уровня жизни населения увеличилась и потребность в энергоресурсах. Так, за последнее время заметно возросли генерирующие мощности системы страны. Введены в эксплуатацию
энергоблок мощностью 300 МВт на Ново-Ангрен-ской тепловой электростанции (ТЭС), блок мощностью 800 МВт на Талимарджанской ТЭС, реализован проект по расширению Навоийской ТЭС со строительством парогазовой установки (ПГУ) мощностью 478 МВт, а на Ташкентской теплоэлектроцентрали внедрена когенерационная газотурбинная установка
Библиографическое описание: Халисматов И., Буранов М.Д., Мукольянц А.А. Исследование возможности утилизации энергии давления транспортируемого природного газа в республике Узбекистан // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 5(62). URL: http://7universum. com/ru/tech/archive/item/73 75
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
мощностью 27 МВт. В рамках проектов по использованию нетрадиционных и возобновляемых источников энергии внедрены детандергенераторные агрегаты на Сырдарьинской и Талимарджанской ТЭС. В начале 2019 года компанией Epsilon Development Company были начаты работы по расконсервации скважины №2 Худжум (Култак-Камашинский ин-вестблок) и начат капитальный ремонт, была проведена работа по перфорации в интервале 3660-3718 метров. После кислотной обработки скважины получен промышленный приток природного газа в объёме около 145-180 тыс. куб.м. в сутки.
Из открытого месторождения Худжум, по вновь построенному газопроводу протяженностью 5,1 км, связавшего месторождение Худжум со сборным пунктом газопровода Назаркудук, начата поставка добываемого газа на головные сооружения ООО «Шуртаннефтегаз». Компания также получила промышленный приток газа на двух скважинах месторождения Талимаржан. Таким образом, ожидается, что общие объемы добываемых компанией углеводородов составят 1-1,25 млн. куб.м в сутки.
Определяя перспективы совершенствования газотранспортной системы республики, акционерная компания «Узтрансгаз» по показателям технических свойств транзитной транспортировки может функционировать поэтапно с применением различных вариантов модернизации производства и совершенствования технологических процессов [4].
Сохранение высокого уровня энергоёмкости народного хозяйства может привести к тому, что неудовлетворенный спрос составит значительную часть нынешнего потребления энергии в республики. Покрыть этот спрос, учитывая изношенность основных фондов существующей системы энергетики, ее
май, 2019 г.
высокую капиталоемкость и инерционность, без активизации работ в области экономии энергии будет невозможно.
Одно из направлений энергосбережения - это применение детандер-генераторных агрегатов (ДГА) для выработки экологически чистой электроэнергии (без сжигания топлива) за счет использования технологического перепада давления газа в системах магистрального транспорта и распределения природного газа. При существующей в республике системе газоснабжения снижение давления транспортируемого природного газа производится обычно в двух ступенях - на газораспределительных станциях (ГРС) и на газорегуляторных пунктах (ГРП) и осуществляется за счет дросселирования.
В настоящее время проекты использования избыточной энергии давления газа при его редуцировании в системах газораспределения и потребления в ряде странах Евросоюза направлены на производство электрической энергии. Однако до настоящего времени не приняты практические меры для широкомасштабного и эффективного практического использования этой технологии в республиках Центральной Азии, в том числе и в Узбекистане.
Таким образом, для бесперебойного электроснабжения на линейной части газопроводов, приборов учета газа на ГРС и ЗУ, и других объектов газоснабжения, авторы считают целесообразным применение (ДГА) для выработки экологически чистой электроэнергии путем утилизации энергии сжатого природного газа.
Исследования, проведённые на месторождениях Урга, Северный Шуртан и Шимолий Бердак (табл. 1,2,3) показали, что для использования транспортируемого пластового газа в турбодетандерных агрегатах требуется дополнительная обработка и приведения его к соответствующим техническим нормам.
Таблица 1.
Компоненты газа Горизонты
J32 J33 J35+6 J37
скв.7 скв.8 скв.4 скв.11 скв.6 скв.8
СН4 86,75 87,40 88,30 92,54 89,18 88,41
С2Н6 7,05 6,60 5,57 4,09 5,98 6,52
С3Н8 1,85 1,85 1,98 1,01 1,54 1,81
Ю4Н10 0,24 0,25 0,34 0,16 0.26 0,31
ПС4Н10 0,38 0,35 0,48 0,19 0.26 0.38
С5Н12+выш 0,47 0,45 0,57 0,42 0,37 0,63
№+редк. 3,12 2,30 2,49 0,70 0,74 1.28
С02 0,14 0,80 0,27 0,89 0,67 0,66
Н28 - - - - - -
Содержание С5+выш: - % мольн. - г/м3 0.47 22,3 0,45 22,3 0,57 22,3 0,42 22,3 0,37 22,3 0,63 22,3
Молек. масса С5+выш 114,062 119,132 94,051 94,051 94,051 85,094
Плотность газа (760 мм.рт.ст. 200С), кг/м3 0,777 0,778 0,771 0,742 0,772 0,771
Относительная плот. газа (760 мм.рт.ст. 200С) 0,645 0,646 0,640 0,613 0,641 0,640
Начальный состав пластового газа месторождения Урга (% мольн.)
№ 5 (62)
AUNl
ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
Таблица 2.
Физико- химическая характеристика газов месторождения Северный Шуртан
Свободный газ Нефтерастворенный газ
Плотность (по воздуху) 0,652 0,706
Содержание, в объемных %:
метана 87,8 81,62
этана 4,98 6,34
пропана 2,48 3,84
изобутана 0,56 1,25
норм. бутана 0,64 1,79
изопентана 0,18 0,7
норм. пентана 0,09 0,45
Сероводорода 0,15 0,05
Углекислого газа 1,68 1,58
Азота 1,44 2,68
Теплотворная способность, ккал/нм3 8712 9670
Таблица 3.
Начальный состав пластового газа ГКМ Шимолий Бердак
Компонентный состав газа, (молярные %) Пласт Jз11 Пласт Jз9 Пласт Jз8 Пласт J27
скв. 9 скв. 3 скв. 7 скв. 14 Среднее скв. 6 скв. 7 скв. 10 Среднее
интервал перфорации 15771566, (м) интервал перфорации 19881980, (м) интервал перфорации 20242017, (м) интервал перфорации 1991-1988, (м) интервал перфорации 2226-2217, (м) интервал перфорации 2222-2218, (м) интервал перфорации 2139-2136, (м)
СН4 87,12 92,21 92,31 89,95 91,49 92,95 92,90 94,08 93,49
С2Н6 6,36 3,81 3,05 4,0 3,62 3,78 3,10 2,41 2,76
С3Н8 3,05 1,53 1,50 1,72 1,58 1,31 1,48 1,23 1,36
изо-С4Ню 0,78 0,24 0,20 0,50 0,31 0,22 0,16 0,32 0,24
н-С4Ню 0,82 0,23 0,17 0,42 0,27 0,22 0,15 0,30 0,23
СбН^+выше 1,33 0,49 0,47 1,19 0,72 0,42 0,42 0,63 0,53
N2 0,43 1,33 1,53 1,49 1,45 0,75 1,07 0,93 1,0
H2S не обн. 0 не обн не обн не обн не обн не обн не обн не обн
ТО2 0,11 0,16 0,77 0,73 0,55 0,35 0,72 0,10 0,41
Всего 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Потенциальное содержание конденсата, г/м3
- на 1 м3 пластового газа 57,48 23,7 22,4 51,83 32,31 20 20,3 29,32 24,81
- на 1 м3 сухого газа 58,25 23,8 22,5 51,44 32,58 20,1 20,4 29,51 24,96
Потенциальное содержание этана, г/м3 79,55 47,65 38,15 50,03 45,28 47,28 38,77 30,14 34,52
Критические параметры:
- Ркр, кгс/см2 46,57 46,73 46,88 46,73 46,79 46,89 46,94 46,71 46,82
- Ткр, К 211,53 199,95 199,26 199,95 199,67 199,70 199,20 198,75 198,97
Плотность газа при 200С, 760 мм.рт.ст., кг/м3 0,824 0,746 0,746 0,746 0,746 0,739 0,741 0,739 0,740
Относительная плотность газа 0,684 0,62 0,620 0,619 0,619 0,613 0,615 0,613 0,614
№ 5 (62)
AUNl
ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
Продолжение таблицы 3
Пласт J233 Пласт J22" Пласт J226
скв. 14 скв. 16 Среднее скв. 9 скв. 15 Среднее скв. 16
Компонентный состав газа, молярная доля, % интервал перфорации 2468-2463 (м) интервал перфорации 2452-2444 (м) интервал перфорации 2552-2545 (м) интервал перфорации 2516 -2504 (м) интервал перфорации 2615-2605 (м)
СН4 92,76 89,14 90,9 5 92,39 90,99 91,6 9 92,60
С2Н6 2,56 4,50 3,53 2,46 4,57 3,52 3,44
С3Н8 1,89 2,21 2,05 1,92 0,65 1,29 0,72
изо-С4Ню 0,45 0,51 0,48 0,32 0,37 0,35 0,20
н-С4Н10 0,44 0,54 0,49 0,27 0,41 0,34 0,25
С5Н12+выше 0,90 1,08 0,99 1,20 0,80 1,0 0,66
N2 0,48 1,24 0,86 0,71 1,58 1,15 1,34
H2S не обн. не обн. не обн. не обн. не обн. не обн. не обн.
CO2 0,52 0,78 0,65 0,72 0,63 0,63 0,79
Всего 100 100 100 100 100 100 100
Потенциальное содержание конденсата, г/м3
- на 1 м3 пластового газа 39,24 48,73 35,6 8 57,81 32,32 45,0 7 32,11
- на 1 м3 сухого газа 39,60 49,23 35,9 6 58,51 32,58 45,5 5 32,32
Потенциальное содержание этана, г/м3 32,02 56,28 44,1 5 30,77 57,16 44,0 3 43,03
Критические параметры:
- Ркр, кгс/см2 46,80 46,84 46,81 46,74 46,81 46,77 46,90
- Ткр, К 202,32 205,09 203,7 8 203,08 201,14 202,4 0 199,34
Плотность газа при 200С 760 ммрт.ст., кг/м3 0,763 0,782 0,773 0,777 0,760 0,764 0,748
Относительная плотность газа 0,634 0,649 0,642 0,645 0,631 0,634 0,621
Анализ полученных данных предполагает необходимость установки дополнительного фильтра перед входом в детандерный агрегат для очистки газа от механических примесей при транспортировке и уменьшения процентного содержания конденсата.
Характерная особенность разрабатываемой авторами конструкции турбодетандера - расположение турбинного и компрессорного колес на одном валу, которое обуславливает преимущественное применение рабочих колес радиального либо радиально-осе-вого типов в целях упрощения конструкции подвода и отвода рабочей среды.
В связи с чем, для использования физической энергии газа, получаемой за счет снижения давления на ГРС и ГРП, вместо традиционных дроссельных устройств целесообразно использование ДГА, которые позволяют получить выработку электроэнергии за счет перепада давления газа [1, с. 24-25].
Снижение давления транспортируемого природного газа производится на двух ступенях. На первой - на газораспределительных станциях -давление газа снижается от давления в магистральном газопроводе с 5,5 МПа до 1,2 МПа, на
второй - на газорегуляторных пунктах - от 1,2 до 0,15 МПа. В процессе расширения природного газа высокого давления в ДГА происходит снижение его давления до 1,2 МПа и температуры до 10°С. [2, с. 2836].
На основании выше изложенного сформировалась постановка задачи оптимизации и представилась в следующем виде: годовая выработка электроэнергии max E = f (P,G), (1)
где P e[Pi,P2] ; G e[Gi,G2].
Ограничения ТТ2=0; Т < Тмах; QtO < бмах; ^ЭГ < ^мах.
(2)
В связи с тем, что расширение с помощью детандера приводит к более существенному снижению температуры газа, то для экономического сравнения в расчетах принимался расход топливного газа для огневого подогревателя с характерным тепловым h = 40 %.
Расчеты выполнялись с использованием программы термодинамических расчетов ГазКонд-Нефть [3], и результаты представлены в табл.4.
№ 5 (62)
AUNl
ТЕ)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
Таблица 4.
Сравнение параметров при расширении природного газа на дросселе и детандере
Тип Параметр Давление газа на выходе, МПа
0,3 0,6 1,2
Дроссель Температура транзитного газа после дросселя, °С -11,8 -9,6 -6,2
Количество тепла для подогрева транзитного газа после дросселя (^=10°С), кДж/час (кВт) 693000 (190,5) 639700 (170,7) 532500 (140,0)
Затраты топливного газа на подогрев транзитного газа после дросселя ф = 40 %), нм3 50 46 40
Детандер (нагрев после) Температура транзитного газа после детандера, °С -102,4 -81,2 -50,3
Мощность детандера, кВт 830 650 450
Количество тепла для подогрева транзитного газа после детандера (^=10°С), кДж/час (кВт) 3700790 (1025) 3027500 (835) 2186600 (600)
Затраты топливного газа на подогрев транзитного газа после детандера ф = 40 %), нм3 270 220 160
Детандер (нагрев перед) Количество тепла для подогрева транзитного газа перед детандером (^=10°С), кДж/час (кВт) 5948900 (1650) 4341900 (1200) 2795800 (770)
Мощность детандера, кВт 1400 1000 600
Затраты топливного газа на подогрев транзитного газа после детандера ф = 40 %), нм3 440 320 200
Температура транзитного газа перед детандером, °С 160,5 120,2 83,5
Таким образом, расчеты и опыт эксплуатации детандер-генераторных установок подтверждают величину относительной выработки электроэнергии в размере 40...60 кВт/тыс. нм3 и дают возможность не только ввести в хозяйственный оборот вторичные
энергоресурсы и обеспечить выработку электроэнергии, но и обеспечить снижение уровня вредных выбросов по сравнению с традиционными технологиями.
Список литературы:
1. Гатауллина А.Р. Повышение энергоэффективности системы газоснабжения за счет утилизации вторичных энергетических ресурсов: Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук / Уфимский государственный нефтяной технический университет. - 2016. - С. 24-25.
2. Гафуров А.М. Утилизация низкопотенциальной теплоты для дополнительной выработки электроэнергии при турбодетандировании природного газа в системе газораспределения // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2014. - № 1 (20). - С. 28-36.
3. ГазКондНефть [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://gascondoil.com/ (дата обращения: 23.05.2019).
4. Узтрансгаз. Основные показатели // Uztransgaz [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://old.uztransgaz.uz/ru/content/osnovnye-pokazateli (дата обращения: 23.05.2019).
