ALGORITHM FOR DETERMINING THE VOLUME OF NATURAL GAS LOSSES UNDER CONDITIONS OF MEASURING ITS PARAMETERS AT THE GAS PIPELINE OUTLET

ISSN (p) 0321-2211, ISSN (e) 2663-3450 Наукові та практичні проблеми виробництва приладів та систем НАУКОВІ ТА ПРАКТИЧНІ ПРОБЛЕМИ ВИРОБНИЦТВА ПРИЛАДІВ ТА СИСТЕМ УДК 681.518.5 АЛГОРИТМ ВИЗНАЧЕННЯ ОБСЯГІВ ВТРАТ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ЗА УМОВИ ВИМІРЮВАННЯ ЙОГО ПАРАМЕТРІВ НА ВИХОДІ ГАЗОПРОВОДУ Матіко Ф. Д., Джигирей В. О., Костик І. В., Данильців Б. М. Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна E-mail: Газопровідні мережі є складними розподіленими системами, які складаються з сотень кілометрів трубопроводів різної конфігурації. Забезпечення усіх ділянок газопроводів засобами обліку газу та вимірювання параметрів газу, які б дали можливість швидко виявляти пошкодження газопроводів та визначати обсяги втрат газу, вимагає великих коштів, внаслідок чого значна частина газопроводів і транспортних, і розподільних не обладнані засобами вимірювання. Тому розроблення алгоритмів, які дозволять оцінити обсяги втрат газу на основі інформації з наявних вимірювальних станцій без реконструкції газотранспортних мереж є надзвичайно важливим завданням. В роботі представлено удосконалену авторами математичну модель стаціонарного режиму руху природного газу в газопроводах, яка враховує зміну швидкості потоку по довжині газопроводу. Цю модель доповнено рівнянням для обчислення витрати газу, що витікає в атмосферу через отвір пошкодження надземного газопроводу. Для визначення коєфіцієнта витрати застосовано розроблене авторами рівняння, яке для діапазону тиску в газопроводі від 0,1 до 1,2 МПа забезпечує обчислення коєфіцієнта витрати з методичною похибкою не більше 1,7 %. На основі отриманих математичних моделей розроблено алгоритм розрахунку обсягу втраченого через пошкодження газу для конфігурацій газопроводу з пунктами вимірювання параметрів газу на виході газопроводу. Виконано апробацію розробленого алгоритму та представлено приклад його застосування для аналізу розподілів тиску та температури газу у газопроводі з наявним пошкодженням. Представлено результати моделювання процесу витікання газу через пошкодження газопроводу та ітераційного уточнення параметрів газу в місці пошкодження газопроводу, а також результати обчислення витрати газу через пошкодження. Застосування розробленого алгоритму дає можливість підвищити точність визначення обсягів втрат газу через пошкодження газопроводів, а його апаратна реалізація в перспективі дасть можливість зменшити час виявлення пошкоджень, їх локалізації та усунення. Ключові слова: алгоритм розрахунку; втрати газу; пошкодження газопроводу; математична модель; конфігурація газопроводу. Вступ. Постановка проблеми Газотранспортна мережа України є одною з найрозвиненіших та найстаріших у Європі. Велика кількість газопроводів збудована у 70-х ‒ 80-х роках під час масштабної газифікації України. Частина цих газопроводів перевищила термін експлуатації та втратила свою надійність під впливом техногенних та природних факторів. Збільшення терміну експлуатації газопроводу збільшує ймовірність виникнення аварійних ситуації з витоками природного газу. Газорозподільні мережі являють собою складну мережу з сотень кілометрів трубопроводів різної конфігурації. Вимірювання параметрів газу, здебільшого здійснюють на початку газопроводу, 66 в кінці газопроводу, або на відгалуженнях від газопроводу. У таких випадках неможливо розрахувати втрати газу на основі рівняння балансу. Також варто відмітити, що забезпечення усіх ділянок газопроводів засобами обліку вимагає значних коштів, тому розроблення алгоритмів, які дозволять оцінити обсяги втрат газу на основі інформації з вимірювальних станцій без реконструкції газотранспортних мереж є надзвичайно важливим завданням. Залежно від конфігурації газопроводу необхідно розробити окремий алгоритм, який дозволить отримати найкращий результат. Отже, для визначення втрат газу внаслідок пошкоджень ділянок транспортних магістральних газопроводів чи розподільних газопроводів важли- Вісник НТУУ “КПІ”. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ. Вип. 66(2), 2023. ISSN (p) 0321-2211, ISSN (e) 2663-3450 Наукові та практичні проблеми виробництва приладів та систем во розробити алгоритми визначення обсягів втраченого газу. Потрібно відзначити, що для різних конфігурацій газопроводів та різної кількості точок вимірювання параметрів газу, а також їх локацій, алгоритми визначення обсягів втраченого газу також будуть різними. Аналіз останніх досліджень У діючих в Україні нормативних документах з визначення втрат природного газу в газорозподільних мережах [1], а також в газотранспортних мережах [2] представлено методики визначення об’єму втрат газу за умовної нормативної герметичності газопроводів та іншого обладнання, однак у цих документах немає методики визначення об’єму втрат газу внаслідок пошкоджень газопроводів чи інших елементів мережі. У роботах [3, 4] запропоновано математичні моделі та алгоритми для розрахунку втрат природного газу внаслідок пошкодження газопроводу. У роботі [3] розглянуто різні варіанти розташування вимірювальних станцій відносно місця пошкодження. Однак представлені моделі мають низку недоліків, а опис алгоритмів визначення об’єму втрат газу наведено тільки у словесній формі без їх детального розгляду. Робота [5] присвячена розробленню методики визначення кількості природного газу у ділянках газопроводів складної конфігурації. Для визначення кількості газу в цій роботі запропоновано математичні моделі, які можуть бути застосовані також і для визначення параметрів газу в довільному перерізі газопроводу. Однак тут не розглянуто проблему визначення обсягів газу, втраченого внаслідок пошкодження газопроводу. У роботі [6] нами розглянуто математичні моделі стаціонарного руху газу в ділянці газопроводу, а також виконано порівняння відомої математичної моделі з удосконаленою моделлю, що враховує зміну швидкості потоку вздовж газопроводу. Для моделювання процесу витікання газу через пошкодження застосовано рівняння витрати та коєфіцієнта витікання із [7]. У роботі розроблено алгоритми визначення обсягів втрат газу через пошкодження газопроводу для конфігурацій газопроводу, для яких вимірювання параметрів потоку відбувається на вході в газопровід. Однак у [6] не розглянуто алгоритмів для конфігурацій газопроводу, коли вимірювання параметрів газу виконують на виході ділянки газопроводу. У роботі [8] запропоновано виявлення та локалізацію витоків газу виконувати за результатами аналізу зв'язку між потоком в газопроводі та потоком газу, що витікає. Проводяться декілька тестів різної інтенсивності для розв'язання основних рівнянь, що зв’язують параметри потоку, з метою оцінювання обсягу витікання газу. Запропонований метод дає можливість виявити та оцінити один витік в системі газопроводів. Однак газопро- відні мережі, які знаходяться в експлуатації, можуть бути дуже складними, і в них може бути дві або більше точок витоку в одному газопроводі або в різних газопроводах в системі. У статті [9] представлено робота для інспекції газопроводу, який виявляє витоки за допомогою електронних давачів тиску. Стаття презентує аспекти пр (...truncated)