3.6. Температурный режим грс

Газораспределительные станции предназначены для приема газа высокого давления из магистральных газопроводов, а так­же для снижения и поддержания давления на заданном уровне. Снижение давления газа на ГРС приводит к значительному ох­лаждению газа, особенно при больших перепадах давления. Ох­лаждение газа является причиной образования гидратов и обмерзания регулирующих клапанов, запорной арматуры, кон­трольно-измерительных приборов и трубопроводов. Гидратообразование и обмерзание коммуникаций значительно усложняют условии эксплуатации ГРС, приводят к перебоям в снабжении газом потребителей, нарушают нормальную работу контрольно-измерительных приборов и исключают возможность полной их автоматизации. Кристаллогидраты природных газов внешне по­хожи па мокрый спрессованный снег, переходящий в лед. Об­разовавшиеся гидраты создают пробки в трубопроводах и от­лагаются на деталях регуляторов, что приводит к примерза­нию затворов к седлам и закупориванию проходных сечений регуляторов давления. Области отложения твердых кристалло­гидратов в корпусе регулятора давления 2 и наружного обмер­зания корпуса 1 вследствие редуцирования газа показаны на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Области отложения кристаллогидратов

При проектировании и эксплуатации ГРС для выявления условий гидратообразования и обмерзания оборудования не­обходимо знать температуру газа после регулирующего кла­пана. В общем случае теплоемкость газа и коэффициент Джоу­ля—Томсона зависят от давления и температуры. Для упрощения задачи эти величины примем постоянными и равными средним значением для рассматриваемого процесса.

Температура газа на выходе ГРС зависит от перепада дав­ления, коэффициента Джоуля - Томсона и изменения линейной скорости газа. Изменение температуры на элементарном уча­стке процесса

.

После интегрирования от состояния Т_н, р_н и до состояния Т_к, р_к и получим температуру газа после регулирующего клапана

.

При малых изменениях линейной скорости газа влиянием скорости по сравнению с эффектом дросселирования можно пренебречь:

.

Практика показала, что наблюдаются случаи, когда газ из магистральных газопроводов поступает на ГРС с большим со­держанием влаги с температурой точки росы от -2 до +5°С.

При этом фактическая температура газа в зимнее время в сред­ней зоне России может достигать -3°С и ниже. При редуциро­вании газа в регуляторах давления температура газа за регу­лятором снижается еще больше (примерно на 0,5 К на 0,1 МПа снижения давления). Так, при снижении давления с 3,5-4 до 0,3 МПа температура газа понижается на 17-19 К и дости­гает -20 -22°С.

Для исключения возможности образования гидратов при по­нижении температуры газ необходимо подогреть. При исполь­зовании специальных теплообменников в качестве теплоноси­теля применяют горячую воду. Обычно считается, что гидраты не будут образовываться, если влагосодержание насыщенного газа при дросселировании не опустится ниже влагосодержания газа, поступающего на ГРС. Фактическую температуру подо­грева принимают несколько больше полученной из расчетов. Необходимость отопления самого помещения ГРС определяется в зависимости от климатических условий, влажности транспортируемого газа и конструкции применяемого оборудовании и контрольно-измерительных приборов. В помещениях газорегуляторных пунктов следует предусматривать водяное или паровое отопление как от централизованного источника тепла, так и от индивидуальной отопительной установки. Максимальная температура на поверхности нагревательных приборов не долж­на превышать 95°С, а температура в помещении при этом 30°С. Отопительная установка при устройстве в ГРС местного водяного отопления должна размещаться в изолированном, имеющем самостоятельный выход помещении, отделенном от технологического, а также от других помещений РС глухими газонепроницаемыми и противопожарными стенами с пределом огнестойкости не менее 2,5 ч.

Допускается электрообогрев помещения ГРС или отдельного оборудования при наличии лимитов на электроэнергию и усло­вии выполнения устройств отопления во взрывозащищенном исполнении. Температура нагрева наружных поверхностей обо­лочек электрооборудо-вания не должна превышать 115⁰С. Температура отапливаемых помещений газорегуляторных пунктов должна быть не менее 5°С.

Для предотвращения обмерзания регуляторов прямого дей­ствия и регулирующих клапанов на ГРС используются клапаны и регуляторы с обогревом корпуса горячей водой (рис.3.17). С этой целью с наружной стороны корпуса регулятора или ре­гулирующего клапана 2 приваривается стальной кожух 1, ко­торый подключается к системе циркуляции горячей воды на ГРС.

Рис. 3.17. Регулирующий клапан с обогревом корпуса горячей водой

Снижение давления используют для ликвидации уже обра­зовавшихся гидратов. Метод снижения давления дает положи­тельный эффект для ликвидации гидратной пробки, образовав­шейся при положительных температурах. Хорошие результаты дает метод снижения давления с периодическим вводом инги­биторов которые переводят воду из гидрата в раствор с низкой температурой замерзания и тем самым позволяют ликвидировать гидратные пробки.

В тех случаях, когда изложенные способы не могут быть использованы для борьбы с гидратами, применяют метод ввода в поток газа антигидратных ингибиторов: метиловый спирт (ме­танол) этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, этилкарболит или электролиты в виде растворов хлористого каль­ция, поваренной соли, хлористого лития, аммиака и др.

Пример 3.1. Определить температуру газа (метана) на выходе из ГРС, если температура газа до регулирующего клапана была t₁=0⁰С, абсолютное давление р₁=4 МПа, абсолютное давление после клапана р₂=1 МПа, линейная скорость газа до клапана =30м/с.

Решение

Для метана средняя величина теплоемкости при постоянном давлении может быть принята с_р=2300 Дж/(кг°С). Коэффициент Джоуля-Томсона

D_i=4 К/МПа.

Если диаметры трубопроводов до и после регулирующего клапана равны между собой, то можно считать, что скорость газа после клапана приближенно составляет

м/с.

Температура газа после регулирующего клапана

Из приведенного расчета следует, что температура газа в рассмотренном случае снижается главным образом под влиянием эффекта Джоуля-Томсона.