Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько"
Представляя один из самых перспективных потенциальных источников энергии, метан сегодня является не только источником постоянной опасности для шахтеров, но и одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды. Цель настоящей научной работы разработать методику расчета параметров поверхностной дег...
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2016
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138305 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" / Д.А. Дудля Е.Е. Притула, Б.В. Бокий // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 78-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138305 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1383052025-02-09T11:41:36Z Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" Методологія розрахунку параметрів поверхневої дегазаційної газотранспортної системи в умовах ПАТ «Шахта ім. О.Ф. Засядька» Methodology for calculating parameters of the ground degassing gas-transport system for conditions of the A.F. Zasyadko mine Дудля, Д.А. Притула, Е.Е. Бокий, Б.В. Представляя один из самых перспективных потенциальных источников энергии, метан сегодня является не только источником постоянной опасности для шахтеров, но и одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды. Цель настоящей научной работы разработать методику расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы и технические решения, повышающие безопасность ее эксплуатации, оперативность контроля параметров и энергоэффективность управления. Для полезного использования энергии выходного давления скважин разработана схема реконструированной поверхностной газотранспортной системы (ГТС), с использованием проложенного магистрального газопровода, диаметром 325 мм. Полученные результаты исследования позволили разработать имитационную модель для проектирования и исследований поверхностных дегазационных систем (ПДС). С помощью данной имитационной модели, специалисты шахт могут произвести расчет давлений и расходов скважин, необходимых для обеспечения потребляемого расхода газа когенерационной установкой и автомобильной газонаполнительной компрессионной станцией (АГНКС). Так же возможно проконтролировать давление в узловых точках и потери давления на участках магистрального газопровода. Представляючи одне з потенційно найперспективніших джерел енергії, сьогодні метан є не тільки джерелом постійної небезпеки для шахтарів, а й одним з найбільших забруднювачів навколишнього середовища. Мета цієї наукової роботи розробити методологію розрахунку параметрів поверхневої дегазаційної газотранспортної системи і технічні рішення, які підвищують безпеку її експлуатації, оперативність контролю параметрів і енергоефективність управління. Для корисного використання енергії вихідного тиску свердловин розроблена схема реконструйованої поверхневої газотранспортної системи (ГТС), з використанням прокладеного магістрального газопроводу, діаметром 325 мм. Отримані результати дослідження дозволили розробити імітаційну модель для проектування і досліджень поверхневих дегазаційних систем (ПДС). За допомогою даної імітаційної моделі, фахівці шахт можуть розрахувати тиск і витрати свердловин, необхідних для забезпечення споживаної витрати газу когенераційною установкою і автомобільною газонаповнювальною компресорною станцією (АГНКС). Так само можливо проконтролювати тиск в вузлових точках і втрати тиску на ділянках магістрального газопроводу. Today, methane, being one of the most perspective potential sources of energy, is at the same time a source of constant danger for miners and one of the largest polluters of environment. The purpose of this scientific work was to develop a methodology for calculating parameters of the ground degassing gas-transport system and technical solutions, which could improve safety of operation, immediacy of control parameters and energy-efficiency of management. For proper usage of the borehole output pressure, a scheme of reconstructed ground gas- transport system (GTS) was developed with using of existing gas-pipeline, diameter 325 mm. On the basis of the research results, a simulation model was developed for designing and studying the ground degassing systems (GDS). With the help of this simulation model, the mines’ specialists can calculate the borehole pressure and consumption necessary to ensure the needed gas voume for cogeneration unit and automobile gas-filling compressor station (AGFCS). It is also possible to control pressure in the key points and loss of pressure in the gas-main pipeline sections. 2016 Article Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" / Д.А. Дудля Е.Е. Притула, Б.В. Бокий // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 78-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138305 [622.831.325.3:621.643:622.96].001.24 ru Геотехнічна механіка application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Представляя один из самых перспективных потенциальных источников энергии, метан сегодня является не только источником постоянной опасности для шахтеров, но и одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды. Цель настоящей научной работы разработать методику расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы и технические решения, повышающие безопасность ее эксплуатации, оперативность контроля параметров и энергоэффективность управления. Для полезного использования энергии выходного давления скважин разработана схема реконструированной поверхностной газотранспортной системы (ГТС), с использованием проложенного магистрального газопровода, диаметром 325 мм. Полученные результаты исследования позволили разработать имитационную модель для проектирования и исследований поверхностных дегазационных систем (ПДС). С помощью данной имитационной модели, специалисты шахт могут произвести расчет давлений и расходов скважин, необходимых для обеспечения потребляемого расхода газа когенерационной установкой и автомобильной газонаполнительной компрессионной станцией (АГНКС). Так же возможно проконтролировать давление в узловых точках и потери давления на участках магистрального газопровода. |
| format |
Article |
| author |
Дудля, Д.А. Притула, Е.Е. Бокий, Б.В. |
| spellingShingle |
Дудля, Д.А. Притула, Е.Е. Бокий, Б.В. Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Дудля, Д.А. Притула, Е.Е. Бокий, Б.В. |
| author_sort |
Дудля, Д.А. |
| title |
Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" |
| title_short |
Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" |
| title_full |
Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" |
| title_fullStr |
Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" |
| title_full_unstemmed |
Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" |
| title_sort |
методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий пао "шахта им. а.ф. засядько" |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138305 |
| citation_txt |
Методология расчета параметров поверхностной дегазационной газотранспортной системы для условий ПАО "Шахта им. А.Ф. Засядько" / Д.А. Дудля Е.Е. Притула, Б.В. Бокий // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 78-91. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT dudlâda metodologiârasčetaparametrovpoverhnostnojdegazacionnojgazotransportnojsistemydlâuslovijpaošahtaimafzasâdʹko AT pritulaee metodologiârasčetaparametrovpoverhnostnojdegazacionnojgazotransportnojsistemydlâuslovijpaošahtaimafzasâdʹko AT bokijbv metodologiârasčetaparametrovpoverhnostnojdegazacionnojgazotransportnojsistemydlâuslovijpaošahtaimafzasâdʹko AT dudlâda metodologíârozrahunkuparametrívpoverhnevoídegazacíjnoígazotransportnoísistemivumovahpatšahtaímofzasâdʹka AT pritulaee metodologíârozrahunkuparametrívpoverhnevoídegazacíjnoígazotransportnoísistemivumovahpatšahtaímofzasâdʹka AT bokijbv metodologíârozrahunkuparametrívpoverhnevoídegazacíjnoígazotransportnoísistemivumovahpatšahtaímofzasâdʹka AT dudlâda methodologyforcalculatingparametersofthegrounddegassinggastransportsystemforconditionsoftheafzasyadkomine AT pritulaee methodologyforcalculatingparametersofthegrounddegassinggastransportsystemforconditionsoftheafzasyadkomine AT bokijbv methodologyforcalculatingparametersofthegrounddegassinggastransportsystemforconditionsoftheafzasyadkomine |
| first_indexed |
2025-11-25T22:24:07Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:24:07Z |
| _version_ |
1849802830027685888 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
78
УДК [622.831.325.3:621.643:622.96].001.24
Притула Д.А. аспирант
(ИГТМ НАН Украины)
Дудля Е.Е., аспирант,
Бокий Б.В., д-р техн. наук, профессор
(Государственное ВУЗ «НГУ»)
МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ДЕГАЗАЦИОННОЙ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УСЛОВИЙ
ПАО «ШАХТА ИМ. А.Ф. ЗАСЯДЬКО»
Притула Д.О. аспірант
(ІГТМ НАН України)
Дудля К.Є., аспірант,
Бокій Б.В., д-р техн. наук, професор
(Державний ВНЗ «НГУ»)
МЕТОДОЛОГІЯ РОЗРАХУНКУ ПАРАМЕТРІВ ПОВЕРХНЕВОЇ
ДЕГАЗАЦІЙНОЇ ГАЗОТРАНСПОРТНОЇ СИСТЕМИ В УМОВАХ
ПАТ «ШАХТА ІМ. О.Ф. ЗАСЯДЬКА»
Prytula D.A., Doctoral Student
(IGTM NAS of Ukraine)
Dudlya Ye.Ye., Doctoral Student,
BokіyB.V., D. Sc. (Tech.), Professor
(State HEI «NMU»)
METHODOLOGY FOR CALCULATING PARAMETERS OF
THE GROUND DEGASSING GAS-TRANSPORT SYSTEM
FOR CONDITIONS OF THE A.F. ZASYADKO MINE
Аннотация. Представляя один из самых перспективных потенциальных источников
энергии, метан сегодня является не только источником постоянной опасности для шахтеров,
но и одним из самых крупных загрязнителей окружающей среды.
Цель настоящей научной работы - разработать методику расчета параметров поверхно-
стной дегазационной газотранспортной системы и технические решения, повышающие безо-
пасность ее эксплуатации, оперативность контроля параметров и энергоэффективность
управления. Для полезного использования энергии выходного давления скважин разработана
схема реконструированной поверхностной газотранспортной системы (ГТС), с использова-
нием проложенного магистрального газопровода, диаметром 325 мм.
Полученные результаты исследования позволили разработать имитационную модель для
проектирования и исследований поверхностных дегазационных систем (ПДС).
С помощью данной имитационной модели, специалисты шахт могут произвести расчет
давлений и расходов скважин, необходимых для обеспечения потребляемого расхода газа
когенерационной установкой и автомобильной газонаполнительной компрессионной станци-
ей (АГНКС). Так же возможно проконтролировать давление в узловых точках и потери дав-
ления на участках магистрального газопровода.
Ключевые слова: газопровод, газотранспортная система, скважина, давление.
________________________________________________________________________________
© Д.А. Притула, Е.Е. Дудля, Б.В. Бокий, 2016
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
79
Экономическая выгода от добычи метана представляется огромной. Однако
тщательная количественная оценка ресурсной базы выполнена на текущий мо-
мент лишь в небольшой группе стран.
Лидером в области добычи угольного газа являются США, где его промыш-
ленная добыча началась в 1970-х годах. Другими крупными производителями
являются Австралия, Канада, КНР и Индия. Украина по разведанным запасам
угля на 6 месте в мире (табл.1).
Таблица 1 - Страны, обладающие крупнейшими запасами угля и оценочные ресурсы газа
Место
в мире
Страна
Запасы угля
(млн. т)
Наличие ресурсов
угольного газа
Оценочные ресурсы
угольного газа
(млрд.м
3
)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
США
Россия
КНР
Австралия
Индия
Украина
Казахстан
ЮАР
Польша
Бразилия
Колумбия
ФРГ
Канада
Чехия
Индонезия
Греция
Венгрия
Пакистан
Болгария
Турция
238 308
157 010
114 500
76 200
58 600
33 873
31 300
30 408
7 502
7 059
6 814
6 708
6 578
4 501
4 328
3 900
3 302
2 070
1 996
1 814
Да
Да
Да
Да
Да
Да
Да
Да
Да
-
Да
Да
Да
-
Да
-
Да
-
Да
Да
556
75 000–80 000
35 000
198
2 000
1 700
650-830
-
425–1 450
-
-
2 800
5 000–13 000
-
10 000
-
155
-
85
3 000
В Украине специалисты оценивают общие ресурсы метана в угле в
1,2 трлн. м
3
, а с учетом газа и в породах, эта цифра достигает 25 трлн. м
3
.т.е.
третье место в мире. Однако, представляя один из самых перспективных потен-
циальных источников энергии, метан сегодня является не только источником
постоянной опасности для шахтеров, но и одним из самых крупных загрязните-
лей окружающей среды [1]. Парниковая активность метана по сравнению с уг-
лекислым газом приблизительно в 20 раз выше.
Цель настоящей научной работы - разработать методологию расчета пара-
метров поверхностной дегазационной газотранспортной системы и технические
решения, повышающие безопасность ее эксплуатации, оперативность контроля
параметров и энергоэффективность управления.
На рис. 1. представлена структурная схема системы дегазации и утилизации
метана ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько» с учетом разработанных технических
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
80
решений по ее модернизации.
Рисунок 1 - Принципиальная схема транспортирования и утилизации метана
Для полезного использования энергии выходного давления скважин разра-
ботана схема реконструированной поверхностной ГТС, с использованием про-
ложенного магистрального газопровода, диаметром 325 мм, представленная на
рис.1. В составе ГТС предусмотрена турбодетандерная станция, оборудованная
3-мя турбодетандерными генераторами для выработки электроэнергии при ре-
генерации энергии сжатого газа высокого давления 0,7 МПа в низкое давление
до 10 кПа, подаваемое посредством газосмесительного регуляторного пункта
(ГСРП) в когенерационную станцию (КГЭС).
Природный газ, нагреваясь в теплообменниках отработанными газами коге-
нерации с температурой 150°С, отдает турбодетандерам энергию конденсации
паров дополнительно к энергии давления газа, повышая их КПД и предотвра-
щая выпадение из него влаги и тяжелых фракций (гидратов, пропана, бутана и
т.п.).
На этой схеме представлены действующие в настоящее время скважины ЗД-
8, МС599, 1195, МС598, ЗД-3 и ЗД-5. Подключаться к магистральному газопро-
воду они будут через газорегуляторные пункты подготовки газа (ГРПП). До-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
81
полнительно к магистральному газопроводу будут подключаться вновь ини-
циированные скважины с применением технологии пневмогидродинамического
воздействия (ПГДВ) [2,3,4].
Природный газ угольных месторождений содержит механические твердые и
жидкие примеси - песок, пыль, воду, масло, конденсат, сернистые соединения и
др. Учитывая вышеизложенное, ГРПП, устанавливаемые возле устья скважин
оборудуются вихревыми газожидкостными сепараторами СЦВ, предназначен-
ными для глубокой очистки газа от капельной, мелкодисперсной, аэрозольной
влаги и механических примесей. Для обеспечения непрерывности измерения и
диспетчерского контроля режимов работы скважины выбран универсальный
контроллер с автономным питанием Эргомера-126.MU обеспечивающий вы-
полнение нижеприведенных функций: непрерывное автоматическое измерение
абсолютного давления газа из скважины, МПа; абсолютное давления газа, по-
даваемого в ГТС, МПа;температура газа °С, подаваемого в ГТС; периодическое
измерение и вычисление расхода газа, подаваемого в ГТС, приведенного к
стандартным условиям, нм
3
/ч и объема газа, подаваемого в ГТС, приведенного
к стандартным условиям на суточном интервале времени с привязкой по вре-
мени, нм
3
. Схема трубопроводной обвязки скважин (рис.1) разработана таким
образом, чтобы можно было проводить профилактические работы и периодиче-
ские проверки погрешностей измерения дебита газа без остановки скважины. В
ГРПП предусмотрены: обратные клапаны, исключающие попадание газа из
других скважин в действующую, предохранительный и сбросной клапаны.
Скважины с наибольшим давлением оборудуются регулирующим клапаном
прямого действия для задания расчетного верхнего уровня давления в ГТС. Пе-
редача информации из ГРПП на диспетчерский пункт обеспечивается с помо-
щью GSM модемов.
На рис. 2 представлена поверхностная схема действующей поверхностной
ГТС включающей 6 скважин.
Рисунок 2 - Поверхностная схема действующей поверхностной ГТС
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
82
Для разработки имитационной модели приведем технические характеристи-
ки когенерационной установки [4]:
- установка когенерационной электростанции содержит 12 модульных агре-
гатов типа JMS 620 производства GE JENBACHER (Австрия);
- один модульный агрегат КГЭС вырабатывает электрическую (Nэл. =
3035 кВт, V = 6,3 кВт) и тепловую (Qтэ = 2921 кВт, теплоноситель – вода 110/70
°С) энергии.
В качестве топлива для агрегатов используется газовоздушная смесь кооп-
тируемого шахтного газа и воздуха (с содержание метана 25÷40%). Объем газа,
потребляемого агрегатом, составляет 1800÷2100 м
3
/ч. Давление газа на входе в
систему его подачи к агрегату должно находиться в пределах от 100 до
200мбар.
Номинальная мощность станции 30 МВт, т.е. одновременно должны рабо-
тать 30 агрегатов. В настоящее время одновременно работают 6 агрегатов.
Анализ вышеприведенных данных показал, что для действующей системы
необходимый расход газа F= 1400 м
3
/ч, а для обеспечения номинальной мощ-
ности необходимый расход газа должен быть Fн=7000м
3
/ч. Абсолютное давле-
ние, во избежание затопления газопроводов водой из скважин должно быть не
менее 0,6 мПа.
Анализ апробированных формул [1,5,6] для расчета перепада давления на
участках газопровода с высоким и средним давлением показал, что наиболее
приемлемой является следующая
𝑃𝐵
2 − 𝑃𝐴
2 = 1,2687 ∙ 10−4 · λ
𝐹A
2
d5
· ρ ∙ LAB (1)
где PВ – абсолютное давление в начале газопровода, МПа;PА– абсолютное дав-
ление в конце газопровода, МПа; λ - коэффициент гидравлического трения;L –
расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;d – внутренний диаметр
газопровода, см; Q0 – расход газа, м
3
/ч, при нормальных условиях; ρ0 – плот-
ность газа при нормальных условиях, кг/м
3
;
Для газа дегазационных скважин ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько» по ре-
зультатам отбора проб, усредненное значение ρ0 = 0,73 кг/м
3
.
Коэффициент трения для ламинарного режима движения при Re ≤ 2300 оп-
ределяется по формуле Пуазейля
𝜆 = 64/𝑅𝑒. (2)
Для переходного режима при Re = 2300÷4000 - по формуле Зайченко
λ = 0,0025 𝑅𝑒
3
. (3)
Для турбулентного режима при Re> 4000 - по формуле Альтшуля
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
83
𝜆 = 0,11
𝑒
𝐷
+
68,5
𝑅𝑒
0,25
. (4)
При значении Re> 100 000
𝜆 = 1/ 1,82𝑙𝑔𝑅𝑒 − 1,64 2. (5)
Число Рейнольдса применительно к углеводородным газам определяется по
следующему соотношению
𝑅𝑒 =
𝑄
9𝜋𝑑𝑣
= 0,0354 ∙
𝑄
𝑑𝑣
(6)
где Q- расход газа, м
3
/ч, при нормальных условиях; d - внутренний диаметр га-
зопровода, см; π- число пи; ν- коэффициент кинематической вязкости газа при
нормальных условиях, м
2
/с.
Для газа дегазационных скважин ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько», извест-
ным методом произведены вычисления 𝑣 = 14,3 ∙ 10−6м2/с.
По вышеприведенным формула составлена математическая модель для рас-
чета ГТС, представленная на рис. 3.
Рисунок 3 - Математическая модель для расчета ГТС
Из модели (рис. 3) видно, что коэффициент гидравлического трения рассчи-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
84
тывается в зависимости от значения числа Рейнольдса. По математической мо-
дели с помощью программы Excel разработана имитационная модель участка
газопровода, позволяющая выполнить исследование зависимости числа Рей-
нольдса от величины расходов на участке газопровода приведенного к нор-
мальным условиям и от диаметра трубопровода. Результаты представлены в
таблице 2 и на рис.4.
Таблица 2–Результаты расчета по имитационной модели для участка газопровода
Скважины A B C D E F
Ра, МПа 0,6 0,600248303 0,600095529 0,60019842 0,600333898 0,600500438
F - 1400 2800 4200 5600 7000
L - 1000 - - - -
d - 32,5 20 30 40 50
χ - 0,018679794 0,016167838 0,014926518 0,014130494 0,013556097
Re - 86643,35664 173286,7133 259930,0699 346573,4266 433216,7832
ρ0 0,73
0,00012687
v 0,0000143
ΔP
0,000248303 0,0000955287 0,00019842 0,000333898 0,000500438
Рисунок 4 – График зависимостей числа Рейнольдса от величины расходов
на участке магистрального газопровода
Из графика (рис.4) видно, что значение величины числа Рейнольдса, превы-
шает по всем параметрам 100 000. Это дает основание использовать при вычис-
лении коэффициента гидравлического трения разработке имитационной модели
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
1000000
1400 2800 4200 5600 7000
R
e
F, м3/ч
Диаметр газопровода 20 см Диаметра газопровода 32,5 см
Диаметр газопровода 40 см
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
85
формулу (5).
На рис.5 представлены графики зависимости числа Рейнольдса от диамет-
ров участков газопровода, анализ которых показал, что числоРейнольдса, нахо-
дится в приделах 50 000-100 000. Следовательно, вычисления необходимо про-
водить по формуле (4).
Рисунок - 5 График зависимостей Re от расхода газа
Для оценки влияния на изменения коэффициента гидравлического трения λ
выполнены исследования его зависимости от диаметра трубопроводов и вели-
чины расхода, представленные на рис 6.
Рисунок 6 –График зависимостей коэффициента трения от величины расходов
на участке газопровода
Анализ рис.6 показывает, что действующий магистральный газопровод на
ПАО «Шахте им.А.Ф. Засядько», диаметром 325 мм, является оптимальным по
металлоѐмкости и гидравлическому сопротивлению. Из построенного графика
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
200 400 600 800 1000
R
e
F, м3/ч
Диаметр газопровода 10 см Диаметр газопровода12 см
Диаметр газопровода15 см
0,01
0,0125
0,015
0,0175
0,02
1400 2800 4200 5600 7000
R
e
F, м3/ч
Диаметр газопровода 20 см Диаметра газопровода 32,5 см
Диаметр газопровода 40 см
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
86
для трубопровода диаметром 200 мм, видно резкое увеличение коэффициента
гидравлического трения.
На примере исследований зависимостей потери давления на участке магист-
рального газопровода, представленного на рисунке 7, видно, что трубопровод
диаметром 325 мм, удовлетворяет требования по потере давления.
Рисунок 7 – График зависимостей потери давления от величины расходов на участке
газопровода
Вышеприведенные исследования позволили разработать имитационную мо-
дель для проектирования и исследований поверхностных дегазационных систем
с использованием ПО EXCEL, результаты расчетов по которой представлена в
таблице 3.
Таблица 3 – Результаты расчетов упрощенной имитационной модели
A B C D E F G H I J K L
Ра 0,6
0,6000
74545
0,600
61222
0,600
49993
0,6004
76642
0,6004
03152
0,600
05514
0,6000
58767
0,6000
04903
0,6000
22169
0,6
0,6001
15782
F 1400 1400 700 300 400 200 200 700 400 200 300 200
L 1000 1000 700 1300 700 2340 100 1600 400 100 100 210
d 32,5 32,5 15 15 15 15 12 32,5 32,5 12 12 12
c
0,0178
69152
0,0178
69152
0,017
5707
0,042
05923
0,0418
89284
0,0423
93073
0,044
44362
0,0352
17068
0,0359
92636
0,0444
43617
0,0442
12761
0,0444
43617
Re
10663
7,9774
10663
7,9774
11552
4,476
49510
,4895
66013,
98601
33006,
99301
41258
,7413
53318,
9887
30467,
99354
41258,
74126
61888,
11189
41258,
74126
r0 0,73
0,00012687
n 0,0000143
ΔP 0,0000745447
Δe 0,3
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1400 2800 4200 5600 7000
Δ
P
F,м3/ч
Диаметр газопровода 20 см Диаметр газопровода 32,5 см
Диаметр газопровода 40 см
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
87
С помощью данной имитационной модели, специалисты шахт могут произ-
вести расчет давлений и расходов скважин, необходимых для обеспечения по-
требляемого расхода газа когенерационной установкой и АГНКС. Так же воз-
можно проконтролировать давление в узловых точках и потери давления на
участках магистрального газопровода.
При бурении новых скважин и подключении их к магистральному газопро-
воду, эта модель позволяет произвести перерасчет всех параметров поверхно-
стной ГТС.
Учитывая то, что в действующем стандарте Украины [6] приводится упро-
щенная методика расчета расхода газа через диафрагменные узлы и не норми-
руются погрешности измерения, нами разработана приведенная ниже уточнен-
ная методология.
Вычисление ΔР на диафрагме Д1 осуществляется с помощью контроллеров
формулы (7)
,2109,0 2
20
2
KT
PP
dKFn
n
t
(7)
где Fn – объѐмный расход, приведенный к нормальному состоянию, м
3
/ч; - ко-
эффициент расхода (определяется при расчете сужающего устройства); Kt- по-
правочный множитель на тепловое расширение сужающего устройства; d20-
диаметр отверстия сужающего устройства, мм (определяется при расчете су-
жающего устройства); ΔР перепад давления на диафрагме, кгс/м
2
(измеряется
дифманометром); Р – абсолютное давление среды, кгс/см
2
; K- коэффициент
сжимаемого газа; rn- плотность газа в нормальном состоянии.
Плотность газа определяется еженедельно лабораторным путѐм, пикномет-
рическим методом или аналитическим расчетом по составу газа, определяемо-
му хроматографическим путѐм, и вводится для расчѐта в контроллере с техно-
логической клавиатуры.
Отбор пробы газа предусмотрен на измерительном участке в месте измере-
ния температур.
Кроме плотности, лабораторным путѐм определяется калорийность газа и
также вводится в контроллер с технологической клавиатуры.
Контроллер по текущим измеренным значениям перепада давления, давле-
ния и температуры, а также по ежедневно вводимым значениям плотности, мо-
лярной концентрации N2 и СО2 и калорийности природного газа, вычисляет
мгновенный, часовой и суточный расходы природного газа и количество тепло-
ты сгорания, а также среднесуточные значения давления и температуры.
В процессе выполнения расчета вычисляют следующие промежуточные ве-
личины:
- абсолютная температура T=t + 273,15;
- абсолютное давление Р=Рб+Ри.
Относительная площадь сужающего устройства равна
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
88
m= (d/D)
2
.
Псевдокритическое давление Рпк
.)392,0()831,26(05993,0168,30Р
22пк NCOном NN
Псевдокритическая температура Тпк
)]392,0()56364,0(7591,1[25,88
22 NCOномПК NNT .
Приведенное давление
.
ПК
ПР
Р
Р
Р
Приведенная температура
.
ПК
ПР
Т
Т
Т
Динамическая вязкость
.
)1(30
1
037,0)1038,01()25,0104,1(1
10
5173,0
2
ПР
ПР
ПРПРномномСМ
Т
Р
ТТ
Показатель адиабаты метана
.)23,346(2575
10
704,0
29,1 2
6
РТ
Расчет коэффициента сжимаемости выполняется по следующим формулам
.
3
1032,1
1
2
2
2
1
25,3
3
C
C
P
Q
B
B
B
T
K
где ;
9
300
1
2
21
1
Q
QQ
B
;3
1
2
0
3
02 BBBB ;
50
27
450
1
2
2
21
0
Q
FPQ
QQ
B
C
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
89
;
30378,3
21323,2
61358,1
2
2
1
C
C
C
T
T
T
Q
.
3185,13
5827,26
57697,4
1
2
2
QT
T
T
Q
C
C
C
При 0,0147Рс 1,3 и 0,84Тс1,09;
24)8,2120(3,1
3
69,1)09,1(1756exp2
10
75
1 CC
T
C PTPF C
При 0,0147Рс 2 и 1,09Тс1,4;
;)09,14,117,2(09,11,1exp75,0
10
1 2208,213,0
3
2
CCC
T
C
C PTTP
P
F C
ПРC PP 6717,0 ;
ПРC TT 71892,0 .
Коэффициент расширения газа определяется по формуле
;)35,041,0(1 2
P
P
m
Поправочный множитель на тепловое расширение материала сужающего
устройства
).20(1 TBK
TT
Расчет числа Рейнольдса
.0361,0Re
D
номQнно
Расчет коэффициента расхода
.
Re
10
0029,0184,00312,05959,0
1
1
75,0
6
25,1405,1
2
mmm
m
y
Разработанная уточнѐнная методология, апробированная путем сравнения
результатов ее расчетов идентичных диафрагменных узлов с результатами рас-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
90
четов по стандартной программе. «РАСХД-Н-П» (Версия 2.30) разработчик
ООО «ПОТIК» (FlomLtd) аттестована Госстандартом Украины и получены ре-
зультаты, не выходящие за границы нормируемых погрешностей.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Управление аэрологическими и геомеханическими процессами в угольных шахтах / А.Ф.Булат,
К.К. Софийский, Б.В. Бокий [и др.]. – Мариуполь: ТОВ «Східний видавничий дім», 2016. – 300 c.
2 Agaiev R. Intensification of coalbed methane recovery through the surface degasising borehole / .
R.Agaiev, D.Prytula, O. Katulskyi // ,, Progressive Technologies of Coal, Coalbed Mathane, and Ores Min-
ing. - CRC Press/Balkema: EN Leiden, The Netherlands, 2015. - Р. 575–578.
3. Динамические способы декольматации поверхностных скважин / К.К. Софийский,
П.Е. Филимонов, Б.В. Бокий [и др.]. – Д: ТОВ «Східний видавничий дім», 2014. – 248 c.
4. ГКД 34.09.103-96 «Расчет отчетных технико-экономических показателей электростанций о те-
пловой экономичности оборудования». Методические указания утв. Минэнерго Украины 15.01.96 г.
5. Надежность и качество процессов регулирования современных систем газоснабжения /
В. С. Седак, В. Н. Супонев, Н. Д. Каслин [и др.]. - Х.: ХНАГХ, 2011. – 226 с.
6. Бокий, Б.В. Выбор рациональных параметров для проектирования системы транспортирования
метана угольных месторождений // Б.В. Бокий, Е.Е. Дудля Л.А. Новиков/ Геотехническая механика:
Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепр, 2016. – Вып. 125. – С. 189-201.
REFERENCES
1. Bulat, A.F., Sofiyskiy, K.K. and Bokiy, B.V. (2016), Upravlenie aerologicheskimi i geomechani-
cheskimi protsessami v ugolnykh shakhtakh [Management of aerological and geomechanical processes in
coal mines], TOV "Shіdniy vydavnychiy dim", Mariupol, Ukraine.
2. Agaiev, R., Prytula, D. and Katulskyi, O. (2015), ―Intensification of coalbed methane recovery
through the surface degasising borehole‖, Progressive Technologies of Coal, CoalbedMathane, and Ores
Mining, CRC Press/Balkema: EN Leiden, The Netherlands, pp. 575–578.
3. Sofiyskiy, K.K., Filimonov, P.E. and Bokiy, B.V. (2014), Dynamicheskie sposoby dekolmatatsii po-
verkhnostnykh skvazhyn [Dynamic methods decolmatation of surface wells], TOV "Shіdniy vydavnychiy
dim", Donetsk, Ukraine.
4. Ukrainian Ministry of Energy (1996), 34.09.103-96. Raschet otchetnykh tekhniko-ekonomicheskich
pokazateley elektrostantsiy o teplovoy ekonomichnosti oborudovaniya [34.09.103-96. Calculation of report-
ing technical and economic parameters of thermal efficiency of power plants equipment. Methodical instruc-
tions], Ministry of Energy and Electrification Ukraine, Kiev, Ukraine.
5. Sedak, V.S., Suponev, W.N. and Kaslin, N.D. (2011), Nadeznost i kachestvo procesov regulirovaniya
sovremennykh sistem gazosnabzheniya [Reliability and quality control processes of modern gas supply sys-
tems], in Sedak V.S. (ed.), XNAGX, Kharkov, Ukraine.
6. Bokiy, B.V. (2016), ―Decision of rational parameters for designing of Methane transportation within
coal deposits‖, Geo-Technical Mechanics, no. 125, pp. 189-201.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Притула Дмитрий Александрович, магистр, инженер в отделе Проблем технологии подземной
разработки угольных месторождений, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Нацио-
нальной академии наук Украины, Днепр, Украина, igtm16@yandex.ua.
Дудля Катерина Евгеньевна, магистр, аспирант кафедры Транспортных систем и технологий,
Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет» (ГВУЗ «НГУ»),
Днепр, Украина , dsn1609@ua.fm.
Бокий Борис Всеволодович, доктор технических наук, профессор, Государственное высшее
учебное заведение «Национальный горный университет» (ГВУЗ «НГУ»), Днепр, Украина,
dsn1609@ua.fm.
About the authors
Prytula Dmytriy Aleksandrovich, Master of Sciences (M.S.), Engineer in Department of Underground
Coal Mining, N.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of
Ukraine (IGTM NASU), Dnepr, Ukraine, igtm16@yandex.ua.
Dudlya Yekatherina Yevgenevna, Master of Sciences (M.S.), Doctoral Student of the transport system
mailto:igtm16@yandex.ua
mailto:dsn1609@ua.fm
mailto:dsn1609@ua.fm
mailto:igtm16@yandex.ua
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
91
and technology department, State Higher Educational Institution ―National Mining University‖ (SHEI
―NMU‖), Dnepr, Ukraine, dsn1609@ua.fm
Bokiy Boris Vsevolodovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc.), Professor, State Higher Educational
Institution ―National Mining University‖ (SHEI ―NMU‖), Dnepr, Ukraine, , dsn1609@ua.fm.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Представляючи одне з потенційно найперспективніших джерел енергії, сього-
дні метан є не тільки джерелом постійної небезпеки для шахтарів, а й одним з найбільших
забруднювачів навколишнього середовища.
Мета цієї наукової роботи - розробити методологію розрахунку параметрів поверхневої
дегазаційної газотранспортної системи і технічні рішення, які підвищують безпеку її експлу-
атації, оперативність контролю параметрів і енергоефективність управління. Для корисного
використання енергії вихідного тиску свердловин розроблена схема реконструйованої пове-
рхневої газотранспортної системи (ГТС), з використанням прокладеного магістрального га-
зопроводу, діаметром 325 мм.
Отримані результати дослідження дозволили розробити імітаційну модель для проекту-
вання і досліджень поверхневих дегазаційних систем (ПДС).
За допомогою даної імітаційної моделі, фахівці шахт можуть розрахувати тиск і витрати
свердловин, необхідних для забезпечення споживаної витрати газу когенераційною установ-
кою і автомобільною газонаповнювальною компресорною станцією (АГНКС). Так само мо-
жливо проконтролювати тиск в вузлових точках і втрати тиску на ділянках магістрального
газопроводу.
Ключові слова: газопровід, газотранспортна система, свердловина, тиск.
Abstract. Today, methane, being one of the most perspective potential sources of energy, is at
the same time a source of constant danger for miners and one of the largest polluters of environ-
ment.
The purpose of this scientific work was to develop a methodology for calculating parameters of
the ground degassing gas-transport system and technical solutions, which could improve safety of
operation, immediacy of control parameters and energy-efficiency of management. For proper
usage of the borehole output pressure, a scheme of reconstructed ground gas- transport system
(GTS) was developed with using of existing gas-pipeline, diameter 325 mm.
On the basis of the research results, a simulation model was developed for designing and study-
ing the ground degassing systems (GDS). With the help of this simulation model, the mines’ spe-
cialists can calculate the borehole pressure and consumption necessary to ensure the needed gas
voume for cogeneration unit and automobile gas-filling compressor station (AGFCS). It is also
possible to control pressure in the key points and loss of pressure in the gas-main pipeline sections.
Keywords: pipeline transportation system, boreholes, pressure.
Статья поступила в редакцию 18.10.2016
Рекомендовано к публикации д-ром технических наук Софийским К.К.
mailto:dsn1609@ua.fm
mailto:dsn1609@ua.fm
|