«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Моделирование процессов транспорта газа по трубопроводам

УДК: 004.942:519.242:519.6:681.5
DOI: 10.33285/2782-604X-2022-11(592)-54-68

Авторы:

¹ Газпром добыча Уренгой, Новый Уренгой, Россия

Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат, процессы транспорта газа, математическая модель, система уравнений Навье – Стокса, численные методы, аналитические зависимости, степень сжатия, мощность на сжатие газа, политропный КПД, газодинамическая модель с сосредоточенными параметрами "центробежный нагнетатель – магистральный трубопровод", метод конечных элементов, метод Рунге – Кутта

Аннотация:

Диагностирование газоперекачивающего агрегата (ГПА) возможно при наличии его формального описания в исправном и неисправном техническом состоянии. Формальное описание можно представить таблицами, диаграммами, логическими соотношениями, дифференциальными уравнениями. Рассматриваются наиболее востребованные методы математического моделирования. В статье выполнен аналитический обзор, рассмотрены достоинства и недостатки существующих способов разработки математических моделей (ММ). Показаны этапы разработки ММ ГПА. Получены аналитические зависимости: степени сжатия, мощности на сжатие газа, политропного КПД. Получено численное решение газодинамической модели с сосредоточенными параметрами "центробежный нагнетатель – магистральный трубопровод".

Список литературы:

1. Новак А.В. Российский газ: энергия безграничных возможностей // Энергетическая политика. – 2020. – № 2(144). – С. 6–11. – DOI: 10.46920/2409-5516_2020_2144_6
2. Дикамов Д.В., Игнатов И.В., Лешан Д.Г. Природоохранная деятельность ООО "Газпром добыча Уренгой" // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2019. – № 4(289). – С. 60–63. – DOI: 10.33285/2411-7013-2019-4(289)-60-63
3. Veziroglu T.N., Sahin S. 21st Century’s energy: Hydrogen energy system // Energy Conversion and Management. – 2008. – Vol. 49, Issue 7. – P. 1820–1831. – DOI: 10.1016/j.enconman.2007.08.015
4. "Зеленый" и/или "голубой" водород / М.Х. Сосна, М.В. Крючков, М.В. Масленникова, М.В. Пустовалов // Нефтегазохимия. – 2020. – № 3-4. – С. 21–23. – DOI: 10.24412/2310-8266-2020-3-4-21-23
5. The rise of the hydrogen economy / Wood Mackenzi. – URL: https://www.woodmac.com/nslp/hydrogen-guide/ (дата обращения 20.11.2021).
6. Balat M. Potential importance of hydrogen as a future solution to environmental and transportation problems // Int. J. of Hydrogen Energy. – 2008. – Vol. 33, Issue 15. – P. 4013–4029. – DOI: 10.1016/j.ijhydene.2008.05.047
7. Сунагатов М.Ф., Климов П.В., Гумеров А.К. Влияние водорода на характер разрушения трубопроводов // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2010. – № 3(81). – С. 35–42.
8. Yartys V.A., Lototsky M.V. An overview of hydrogen storage methods // Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials. NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry. – 2004. – Vol. 172. – P. 75–104. – DOI: 10.1007/1-4020-2669-2_7
9. Корякин А.Ю. Комплексные решения задач разработки и эксплуатации скважин Уренгойского добывающего комплекса. – М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2016. – 272 с.
10. Кравченко Д.А., Финаев В.И. Проблемы диагностики сложных нефтегазохимических комплексов // Инженерный вестн. Дона. – 2018. – № 4(51). – С. 67. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5298
11. Кравченко Д.А. Прогнозирование состояния объектов газопромысловой технологии // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2021. – № 8(577). – С. 20–35. – DOI: 10.33285/0132-2222-2021-8(577)-20-35
12. Forrester J.W. System dynamics, systems thinking, and soft OR // System dynamics review. – 1994. – Vol. 10, Issue 2-3. – P. 245–256. – DOI: 10.1002/SDR.4260100211
13. Финаев В.И. Моделирование систем: учеб. пособие. – Таганрог: ЮФУ, 2013. – 181 с.
14. Кравченко Д.А. Вибрационная диагностика газоперекачивающего агрегата // Наука и техника в газовой пром-сти. – 2019. – № 1(77). – С. 89–98.
15. Кравченко Е.В. Решение проблемы недостоверности получаемых данных в процессе управления технологическим объектом промышленного предприятия // Инженерный вестн. Дона. – 2020. – № 12(72). – С. 272–292. – URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n12y2020/6750
16. Аюпов В.В. Математическое моделирование технических систем: учеб. пособие. – Пермь: Прокростъ, 2017. – 242 с.
17. Заде Л.А. Нечеткие множества // Нечеткие системы и мягкие вычисления. – 2015. – Т. 10, № 1. – С. 7–22.
18. Микони С.В. Роль и место жёстких и мягких вычислений // Нечеткие системы, мягкие вычисления и интеллектуальные технологии (НСМВИТ-2017): тр. VII всерос. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, 03-07 июля 2017 г. – СПб.: Политехника-сервис, 2017. – Т. 1. – С. 101–109.
19. Marušić-Paloka E., Pažanin I. Non-isothermal fluid flow through a thin pipe with cooling // Applicable Analysis. – 2009. – Vol. 88, Issue 4. – P. 495–515. – DOI: 10.1080/00036810902889542
20. Тевяшев А.Д., Смирнова В.С. Математическое моделирование нестационарного неизотермического течения газа по участку трубопровода // Радиоэлектроника и информатика. – 2008. – № 2. – С. 21–27.
21. Опыт применения механистического моделирования параметров многофазного потока в стволе скважин ачимовских отложений Уренгойского НГКК с целью уточненного прогнозирования градиента давления / А.Ю. Корякин, Н.А. Дороничев, М.Ю. Сафронов [и др.] // Территория Нефтегаз. – 2015. – № 10. – С. 94–102.
22. Выбор уравнения состояния в математических моделях трубопроводного транспорта природного газа / Э.А. Бондарев, А.Ф. Воеводин, К.К. Аргунова, И.И. Рожин // Сиб. журн. вычисл. математики. – 2017. – Т. 20, № 3. – С. 239–249. – DOI: 10.15372/SJNM20170302
23. Селезнев В.Е., Пузач С.В. Численное моделирование транспортирования природного газа по трубопроводам энергетических систем // Изв. РАН. Энергетика. – 2006. – № 6. – С. 31–41.
24. Ладыженская О.А. Шестая проблема тысячелетия: уравнения Навье-Стокса, существование и гладкость // Успехи мат. наук. – 2003. – Т. 58, № 2(350). – С. 45–78.
25. Дынникова Г.Я. Лагранжев подход к решению нестационарных уравнений Навье-Стокса // Докл. Академии наук. – 2004. – Т. 399, № 1. – С. 42–46.
26. Кравченко Д.А., Финаев В.И. Задача предупреждения неисправности технологического объекта нефтегазохимического комплекса по результатам анализа статистической выборки // Инженерный вестн. Дона. – 2018. – № 4(51). – С. 127. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5362
27. Беккер А.С. К анализу помпажных явлений в системе автоматического управления газоперекачивающим агрегатом на основе бифуркации Хопфа // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. – 2016. – № 1. – С. 46–52.
28. Кутузов О.И., Татарникова Т.М. Из практики применения метода Монте-Карло // Заводская лаб. Диагностика материалов. – 2017. – Т. 83, № 3. – С. 65–70.
29. Арсеньев Л.В., Тырышкин В.Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. – Л.: Машиностроение, 1982. – 247 с.
30. Селезнев В.Е., Алешин В.В., Клишин Г.С. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 446 с.