Совершенствование методик расчета параметров вытеснения газа при предпусковых и пусковых операциях на магистральных газопроводах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лукин Сергей Александрович

• Лукин Сергей Александрович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Лукин Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫТЕСНЕНИЯ ГАЗА ПРИ ПРЕДПУСКОВЫХ И ПУСКОВЫХ ОПЕРАЦИЯХ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДАХ

1.1. Описание операций вытеснения, проводимых при предпусковых и пусковых операциях на магистральных газопроводах

1.2. Механизм образования смеси при вытеснении газа из газопровода другим газом

1.3. Математический аппарат процесса смесеобразования при вытеснении газа из газопровода другим газом

1.4. Обобщенная методика расчета параметров вытеснения газа из газопровода другим газом

1.5. Стратификация при вытеснении газа другим газом

1.5.1. Описание стратификации

1.5.2. Механизм стратификации

1.5.3. Условия предотвращения стратификации

1.5.4. Минимально допустимая скорость вытесняющего газа, предотвращающая стратификацию

1.6. Обзор способов определения продолжительности вытеснения газа другим газом

1.6.1. Приборный способ

1.6.2. Аналитический способ

1.6.3. Графоаналитический способ

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СТРАТИФИКАЦИИ ПРИ ВЫТЕСНЕНИИ ГАЗА ИЗ ГАЗОПРОВОДА ДРУГИМ

ГАЗОМ

2.1. Проектирование и проведение экспериментов

2.2. Результаты экспериментов

2.2.1. Влияние изменения объемного расхода вытесняющего газа

2.2.2. Влияние изменения внутреннего диаметра трубы

2.2.3. Влияние изменения протяженности трубы

2.2.4. Влияние изменения плотности вытесняющего газа

2.2.5. Влияние изменения способа подачи газа в трубу

2.3. Обработка результатов экспериментов

2.3.1. Общие измерения

2.3.2. Скорость предотвращения стратификации для труб малого диаметра

2.3.3. Скорость предотвращения стратификации для труб большого диаметра

Выводы по главе

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАВИСИМОСТЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЫТЕСНЕНИЯ

3.1. Сравнение результатов расчета по аналитическим зависимостям между собой

3.2. Сравнение результатов расчета по аналитическим зависимостям с данными реальных операций

3.3. Вывод формулы для расчета продолжительности вытеснения и ее

адаптация к различным операциям вытеснения

Выводы по главе

ГЛАВА 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВЫТЕСНЕНИЯ ГАЗА ПРИ ПРЕДПУСКОВЫХ И ПУСКОВЫХ ОПЕРАЦИЯХ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДАХ

4.1. Вытеснение прямой продувкой газа другим газом из участка, полностью заполненного вытесняемым газом

4.2. Вытеснение прямой продувкой газа другим газом из участка, частично заполненного вытесняемым газом

4.3. Вытеснение газа другим газом с применением азотной пробки

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

138

139

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт о внедрении результатов диссертационной работы в СТО Газпром 2-3.5-1249-2021 «Магистральные газопроводы. Консервация с

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении результатов диссертационной работы в проект СТО Газпром «Проектирование и строительство. Предпусковые операции на магистральных газопроводах. Порядок вытеснения природным газом азота,

воздуха или газовоздушной смеси из полости магистральных газопроводов»

ПРИЛОЖЕНИЕ В Иллюстрация стратификации, возникающей при проведении экспериментов по вытеснению при различных объемных расходах вытесняющего

газа

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Номограммы для определения продолжительности вытеснения природным газом воздуха или газовоздушной смеси по окончании локального

капитального ремонта линейной части магистрального газопровода

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Инструкция по определению продолжительности вытеснения с помощью разработанных номограмм

применением азота. Технические требования»

148

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методик расчета параметров вытеснения газа при предпусковых и пусковых операциях на магистральных газопроводах»

Актуальность темы исследования

В соответствии с Программой инновационного развития ПАО «Газпром» до 2025 года [1] к основным направлениям научно-исследовательских работ относятся технологии развития и реконструкции газотранспортных систем, одним из показателей эффективности которых является снижение капитальных вложений в строительство магистральных газопроводов (МГ), которое можно достичь за счет применения на различных этапах строительства ресурсосберегающих технологий. Важным этапом строительства являются предпусковые и пусковые операции, которые проводят на заключительных этапах строительства или ремонта перед вводом в эксплуатацию объектов МГ. Они предназначены для оценки качества строительно-монтажных работ, а также для подготовки и проверки готовности объекта МГ к вводу в эксплуатацию. В их состав входит очистка полости, испытание на прочность, проверка на герметичность, внутритрубное диагностирование, осушка, консервация, вытеснение и заполнение природным газом. Особое место в предпусковых и пусковых операциях занимают операции, связанные с вытеснением газа из газопровода.

В рамках диссертации в качестве объекта проведения вытеснения рассматривается МГ. При этом в состав МГ может входить как линейная часть, так и площадочные объекты (такие как компрессорные станции, станции подземного хранения газа, газораспределительные станции, станции охлаждения газа и т.д.).

В рамках диссертации исследуется вытеснение газа без применения разделительных поршней, так как данный способ теряет свою актуальность из-за недостатков относительно других способов. Вытеснение газа непосредственно другим газом характеризуется сложным, но в достаточной степени прогнозируемым газодинамическим взаимодействием двух газов.

Аспекты вытеснения газа из газопроводов другим газом начали исследоваться еще в середине 20-го века. До 1980-х гг. публиковались работы английских, советских и американских ученых, посвященные механизму вытеснения газа другим газом, выводу формул для расчета основных параметров вытеснения и вычислению распределения концентрации газов по трубе. С 1980-х гг. до середины 2000-х гг. превалировали публикации американских ученых, характеризующиеся акцентированием внимания на необходимости предотвращения стратификации, особенностях применения технологии азотной пробки, совершенствовании формул для расчета параметров вытеснения. С 2005 года по 2020 год публикуются работы бразильских, европейских и российских ученых, при этом постепенно начинают преобладать работы китайских ученых -особенностью этого периода является широкое применение накопленных знаний на реальных газопроводах. Последние 5 лет наблюдается всплеск интереса к вопросу вытеснения газа другим газом во многих странах в связи с идеями внедрения технологии трубопроводного транспорта водорода и углекислого газа на большие расстояния. Несмотря на продолжительную историю исследования аспектов вытеснения и значительное продвижение в данном вопросе, перед учеными до сих пор остается ряд нерешенных задач.

В отечественных и зарубежных нормативных документах используют разные подходы к определению продолжительности вытеснения (приборный, аналитический и графоаналитический). Часто используют аналитические зависимости, значения по которым значительно превосходят данные реальных операций. В первую очередь это связано с тем, что при расчете не учитываются условия возникновения стратификации, а для нивелирования ее влияния на смесеобразование к расчету закладывают избыточно консервативные требования. В результате это приводит к избыточным затратам ресурсов (вытесняющего газа, машино-часов и т.д.), а при вытеснении природным газом - значительным его потерям и выбросам парниковых газов, что не целесообразно относительно Стратегии социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 г. [2]. Поэтому актуальной является

задача по анализу существующих аналитических способов определения продолжительности вытеснения и выявлению наиболее точного способа.

Для получения прогнозируемого по времени и качеству результата вытеснения необходимо предотвращать возникновение стратификации. Стратификация приводит к расслоению вытесняющего и вытесняемого газа, в результате чего в трубопроводе происходит либо полное расслоение газов, либо образование аномально протяженной смеси, которая может быть взрывоопасной при участии в вытеснении воздуха и природного газа. Условием ее предотвращения является обеспечение скорости вытесняющего газа не менее значения, предотвращающего стратификацию. При этом в отечественных и зарубежных источниках отсутствует единый подход к определению значения указанной скорости. Поэтому, необходимо изучить способы ее определения и выявить наиболее точный способ.

Наиболее применяемый в настоящее время способ вытеснения - прямая продувка (то есть непосредственное вытеснение исходного газа вытесняющим газом). Однако его применение при вытеснении воздуха природным газом накладывает на исполнение вытеснения строгие технологические требования для предотвращения взрыва. Альтернативой является замена прямой продувки на другой более безопасный способ, например, в отечественной практике широко применяют метод полной замены воздуха в строящемся или ремонтируемом участке на азот, с последующим его замещением на природный газ. Однако в мировой практике активно применяют более ресурсосберегающий способ -вытеснение с применением азотной пробки. При этом в зарубежных источниках для расчета основных параметров такого вытеснения в большинстве случаев используют таблицы, номограммы или программный расчет без представления полного алгоритма расчета. Поэтому существует необходимость разработки или совершенствования аналитического способа расчета основных параметров вытеснения с применением азотной пробки.

С учетом вышеизложенного повышение ресурсосбережения операций вытеснения газа, выполняемых при предпусковых и пусковых операциях на МГ,

другим газом за счет совершенствования методик расчета параметров вытеснения является актуальным как с научной, так и с практической точки зрения.

Степень разработанности темы исследования

Степень разработанности темы исследования в части определения продолжительности вытеснения достаточно высока, однако вопросы предотвращения стратификации менее изучены. Исследованиями в данной области занимались многие высшие учебные заведения, отраслевые и академические институты. Изучением аспектов вытеснения занимались такие ученые, как Дж.И. Тейлор, Дж.Ф. Дэвидсон, М.В. Нечваль, В.С. Яблонский, В.Ф. Федоров, В.Ф. Новоселов, Т.К. Перкинс, В.И. Марон, В. Шахт, М.В. Лурье, М. Мохитпур, В.Г. Дубинский, Д.И. Ширяпов, Л. Сюймей, Е Хэн, Р.Р. Кантюков, Р.Х. Султангареев, Р.И. Мардашнин, С.В. Крашенинников, в том числе вопросов стратификации - М.Р. Маршалл, Дж.Э. Джонсон, Дж.Э. Симпсон, П.Ф. Линден. Анализ работ указанных авторов позволяет сделать вывод о наличии ряда нерешенных научно-практических задач, послуживших основой для формулирования цели и задач настоящего исследования.

Объектом исследования является процесс вытеснения газа при предпусковых и пусковых операциях на МГ.

Предметом исследования являются способы определения параметров вытеснения газа при предпусковых и пусковых операциях на МГ другим газом.

Цель и задачи исследования

Цель работы - повышение ресурсосбережения операций вытеснения газа, выполняемых при предпусковых и пусковых операциях на МГ, другим газом за счет совершенствования методик расчета параметров вытеснения.

Для достижения цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Проведен анализ современного состояния технологии и методического обеспечения вытеснения газа при предпусковых и пусковых операциях на МГ.

2. Исследованы условия возникновения и предотвращения стратификации в трубах при вытеснении газа другим газом и установлен наиболее точный способ

определения значения скорости вытесняющего газа, предотвращающей стратификацию.

3. Исследованы аналитические способы определения продолжительности вытеснения газа из газопровода другим газом и установлен наиболее точный способ относительно данных реальных операций.

4. Усовершенствованы методики расчета параметров вытеснения газа другим газом, выполняемого различными способами, при предпусковых и пусковых операциях на МГ.

Научная новизна:

1. На основе проведенных экспериментов получены значения минимально допустимой скорости вытесняющего газа, предотвращающей стратификацию, для случаев вытеснения воздуха азотом и углекислым газом.

2. На основе проведенных экспериментов решена задача о выборе значения критического числа Ричардсона, свидетельствующего о начале стратификации, для труб большого диаметра при вытеснении воздуха азотом или углекислым газом.

3. Разработан способ расчета объема образующейся смеси при вытеснении газа из газопровода другим газом, дающий наиболее приближенные к данным реальных операций значения.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость работы заключается в следующем:

- исследовано текущее состояние развития технологии вытеснения газа из

МГ;

- получены экспериментальные значения минимально допустимой скорости вытесняющего газа на трубах разного диаметра при вытеснении воздуха углекислым газом и азотом, на основе которых можно разрабатывать или уточнять аналитические способы расчета зависимости указанной скорости от диаметра;

- разработан способ расчета продолжительности вытеснения, дающий наиболее приближенные к данным реальных операций значения;

- разработаны номограммы для определения продолжительности вытеснения в зависимости от параметров вытеснения, значения по которым наиболее приближены к данным реальных операций.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- обеспечение при вытеснении значений скорости вытесняющего газа не ниже минимально допустимого значения, определенного на основе полученных в данной работе способов, обеспечит полное и прогнозируемое по времени вытеснение вытесняемого газа;

- использование усовершенствованных методик расчета параметров вытеснения, выполняемого различными способами (прямой продувкой или с применением азотной пробки), приведет к уменьшению времени и ресурсов, затрачиваемых на вытеснение при предпусковых и пусковых операциях на МГ.

Методология и методы исследования

Поставленные задачи решались с помощью эмпирических и теоретических методов. В рамках эмпирических методов проводилось экспериментальное исследование с применением измерения, сравнения и обобщения результатов экспериментов с расчетными данными. В составе теоретических методов применялись методы анализа и сравнения существующих исследований и их результатов в области вытеснения газа из газопровода другим газом, а также методы математической статистики для обработки данных.

Положения, выносимые на защиту:

1. При определении минимально допустимой скорости вытесняющего газа, предотвращающей стратификацию, следует использовать разработанный способ, основанный на том, что для труб малого диаметра применяют значения скорости, полученные экспериментально, а для труб большого диаметра применяют аналитический способ расчета, основанный на использовании критического числа Ричардсона, значение которого установлено экспериментальным путем.

2. При определении продолжительности вытеснения следует использовать разработанный аналитический способ, основанный на определении объема

образующейся смеси, применимый при условии не возникновения стратификации при вытеснении, а также отсутствия запирания потока на конце газопровода.

3. Применение усовершенствованных на основе использования разработанных способов определения минимально допустимой скорости вытесняющего газа и продолжительности вытеснения методик расчета параметров вытеснения, выполняемого прямой продувкой или с применением азотной пробки, при предпусковых и пусковых операциях на МГ позволит уменьшить ресурсы, затрачиваемые на выполнение операций вытеснения, и выбросы парниковых газов.

Степень достоверности и апробация результатов работы

Достоверность результатов обеспечена их сравнением с данными реальных операций вытеснения, а также проведением экспериментов и сравнением полученных результатов с результатами экспериментов других авторов.

Результаты работы обсуждались на следующих конференциях: XIII Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика)», Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 22-25 октября 2019 г.; VII Международная научно-техническая конференция «Экологическая безопасность в газовой промышленности» (ESGI - 2021), Московская область, ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 7-8 декабря 2021 г.; XIV Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности: газ, нефть, энергетика», Москва, РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 14-18 ноября 2022 г.

На основании проведенных исследований и полученных результатов разработан и введен в действие СТО Газпром 2-3.5-1249-2021 «Магистральные газопроводы. Консервация с применением азота. Технические требования» (Акт о внедрении результатов диссертации приведен в Приложении А), а также разработан проект СТО Газпром «Проектирование и строительство. Предпусковые операции на магистральных газопроводах. Порядок вытеснения природным газом азота, воздуха или газовоздушной смеси из полости

магистральных газопроводов» (Акт о внедрении результатов диссертации приведен в Приложении Б). Внедрение результатов исследований обеспечило повышение ресурсосбережения и экологичности операций вытеснения.

Личный вклад автора

Выносимые на защиту результаты исследования получены автором лично. В совместных публикациях автор выполнял ведущую исследовательскую роль (в том числе разработка общей концепции исследования, постановка задач, применение теоретических и эмпирических методов для решения задач, обработка и формулирование результатов исследований, разработка публикаций по выполненным исследованиям).

Автор принимал личное участие в апробации результатов исследований при разработке и внедрении нормативных отраслевых документов ПАО «Газпром».

Рекомендации по использованию результатов работы

Результаты работы целесообразно применять при актуализации нормативной и разработке технологической документации, регламентирующей проведение операций вытеснения газа из МГ другим газом. Применение разработанных способов определения минимально допустимой скорости вытесняющего газа, предотвращающей стратификацию, а также усовершенствованных методик расчета параметров вытеснения, выполняемого различными способами, позволит уменьшить ресурсы, затрачиваемые на выполнение вытеснения, и сократить выбросы парниковых газов в атмосферу с обеспечением требуемого уровня безопасности работ.

Публикации

По теме диссертации опубликованы 9 печатных работ, 4 из них - в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК при Минобрнауки России.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 163 страницах, состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 43 рисунка, 18 таблиц, список литературы из 99 наименований, а также 5 приложений.

Автор благодарит своего научного руководителя - В.В. Васильковского, доцента кафедры «Проектирование и эксплуатация газонефтепроводов» РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, сотрудников лаборатории методического обеспечения предпусковых и пусковых операций ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Д.И. Ширяпова и А.С. Алихашкина, а также Ю.А. Маянца, начальника корпоративного научно-технологического центра строительства эксплуатации и ремонта ООО «Газпром ВНИИГАЗ», за научное сопровождение и постоянное внимание на всех этапах выполнения диссертации, а также свою жену Е.О. Константинову за помощь и поддержку.

Автор выражает благодарность сотрудникам и преподавателям кафедры проектирования и эксплуатации газонефтепроводов РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина за доброжелательную атмосферу, советы по написанию диссертации и полученное образование.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫТЕСНЕНИЯ ГАЗА ПРИ ПРЕДПУСКОВЫХ И ПУСКОВЫХ ОПЕРАЦИЯХ НА МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДАХ

1.1. Описание операций вытеснения, проводимых при предпусковых и пусковых операциях на магистральных газопроводах

Вытеснение различных газов из газопровода является стандартной и распространенной практикой при предпусковых и пусковых операциях на МГ [3].

Вытеснение газа из газопровода - это процесс принудительного (под действием давления) перемещения исходного (вытесняемого) газа, находящегося в полости газопровода, закачиваемым вытесняющим газом, в результате которого между вытесняющим и вытесняемым газом образуется смесь (Рисунок 1) [3]. В процессе вытеснения газа между вытесняемым и вытесняющим газом могут применяться дополнительные средства, например, различные внутритрубные устройства, уменьшающие объем образующейся смеси.

Зона смеси

Рисунок 1 - Образование смеси при вытеснении газа из газопровода [3]

На Рисунке 1 (начало процесса) приведено условное изображение границы между вытесняющим и вытесняемым газом. В реальном процессе четкой границы не существует.

В качестве вытесняемого и вытесняющего газа в операциях вытеснения при предпусковых и пусковых операциях в подавляющем большинстве случаев выступают: воздух, природный газ, азот [4, 5]. Иногда в качестве инертного газа может применяться углекислый газ [4, 6, 7, 8].

Основная цель операций по вытеснению газа из МГ - заменить вытесняемый газ на вытесняющий. Инертные газовые смеси применяются в основном для предотвращения образования взрывоопасной газовоздушной смеси (ГВС) между вытесняемым и вытесняющим газом [9].

Основными видами операций вытеснения при предпусковых и пусковых операциях являются:

1) на этапе завершения строительства МГ - вытеснение инертным газом (азотом или углекислым газом) воздуха с целью консервации полости МГ до момента ввода в эксплуатацию, а также предотвращения образования взрывоопасной ГВС при последующем вводе МГ в эксплуатацию;

2) на этапе ввода в эксплуатацию МГ - вытеснение природным газом воздуха или инертного газа по окончании строительства, ремонтных работ, реконструкции и консервации для ввода в эксплуатацию.

Типовая технология вытеснения газа заключается в подаче вытесняющего газа в начале объекта проведения вытеснения (газопровод или др.) с помощью источника подачи вытесняющего газа, затем в прогоне вытесняющего газа по всей полости объекта и выпуска вытесняющего газа через открытый конец объекта проведения вытеснения.

В рамках диссертации в качестве объекта проведения вытеснения рассматривается МГ. При этом в состав МГ может входить как линейная часть (ЛЧ), так и площадочные объекты (такие как дожимные компрессорные станции, компрессорные станции, станции подземного хранения газа,

газораспределительные станции и т.д.), оба вида этих объектов характеризуются своими особенностями проведения вытеснения.

ЛЧ МГ представляет собой протяженный трубопровод с внутренним диаметром до 1400 мм [10, 11], не имеющий крутоизогнутых поворотов, а также резкого изменения вертикальной ориентации оси трубы, ЛЧ МГ делится на участки за счет крановых узлов (КУ).

Площадочные объекты, наоборот, включают в себя трубы разнообразного диаметра от 15 до 1400 мм, которые имеют множество крутоизогнутых поворотов, а также резкое изменение угла наклона оси трубы относительно горизонтальной оси вплоть до 90°. Помимо этого в системе трубопроводов площадочных объектов есть множество тупиковых зон, проведение вытеснения исходного газа из которых осложнено.

Источником подачи вытесняющего газа в подавляющем количестве случаев является:

- смежный участок МГ, заполненный вытесняющим газом, выполняющий роль ресивера, при этом подача осуществляется открытием обводных шаровых кранов на КУ;

- центробежные компрессоры, установленные на компрессорных станциях;

- мобильная компрессорная установка;

- мобильная или стационарная азотная установка (в практике эксплуатации МГ для производства азота в основном применяются мобильные газоразделительные установки мембранного типа [12]);

- природный газ с месторождения.

Характерными особенностями вытеснения газа в ходе предпусковых и пусковых операциях на МГ являются:

- небольшое давление в точке подачи вытесняющего газа;

- небольшой объемный расход вытесняющего газа по сравнению с объемным расходом перекачиваемого природного газа при нормальной эксплуатации МГ, и, как следствие, более низкие скорости вытесняющего газа и числа Рейнольдса по сравнению с обычной эксплуатацией.

Необходимость обеспечения низкого давление в точке подачи вытесняющего газа устанавливает СТО Газпром 14-2005 [13], который говорит о том, что вытеснять воздух из газопровода, сосуда (аппарата, емкости) следует природным газом давлением не более 0,1 МПа или азотом давлением не более 0,15 МПа в месте подачи. Данное положение необходимо по двум причинам:

1) чтобы на конце вытесняемого участка не происходило запирание потока (переход режима истечения свечи с докритического на критический, который происходит при давлении в емкости, из которой истекает газ, выше определенного значения) - методика определение граничного значения давления для различных газов приведена в работе В.К. Кошкина и Т.В. Михайловой [14];

2) чтобы скорость в полости газопровода была низкой для уменьшения вероятность подхвата потоком металлических частиц в полости газопровода и образования искры в результате их соударении между собой или с металлическими элементами газопровода;

3) чтобы при возникновении взрыва в трубе, который характеризуется резким повышением давления, газопровод не потерял герметичность - подробно данный эффект изучили в своем исследовании Т.К. Перкинс и Дж.А. Эйхнер [15].

Аспект небольшого объемного расхода вытесняющего газа при предпусковых и пусковых операциях возникает из-за ограничений по давлению в точке подачи (особенно, при подаче газа из смежного участка), а также отсутствия необходимости в развитии большого объемного расхода для обеспечения безопасного и прогнозируемого вытеснения.

Существует пять основных способов вытеснения газа из полости МГ:

1) прямой продувкой;

2) с применением разделительных поршней;

3) с применением азотной пробки;

4) с применением разделительного поршня и азотной пробки;

5) с полной заменой вытесняемого газа во всем вводимом участке на инертный газ, а затем на вытесняющий газ.

Вытеснение прямой продувкой широко применяется за рубежом [16, 17] и в России в связи с простотой его реализации, однако данный способ является наиболее опасным, так как исходный газ вытесняется непосредственно вытесняющим газом без промежуточных элементов, то есть с полным контактом двух газов друг с другом (Рисунок 1). При участии в вытеснении не инертных газов (например, воздуха и природного газа) в области контакта газов образуется большая по объему взрывоопасная смесь (смесь горючего газа и окислителя). В.Ф. Федоров в работе [18] отметил, что при взрыве происходит быстрое выделение тепла, в результате чего продукты сгорания газа столь же быстро нагреваются и, стремясь расшириться, создают в замкнутом объеме значительное давление, обуславливающее разрушительное действие взрыва.

Для возникновения горения или взрыва, помимо наличия смеси горючего газа и окислителя, необходим также инициатор - источник образования пламени [12]. Образование искры возможно, например, в результате соударения огарков электродов, оставленных в полости трубопровода, между собой или со стенкой трубы [12]. Эти и другие посторонние предметы могут скапливаться в различных тупиковых зонах в полости трубопровода, например, в тройниках, обводных трубопроводах и т. п [12]. Трубопроводная арматура (ТПА), применяемая на МГ, характеризуются наличием полостей, где могут скапливаться металлические загрязнения или иные твердые частицы [12]. При увеличении скорости потока газа (более 10 м/с), например, при начале проведения предпусковых и пусковых операций, может произойти подхват этих загрязнений, что, в свою очередь, может привести к их соударению и последующему возгоранию или взрыву [12].

Зона взрывоопасной смеси при вытеснении воздуха из газопровода природным газом прямой продувкой будет находиться в диапазоне объемной концентрации природного газа в смеси с воздухом от 4,4 % до 17 %.

Подробная технологическая последовательность действий при выполнении прямой продувки приведена в учебнике М. Мохитпура и др. [19] (раздел 9).

При этом Т.К. Перкинс и Дж.А. Эйхнер сделали вывод [15] о том, что прямая продувка может считаться безопасной операцией вытеснения при условии соблюдения требований к скорости вытесняющего газа, а также к максимальному давлению, развиваемому в полости трубопровода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лукин Сергей Александрович, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Программа инновационного развития ПАО «Газпром» до 2025 года (утвержденная решением Совета Директоров ПАО «Газпром» от 01.12.2020 № 3513) [Электронный ресурс] : [Официальный сайт ПАО «Газпром»]. - Режим доступа: https://www.gazprom.ru/f/posts/97/653302/prir-passport-2018-2025.pdf.

2. Стратегия социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 г. (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 29.10.2021 г. № 3052-р) [Электронный ресурс] : [Официальный сайт Правительства России]. - Режим доступа: http://static.government.ru/media/files/ADKkCzp3fWO32e2yA0BhtIpyzWfHaiUa.pdf.

3. Лукин, С.А. Сравнение аналитических зависимостей, описывающих взаимное вытеснение газов из газопровода / С.А. Лукин, Д.И. Ширяпов, В.В. Васильковский, А.С. Алихашкин // Газовая промышленность. - 2023. - № 6 (850). - С. 46-54.

4. Ширяпов, Д.И. Применение азота при выполнении предпусковых операций на магистральных газопроводах / Д.И. Ширяпов, А.С. Алихашкин, Ю.А. Маянц, А.В. Елфимов // Газовая промышленность. - 2020. - № 2 (796). - С. 24-30.

5. Ширяпов, Д.И. Совершенствование технологий испытания, осушки и заполнения газом магистральных газопроводов в северных условиях : дис. ... канд. техн. наук : 25.00.19 / Ширяпов Дмитрий Игоревич. - М., 2012. - 125 с.

6. Johnson, J.E. Pipeline purging principles and practice / J.E. Johnson, S.J. Svedeman, C.A. Kuhl, J.G. Gregor, A.K. Lambeth // ASME. - 1996. - Vol. 2. - P. 765-775.

7. NFPA 56 (PS). Fire and Explosion Prevention During Cleaning and Purging of Flammable Gas Piping Systems. - National Fire Protection Association, 2012 - 56 p.

8. AGA PPP-2001. Purging principles and practice - Third Edition. - American Gas Association, 2001. - 156 p.

9. Лукин, С.А. Предельные параметры инертных газовых смесей / С.А. Лукин, Ю.А. Маянц, Д.И. Ширяпов // Новые технологии в газовой промышленности: газ, нефть, энергетика. XIII Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов : тезисы докладов. - М. : Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина, 2019. - С. 196-197.

10. СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы. - М. : Госстрой, ФАУ "ФЦС", 2013. - 92 с.

11. ГОСТ Р 55989-2014. Магистральные газопроводы. Нормы проектирования на давление свыше 10 МПа. Основные требования. - М. : Стандартинформ, 2015. - 101 с.

12. Лукин, С.А. Предотвращение образования взрывоопасных смесей при эксплуатации конденсатопроводов / С.А. Лукин, Ю.А. Маянц, Д.И. Ширяпов, А.С. Алихашкин // Газовая промышленность. - 2021. - № 10 (822). - С. 64-71.

13. СТО Газпром 14-2005. Типовая инструкция по безопасному проведению огневых работ на газовых объектах ОАО "Газпром". - М. : ИРЦ Газпром, 2005. - 58 с.

14. Кошкин, В.К. Термодинамическая теория истечения газов и паров, процесс дросселирования / В.К. Кошкин,Т.В. Михайлова. - М. : МАИ, 1983 - 53 с.

15. Perkins, T.K. Safe purging of natural gas pipelines / T.K. Perkins, J.A. Euchner // SPE Production Engineering, - 1988. - November. - P. 663-668.

16. Liu, X. Comparison and application of gas replacement schemes in gas pipelines/X. Liu, Y. Xie, Z. Yuan, X. Fang // OGST. - 2008. - № 27 (1). - P. 47-50.

17. Setiaji, I. Pipeline commissioning: purging air with gas [Электронный ресурс] / I. Setiaji // Irawan Setiaji. - Режим доступа: https://irawansetiaji.wordpress.com/2016/02/04/pipeline-commissioning-purging-air-with-gas/.

18. Федоров, В.Ф. Определение величины взрывоопасной области при вытеснении из трубопровода воздуха газом / В.Ф. Федоров // Транспорт и хранение газа. - 1979. - № 4. - С. 1721.

19. Mohitpour, M. Pipeline design & construction : a practical approach - Third edition / M. Mohitpour, H. Golshan, A. Murray. - New York : ASME Press, 2007. - 760 p.

20. Патент № 2680014 C1 Российская Федерация, МПК F17D 1/02, F17D 3/08. Способ вытеснения газа из выводимого в ремонт участка магистрального газопровода и система для его осуществления: № 2018116065: заявл. 27.04.2018: опубл. 14.02.2019 / Б.Н. Антипов, А.М. Короленок, А.С. Лопатин, А.А. Назаретова; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина".

21. Патент № 2741178 C2 Российская Федерация, МПК F16L 55/26, F16L 55/12. Способ продувки участка газопровода и устройство для его осуществления: № 2018137896: заявл. 26.10.2018: опубл. 22.01.2021 / И.Г. Ткаченко, С.Г. Шабля, С.В. Твардиевич [и др.]; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Краснодар".

22. Лукин, С.А. Исследование процесса вытеснения газа из трубопровода другим газом : магистерская диссертация / Лукин Серей Александрович. - М., 2020. - 104 с.

23. Xue, J. Research on gas mixing law during replacement process of gas pipeline putting into operation / J. Xue, P. Zhang и etc. // Natural gas Industry storage and transportation and consolidation and transportation. - 2006. - Vol. 26. - Is. 12. - P. 1-3.

24. Frisoli, C. Purging and load operations of Bolivia - Brazil gas pipeline / C. Frisoli, J.A. Carvalho de Faria, F.J. Ennes Senna // 2004 International Pipeline Conference. - 2004. - Vol. 1, 2, and 3. - P. 1-5.

25. Cui, M. Principles of and tips for nitrogen displacement in gas pipeline commissioning / M. Cui, C. Wu // Natural Gas Industry B. - 2015. - 2. - P. 263-269.

26. Теренци, А. Газопровод Nord Stream применение азотной пробки при продувке трубопровода / А. Теренци, М. Пальялунга, Д. Зеноби, М. Казирати, Д. Марибу, В. Боровик // Oil&Gas Journal Russia. - 2013. - №12. - С. 70-76.

27. Лукин, С.А. Расчет параметров азотной пробки при вытеснении газа из магистрального газопровода / С.А. Лукин, Д.И. Ширяпов, А.С. Алихашкин, Ю.А. Маянц // Трубопроводный транспорт - 2022: тезисы докладов XVII Международной научно-практической конференции / редкол: Р.Н. Бахтизин, С.М. Султанмагомедов и др. - Уфа : Изд-во УГНТУ, 2022. - С. 238-240.

28. Kun, H. Natural gas pipeline commissioning displacement nitrogen injection capacity calculation study / H. Kun, K.R. Shen, Y. Xian // Applied Mechanics and Materials. - 2013. - Vol. 321-324. - P. 278-281.

29. Tang, S. The production replacement of Jingbian-Shanghai gas pipeline / S. Tang, F. Zhang // OGST. - 2005. - № 24 (5). - P. 54-57.

30. Патент № 2261396 C1 Российская Федерация, МПК F17D 1/00. Способ вытеснения природного газа из участка газопровода, подлежащего ремонту: № 2004111512/06: заявл. 15.04.2004: опубл. 27.09.2005 / В.И. Хоменко, К.П. Быковец, П.Я. Литвинов, И.М. Рудавец; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "Современные технологии для газа и нефти".

31. Marshall, M.R. Pipe purging operations / M R. Marshall, R.P. Cleaver, C.L. Hinsley // 1992 International Gas Research Conference. - 1992. - Vol. 1 - P. 1058-1067.

32. Лурье, М.В. Теоретические основы трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и газа : учебник / М.В. Лурье. - М. : ООО "Издательский дом Недра", 2017. -477 с.

33. Диффузия [Электронный ресурс]//Поле цифровой дидактики. - Режим доступа: http ://digi da.mgpu .ru/index.php.

34. Шарифуллин, В.Н. Анализ взрывоопасности процесса продувки газопровода / В.Н. Шарифуллин, Р.А. Кантюков, В.П. Мешалкин // Газовая промышленность. - 2015. - № S2 (724). - С. 34-36.

35. Голунов, Н.Н. Использование противотурбулентных присадок в зоне контакта партий разносортных нефтепродуктов для уменьшения смесеобразования при

последовательной перекачке : дис. ... канд. техн. наук : 25.00.19 / Голунов Никита Николаевич. - М., 2006. - 135 с.

36. Taylor, G.I. The dispersion of matter in turbulent flow through a pipe / G.I. Taylor // Proceedings of the Royal Society, Series A. - 1954. - Vol. 223. - № 1155. - P. 446-468.

37. Taylor, G.I. Diffusion and mass transport in tubes / G.I. Taylor // Proceedings of the Physical Society, Section B. - 1954. - Vol. 67. - № 440B. - P. 857-869.

38. Davidson, J.F. Gas mixing in long pipelines / J.F. Davidson, D.C. Farquharson, J.Q. Picken, D.C. Taylor // Chemical Engineering Science. London. - 1955. - Vol. 4. - № 5. - P. 201205.

39. Нечваль, М.В. О смешивании газов при последовательной перекачке / М.В. Нечваль, В.С. Яблонский // Изв. вузов "Нефть и газ". - 1963. - № 12. - С. 75-80.

40. Александров, А.А. Компьютерное моделирование процесса смесеобразования при последовательной перекачке нефтепродуктов [Электронный ресурс] / А.А. Александров // Международный научный журнал «Синергия Наук». - Режим доступа: http://synergy-j ournal. ru/archive/arti cle3743.

41. Голунов, Н.Н. О феноменологической теории турбулентности жидкости с малыми протувотубулентными присадками / Н.Н. Голунов, МВ. Лурье // Трубопроводный транспорт углеводородов: Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции, Омск, 30 октября 2020 года. - Омск : Омский государственный технический университет, 2020. - С. 6469.

42. Лурье, М.В. Транспортировка партий водорода по газопроводу в потоке природного газа / М.В. Лурье // Территория Нефтегаз. - 2020. - № 11-12. - С. 84-88.

43. Ишмухаметов, И.Т. Трубопроводный транспорт нефтепродуктов / И.Т. Ишмухаметов, С.Л. Исаев, М.В. Лурье, С.П. Макаров. - М. : Нефть и газ, 1999. - 300 с.

44. Zhu, H. Numerical investigation of gas mixture length of nitrogen replacement in large-diameter natural gas pipeline without isolator / H. Zhu, Q. Han // Hindawi Publishing Corporation Journal of Applied Mathematics. - 2014. - Vol. 2014. - 11 p.

45. Fu, C. Influencing factors of nitrogen displacement in gas pipelines / C. Fu // Oil and gas storage and transportation. - 2011. - № 30 (2). - P. 94-96.

46. Ye, H. Gas migration laws and nitrogen injection rate optimization in the commissioning process of large-diametr gas pipes in the Russia-China Eastern Route Pipeline project / H. Ye, G. Li and etc. // NATER. GAS IND. - Vol. 40. - Is. 9. - P. 123-130.

47. Лукин, С.А. Метод характеристик и его применение для расчета газопровода с отводом / С.А. Лукин, Д.И. Ширяпов, В.В. Васильковский // Трубопроводный транспорт - 2021:

тезисы докладов XVI Международной учебно-научно-практической конференции / редкол: Р.Н. Бахтизин, С.М. Султанмагомедов и др. - Уфа : Изд-во УГНТУ, 2021. - С. 128-129.

48. Дубинский, В.Г. Испытания, осушка полости и заполнение природным газом газопроводов : учебное пособие / В.Г. Дубинский, Б.Л. Житомирский, Д.А. Кудрявцев, А.С. Лопатин, К.Х. Шотиди. - М. : Изд. центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2017. - 131 с.

49. Шахт, В. Исследование процесса взаимного вытеснения газов в трубопроводах : дис. ... канд. техн. наук : 05.15.07 / Шахт Вольфганг. - М., 1979. - 331 с.

50. Земенков, Ю.Д. Газовые сети и газохранилища: учебник / Ю.Д. Земенков,

A.Д. Прохоров, Г.Г. Васильев, Е.И. Яковлев, А.И. Гольянов, В.Л. Стативко, Н.Х. Халлыев. -М. : ООО "ИРЦ Газпром", 2004. - 359 с.

51. ГОСТ Р 8.974-2019. Государственная система обеспечения единства измерений. Газовый анализ. Пересчет данных состава газовых смесей. - М. : Стандартинформ, 2019. - 7 с.

52. Лукин, С.А. Предотвращение стратификации при взаимном вытеснении газов из магистрального газопровода / С.А. Лукин, А.С. Алихашкин, Д.И. Ширяпов, Ю.А. Маянц,

B.В. Васильковский // Вести газовой науки. - 2024. - № 1 (57). - С. 75-82.

53. Шадрина, Е.М. Определение теплофизических свойств газов, жидкостей и водных растворов веществ: метод. указания / Е.М. Шадрина, Г.В. Волкова. - Иваново : Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2009. - 80 с.

54. Бобровский, С.А. Газовые сети и газохранилища / С.А. Бобровский, Е.И. Яковлев. - М. : Недра, 1980. - 413 с.

55. СТО Газпром 2-3.5-051-2006. Нормы технологического проектирования магистральных газопроводов. - М. : ООО "Газпром экспо", 2006. - 196 с.

56. Попова, Т.Н. Физические основы теплотехники: конспект лекций / Т.Н. Попова, А.И. Уколов. - Керчь : Керч. гос. морс. технол. ун-т, 2015 - 178 с.

57. Лурье, М.В. Задачник по трубопроводному транспорту нефти, нефтепродуктов и газа: учебное пособие / М.В. Лурье. - М. : РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2011. - 333 с.

58. Лукин, С.А. Исследование процесса вытеснения газа из трубопровода другим газом / С.А. Лукин, Д.И. Ширяпов, А.С. Алихашкин // Новые технологии в газовой промышленности: газ, нефть, энергетика : XIV Всероссийская конференция молодых ученых специалистов и студентов : тезисы докладов. - М. : РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2022. - С. 193-194.

59. Российская газовая энциклопедия: в 3-х т. - Т.3: Строительство и эксплуатация отраслевой инженерно-технической инфраструктуры, коммерческая продукция газовой промышленности / под ред. О.Е. Аксютина. - СПБ. : Газпром ВНИИГАЗ, 2023. - 320 с.

60. Simpson, J.E. Gravity currents: In the environment and the laboratory / J.E. Simpson. -Chichester : Ellis Horwood, 1987. - 244 p.

61. Failure Investigation Report - Liquefied Natural Gas (LNG) Peak Shaving Plant, Plymouth, Washington [Электронный ресурс] // United States Department of Transportation. -Режим доступа: https://www.phmsa.dot.gov/sites/phmsa.dot.gov/files/docs/FIR_and_APPENDICES_ PHMSA_WUTC_Williams_Plymouth_2016_04_28_REDACTED.pdf.

62. Improper purging procedure results in hydrogen fire [Электронный ресурс] // HydrogenTools: lessons learned. - Режим доступа: https://h2tools.org/lessons/improper-purging-procedure-results-hydrogen-fire.

63. Härtel, C. A numerical simulation study of two-dimensional gravity currents / C. Härtel, M. Michaud // Mixing and dispersion in stably stratified flows. - 1999. - P. 23-37.

64. Härtel, C. A direct numerical simulation approach to the study of intrusion fronts / C. Härtel, L. Kleiser, M. Michaud, C.F. Stein // Journal of Engineering Mathematics. - Vol. 32. -1997. - P. 103-120.

65. Linden, P.F. Gravity-driven flows in a turbulent fluid / P.F. Linden, J.E. Simson // Fluid Mech. - 1980. - Vol. 172. - P. 481-497.

66. Mohitpour, M. Planning for purging and loading of a newly constructed gas pipeline system using a pipeline simulator / M. Mohitpour, J.A. Kazakoff, A. Jenkins, D. Montemurro // 2000 International Pipeline Conference. - 2000. - Vol. 1. - P. 81-89.

67. Xu, Y. Study on the gas diffusing rule for the «gas-to-gas process» of gas transmission pipeline during commissioning / Y. Xu, X. Song et al. // OGST. - 2008. - № 27 (1). - P. 11-13.

68. BS EN 12327:2012. Gas infrastructure. Pressure testing, commissioning and decommissioning procedures. Functional requirements. [Электронный ресурс] // EN 12327:2012. -Режим доступа: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/cen/ d1502631-299a-4896-aa36-7094615b4225/en-12327-2012.

69. Лукин, С.А. Экспериментальное исследование стратификации газов в трубах малого диаметра / С.А. Лукин, Д.И. Ширяпов, А.С. Алихашкин, Ю.А. Маянц, В.В. Васильковский // Газовая промышленность. - 2024. - № 10 (872). - С. 74-81.

70. Kooiman, A.J. Purging hydrogen pipes: minimum purging velocities for commissioning and decommissioning / A.J. Kooiman, C. Lock, C.J.A. Pulles // KIWA NL Report GT-200289. -March 2021. - https://dx.doi.org/10.5281/zenodo.5142228.

71. Фокеева, Л.Х. Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика. Часть 2. Гидродинамика : учебное пособие / Л.Х. Фокеева. - Казань : Казан. ун-т, 2017. - 84 с.

72. Gant, S.E. Purging hydrogen distribution pipelines: literature review, description of recent experiments and proposed future work [Электронный ресурс] / S.E. Gant, A.R. Halford,

S. Coldrick, D. Allason, C. Huéscar Medina, J. Hall, R. Oxley, R. Mallinder, N. Travers, S B. Dalziel, P.F. Linden // International Conference on Hydrogen Safety (ICHS). - 2023. - Режим доступа: https://hysafe.info/uploads/papers/2023/131.pdf.

73. СТО Газпром 2-3.5-1249-2021. Maгистpaльные газопроводы. Консервация с применением азота. Технические требования. - СПб. : ООО "Газпром экспо", 2022. - 56 с.

74. СТО ГТК 100-02.10.7-94-2016. Типовая инструкция по вытеснению газовоздушной смеси (воздуха) из полости отремонтированных участков трубопроводов. -Каз. : ФГБОУ ВО "КНИТУ", 2016. - 30 с.

75. СТО Газпром 3.3-2-044-2016. Mетодикa нормирования расхода природного газа на собственные технологические нужды и технологические потери магистрального транспорта газа. - СПб. : ООО "Газпром экспо", 2018. - 84 с.

76. СТО Газпром 3.3-2-024-2011. Mетодикa нормирования расхода природного газа на собственные технологические нужды и технологические потери магистрального транспорта газа. - M. : OAO "Триада, ЛТД", 2011. - 68 с.

77. Mетодикa определения расхода природного газа на собственные технологические нужды линейной части магистрального газопровода, газоизмерительных станций. - M. : ООО "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий ВНИИГAЗ", 2003. - 29 с.

78. Дубинский, В.Г. Теория и практика испытаний на прочность и ввода в действие газопроводов : монография / В.Г. Дубинский, И.Ф. Егоров, A.C Лопатин, A3. Топилин, Б.Л. Житомирский, A.A. Филатов, К.В. Выскребенцев, Д-M. Ляпичев, ДА. Кудрявцев; под ред. В.Г. Дубинского, И.Ф. Егорова, A.C Лопатина. - M. : MA^ Пресс, 2015. - 576 с.

79. Справочник по специальным функциям / под ред. M. Aбpaмовицa и И. Стиган. -M. : Недра, 1977. - 519 с.

80. Кантюков, Р.Р. Сокращение потерь газа при вытеснении газовоздушной смеси из полости отремонтированных участков магистральных газопроводов / Р.Р. Кантюков, Р.Х. Султангареев, Р.И. Mapдaшнин, С.В. Крашенинников // Газовая промышленность. - 2017. - M 7 (755). - С. 50-53.

81. Федоров, В.Ф. Исследование турбулентного перемешивания газов в трубопроводе : дис. ... канд. техн. наук : 05.15.07 / Федоров Владимир Федорович. - M., 1975. - 142 с.

82. Федоров, В.Ф. Распределение концентрации газа в потоке воздуха в трубопроводе / В.Ф. Федоров // Газовая промышленность. - 1974. - M 6. - С. 54-55.

83. Федоров, В.Ф. Экспериментальные исследования перемешивания газов в трубопроводе / В.Ф. Федоров // Газовая промышленность. - 1971. - M 2. - С. 13-17.

84. Нечваль, М.В. Определение объема смеси при последовательной перекачке газов / М.В. Нечваль, В.Ф. Новоселов // Изв. вузов "Нефть и газ". - 1965. - № 4. - С. 77-82.

85. Нечваль, М.В. Исследование процесса смешения при последовательном движении газов по одному трубопроводу : дис. ... канд. техн. наук : 05.00.00 / Нечваль Михаил Васильевич. - Уфа, 1965. - 144 с.

86. Марон, В.И. Уравнения турбулентного перемешивания газов, движущихся в трубе / В.И. Марон // Газовая промышленность. - 1970. - № 3.

87. Сафонов, В.С. Обоснование режимных параметров технологических трубопроводов комплексов СПГ с учетом требований промышленной безопасности / В.С. Сафонов // Вести газовой науки. - 2017. - №1 (29). - С. 83-99.

88. Голунов, Н.Н. Уменьшение объема смеси нефтепродуктов при последовательной перекачке / Н.Н. Голунов // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2018. - Т. 8. - № 1. - С. 68-73.

89. ТР ЕАЭС 046/2018. Технический регламент Евразийского экономического союза "О безопасности газа горючего природного, подготовленного к транспортированию и (или) использованию" [Электронный ресурс]: [принят Решением Совета Евразийской экономической комиссии от 14.09.2018 № 74] / Евразийская экономическая комиссия. - Режим доступа: https://eec.eaeunion.org/comission/department/deptexreg/tr/TR_EAEU_046.php.

90. СТО Газпром 089-2010. Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия. - М. : ОАО "Газпром", 2011. - 12 с.

91. ГОСТ Р 51330.19-99. Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 20. Данные по горючим газам и парам, относящиеся к эксплуатации электрооборудования. - М. : Стандартинформ, 2007. - 24 с.

92. Bischoff, K.B. An example of the use of combined models: mixing in a tabular reactor with return bends / K.B. Bischoff // A.LCh.E. Journal. - 1964. - Vol. 10. - № 4. - P. 584-598.

93. РД 153-39.4-079-01. Методика определения расходов газа на технологические нужды предприятий газового хозяйства и потерь в системах распределения газа. [Электронный ресурс] // EN 12327:2012. - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200030215.

94. Лукин, С.А. Сокращение выбросов метана за счет совершенствования алгоритма расчета параметров заполнения магистрального газопровода / С.А. Лукин, Д.И. Ширяпов, А.С. Алихашкин, В.В. Васильковский // Экологическая безопасность в газовой промышленности: тезисы докладов. - М. : Газпром ВНИИГАЗ, 2021. - С. 57.

95. СТО Газпром 2-2.3-231-2008. Правила производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов ОАО "Газпром". - М. : ООО "Газпром экспо", 2008. - 71 с.

96. ГОСТ Р 56001-2014. Арматура трубопроводная для объектов газовой промышленности. Общие технические условия. - М. : Стандартинформ, 2014. - 71 с.

97. Парфенов, Д.В. Предупреждение нагрева элементов крановых узлов при заполнении газом участков магистральных газопроводов : дис. ... канд. техн. наук : 25.00.19 / Парфенов Дмитрий Валерьевич. - Ухта, 2018. - 188 с.

98. Патент № 2796731 С1 Российская Федерация, МПК F17D 1/02. Способ вытеснения газовоздушной смеси через стояки отбора газа и устройство для его осуществления: № 2021139950: заявл. 30.12.2021: опубл. 29.05.2023 / Ш.Г. Шарипов, Р.В. Закирьянов, А.В. Яровой [и др.]; заявитель общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Уфа".

99. СТО Газпром 2-3.5-1195-2020. Магистральный газопровод. Обвязка технологического оборудования. Технико-технологические и конструктивные решения. -СПб. : ООО "Газпром экспо", 2020. - 27 с.

Акт о внедрении результатов диссертационной работы в СТО Газпром 2-3.5-1249-2021 «Магистральные газопроводы. Консервация с применением

азота. Технические требования»

УТВЕРЖДАЮ

Главный инженер

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Лукина Сергея Александровича

Настоящим актом подтверждаем, что результаты диссертационной работы Лукина Сергея Александровича «Совершенствование методик расчета параметров вытеснения газа при предпусковых и пусковых операциях на магистральных газопроводах», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.8.5 «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ», использовались при разработке нормативного документа СТО Газпром 2-3.5-1249-2021 «Магистральные газопроводы. Консервация с применением азота. Технические требования», разработанного ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по договору с ПАО «Газпром» № 6092-333-17-9 от 09.10.2018.

Данный нормативный документ определяет основные требования к технологии и техническим средствам, используемым для заполнения участков газопровода азотом с целью их консервации. Данный стандарт является обязательным к применению всеми структурными подразделениями, дочерними обществами и организациями ПАО «Газпром», проектными и эксплуатирующими организациями.

Начальник Корпоративного научно-технического центра технологий строительства, эксплуатации и

Рисунок А.1 - Акт о внедрении результатов диссертационной работы в СТО Газпром 2-3.5-1249-2021 «Магистральные газопроводы. Консервация с применением

азота. Технические требования»

Начальник Лаборатории методического обеспечения предпусковых и пусковых операций, к.т.н

ремонта, к.т.н.

Акт о внедрении результатов диссертационной работы в проект СТО Газпром «Проектирование и строительство. Предпусковые операции на магистральных газопроводах. Порядок вытеснения природным газом азота, воздуха или газовоздушной

смеси из полости магистральных газопроводов»

Рисунок Б.1 - Акт о внедрении результатов диссертационной работы в проект СТО Газпром «Проектирование и строительство. Предпусковые операции на магистральных газопроводах. Порядок вытеснения природным газом азота, воздуха или газовоздушной смеси из полости

магистральных газопроводов»

Иллюстрация стратификации, возникающей при проведении экспериментов по вытеснению при различных объемных расходах вытесняющего газа

б)

а) вид сбоку; б) вид с конца трубы Рисунок В.1 - Стратификация в конце трубы при «сверхнизком» расходе (4 л/мин) при вытеснении воздуха углекислым газом из трубы с ^внугр 46 мм протяженностью 1 м

в)

Рисунок В.2 - Стратификация в середине трубы при «сверхнизком» расходе (4 л/мин) при вытеснении воздуха углекислым газом из трубы с ^внутр 46 мм протяженностью 1 м в разные

моменты времени (а-в)

г)

Рисунок В.3 - Стратификация в начале трубы при «сверхнизком» расходе (4 л/мин) при вытеснении воздуха углекислым газом из трубы с ^внутр 46 мм протяженностью 1 м в разные

моменты времени (а-г)

Рисунок В.4 - Стратификация в конце трубы при «низком» расходе (10 л/мин) при вытеснении воздуха углекислым газом из трубы с ^внутр 46 мм протяженностью 1 м

а)

1 ■

V Л 1 и у ь .__

б)

в)

г)

Рисунок В.5 - Стратификация в начале трубы при «низком» расходе (10 л/мин) при вытеснении воздуха углекислым газом из трубы с ^внутр 46 мм протяженностью 1 м в

разные моменты времени (а-г)

в)

Рисунок В.6 - Стратификация в середине трубы при «низком» расходе (10 л/мин) при вытеснении воздуха углекислым газом из трубы с ^внутр 46 мм протяженностью 1 м в разные

моменты времени (а-в)

б)

а) при расходе 20 л/мин; б) при расходе 25 л/мин Рисунок В.7 - Стратификация в конце трубы при «среднем» расходе при вытеснении воздуха углекислым газом из труб с ^внутр 46 мм протяженностью 1 м

Номограммы для определения продолжительности вытеснения природным газом воздуха или газовоздушной смеси по окончании локального капитального ремонта линейной

части магистрального газопровода

Ьр/ь

¿выт.кр. - продолжительность вытеснения, мин; - условный диаметр МГ, мм; - условный диаметр свечной линии, мм; Ьтр - длина продуваемого участка МГ между линейными КУ, км; ЬР - расстояние от начала ремонтного участка до продувочной свечи, км; Рн - давление на входе

участка МГ, МПа

Рисунок Г.1 - Номограмма для определения продолжительности вытеснения природным газом

воздуха или ГВС из МГ Ду 300 со свечой Ду 100

Ьр/Ь

Рисунок Г.2 - Номограмма для определения продолжительности вытеснения природным газом

воздуха или ГВС из МГ Ду 500 со свечой Ду 150

Ьр/Ь

Рисунок Г.3 - Номограмма для определения продолжительности вытеснения природным газом

воздуха или ГВС из МГ Ду 700 со свечой Ду 200

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

В = 1000 мм

мг

В = 300 мм

св

Р = 0,1 МПа

н

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

Ьр/Ьтр

Ьтр=50 км

45 40 35 30

25 20 15 10 5

1,0

Рисунок Г.4 - Номограмма для определения продолжительности вытеснения природным газом

воздуха или ГВС из МГ Ду 1000 со свечой Ду 300

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Б =

1200 мм

мг

Б св = 300 мм

р = н

0,1 мпа

L

45 40 35 30 25 20 15 10 5

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Ьр/Ьтр

Рисунок Г.5 - Номограмма для определения продолжительности вытеснения природным газом

воздуха или ГВС из МГ Ду 1200 со свечой Ду 300

160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

0,1

В = 1400 мм мг

В = 300 мм св Р = 0,1 МПа н

Ь

■ ~~1 1 г~ ~~Г~1 г~ ~~Г~1 г~ ~~Г~1 г~ ~~Г~1 г~ ~~Г~1 г ~~1 П- ~~1 П-

0,2

0,3

0,4

0,5 0,6

Ьр^Ьтр

0,7

0,8

0,9

р=50 км

45 40 35 30 25 20 15 10 5

1,0

Рисунок Г.6 - Номограмма для определения продолжительности вытеснения природным газом

воздуха или ГВС из МГ Ду 1400 со свечой Ду 300

Инструкция по определению продолжительности вытеснения с помощью разработанных

номограмм

30 20 10 0

Хтр=50 км

45 40 35 30 25 20 15 10 5

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Ьр/Ьтр

Рисунок Д.1 - Пример использования разработанной номограммы для определения продолжительности вытеснения природным газом воздуха или ГВС из МГ

Исходные данные:

- условный диаметр МГ Бмг = 1000 мм;

- условный диаметр свечной линии Бсв = 300 мм;

- длина продуваемого участка МГ между линейными КУ Ьтр = 30 км;

- расстояние от начала ремонтного участка до продувочной свечи Ьр = 24 км. Порядок определения продолжительности вытеснения:

1) вычисляется отношение Ьр / Ьтр = 24/30 = 0,8;

2) из Приложения Г выбирается номограмма, соответствующая Бмг = 1000 мм и Бсв = 300 мм - Рисунок Г.4 (Приложение Г);

3) по номограмме в соответствии с известными Ьр / Ьтр = 0,8 и Ьтр = 30 км находится продолжительность вытеснения ^п^. = 41 мин - Рисунок Д.1.