Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.15.13 "Трубопровідний транспорт, нафто газосховища" (185 - Нафтогазова інженерія та технології). - Івано- Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано- Франківськ, 2018. Дисертація присвячена розробленню сучасних підходів до експлуатації газових мереж середнього та низького тисків, що включають як покращення методики проведення етапу розрахунку мереж, так і їх експлуатації в питанні створення можливості визначення якісних характеристик природного газу через розроблений дослідний зразок установки визначення теплоти згорання природного газу в потоковому режимі. Основна ідея роботи полягає у встановлення закономірностей впливу енергетичних характеристик природного газу на характер протікання технологічних процесів в газових мережах середнього і низького тисків. В роботі розглядаються такі задачі, як аналіз проблеми, що супроводжують експлуатацію газових мереж середнього та низького тисків на сучасному етапі та сучасний стан засобів і методів контролю енергетичних параметрів природного газу; теоретичні дослідження нових методів удосконалення існуючих та проектування нових газових мереж з урахуванням енергетичних параметрів природного газу; удосконалення методу контролю теплоти згорання природного газу в потоковому режимі в газових мережах; випробування дослідного взірця потокового вимірювача теплоти згорання природного газу, технологія його застосування та результати промислової апробації вимірювального вузла. Так, наведено загальну характеристику об'єкту дослідження - газорозподільні мережі середнього та низького тиску. Розкрито ідею сталого розвитку в розрізі газотранспортної галузі та наведено шляхи модернізації газотранспортного сектору для поетапного його слідування цій доктрині. Наведено причинно-наслідковий ланцюг між пагубними наслідками техногенного розвитку суспільства та переходом до енергоощадного використання енергоресурсів. Ключовий результат даного логічного ряду - необхідність докорінного реформування газової галузі та принципів і методів її функціонування в напрямку впровадження інноваційних технологій і введення 100 відсоткового комерційного обліку споживання енергоресурсів. Проведені теоретичні дослідженні й розробка нових підходів до розрахунку газових мереж середнього та низького тисків. Особливу увагу приділено аналізу методу реконструкції зношених підземних сталевих газопроводів із використанням їх як каркаса для протягування в них поліетиленових труб. Розглянуто найголовніші етапи такої реконструкції та варіанти технічних рішень для неї, що забезпечують незмінні умови експлуатації газотранспортної мережі споживачами енергоресурсу. На основі аналітичних досліджень показано вплив теплотворної здатності природного газу на енергетичні характеристики газопостачання і доведено необхідність підтримання системи в працездатному стані. Результати проведених досліджень свідчать, що у разі реконструкції сталевих газопроводів шляхом протягування поліетиленових труб з діаметрами, без зміни робочого тиску відбувається зниження пропускної здатності від 40% до 95% залежно від діаметра сталевого газопроводу, що є неприпустимим. Тому обов'язковим в процесі реконструкції газових мереж за даною технологією є зміна робочого тиску із низького на середній. Проведені дослідження свідчать, що наявні на сьогодні норми щодо методу гідравлічного розрахунку газових мережах низького та середнього тиску не достовірно описують наявні газодинамічні процеси, що призводить до не достовірності їх результатів проектних та експлуатаційних розрахунків. Також встановлено, що основним критерієм якості природного газу являється його нижча теплотворна здатність, яка є функцією компонентного складу, вологості, наявності негорючих інгредієнтів (азоту, сірководню, вуглекислого газу). Для визначення якості природних вуглеводневих газів, як пального, в кожному конкретному випадку необхідно проводити перерахунок нижчої теплотворної здатності на основі запропонованих моделей, методів і засобів. He менш важливим є і те, що для підвищення якості природних газів слід вести глибоке осушення від вологи і газового конденсату з вилученням важких вуглеводневих газів, а також вилучення агресивних компонентів, які породжують корозійні процеси внутрішньої поверхні стінок трубопроводу. Пропрацьовано аналіз газотранспортної мережі в частині можливих шляхів покращення методів їх обслуговування з врахуванням калорійності природного газу. Проведено теоретичне дослідження послідовності процесу визначення енергетичних характеристик природного газу в розрізі українських нормативних документів з розглядом особливих випадків - потоковий режим при змінній теплоті згорання природного газу та неодночасність визначення питомої теплоти згорання і об'єму газу. На основі проведеного аналізу встановлено, що для досягнення процедури визначення енергії в конкретній кількості газу рівня штатної технологічної операції під час здійснення господарських операцій (купівлі, продажу, постачання) на території України, окрім нормативного забезпечення даних вимірювань, необхідно мати широкий спектр атестованих технічних засобів для визначення енергетичних характеристик природного газу і, насамперед, теплоти згорання в потоковому режимі. В роботі також розкриті технічні атрибути дослідного взірця установки для контролю теплоти згорання природного газу в потоковому режимі, що стосуються його структури, алгоритму та особливостей роботи. Результатами аналітичних і експериментальних досліджень доведено, що основним вимірюваним параметром для посереднього методу визначення теплотворної здатності природного газу як суміші різних вуглеводневих Інгредієнтів може слугувати швидкість розповсюдження звукових хвиль в газовому потоці, встановлено її залежність від параметрів газового потоку, обгрунтовано вибір основних характеристик вимірювальної системи. Розроблені вимоги до установки лягли в основу при розробці структурної схеми та алгоритму її роботи, визначено і детально описано функціональні блоки структурної схеми, процес та послідовність їх роботи, основні вимоги до їх реалізації та живлення. Розроблено програмний алгоритм роботи пристрою експрес-контролю якості газу, що включає методику визначення швидкості проходження ультразвуку в колбі з природним газом, а також розроблено вимоги до конструкції вимірювальної камери установки та конструкції і розташування ультразвукових перетворювачів для вимірювання швидкості поширення ультразвукових коливань в природному газу з врахуванням особливостей поширення ультразвукових коливань в природному газі. Розроблено і виготовлено дослідний взірець приладу для експрес- контролю теплоти згорання природного газу, придатний для вимірювань безпосередньо в точці відбору газової проби, а також проведення потокових вимірювань на газовій магістралі низького тиску. Тривалість виконання вимірювання складає не більше 5 хв, що є цілком достатнім для практики. Результати експерементальних досліджень вказують на відносну похибку приладу не більше 1 %. Розроблено алгоритми роботи з приладом, проведено промислову апробацію дослідного взірця приладу для експрес-контролю якості газу в потоковому режимі в мережах низького та середнього тисків, що дасть можливість за короткий термін та без значних фінансових втрат визначати його фактичні енергетичні характеристики, а отже - можливість прив'язати до якості газу його ціну, а також вартість його транспортування та зберігання. Ключові слова: якість газу, теплота згорання газу, експрес-контролю якості газу, гідравлічний розрахунок газопроводів, прокладання поліетиленових труб в стальному каркасі. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ МЕТОДІВ ОБСЛУГОВУВАННЯ TA РЕМОНТУ 11 ГАЗОВИХ МЕРЕЖ З УРАХУВАННЯМ ВИМОГ З ЕНЕРГОПАКЕТУ CC 1.1 Характеристика об ' єкту дослідження 11 1.2 Проблеми, що супроводжують експлуатування газових 12 мереж на сучасному етапі 1.3 Огляд літературних джерел з питань вимірювання 27 енергетичних характеристик природного газу 1.4 Вибір і обґрунтування напрямку дослідження 33 РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ТЕПЛОТВОРНОЇ 35 ЗДАТНОСТІ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ВІД ЙОГО КОМПОНЕНТНОГО СКЛАДУ 2.1 Теплотворна здатність природних газів 35 2.2 Оцінка якості природного газу як енергоносія 37 2.3 Методи та засоби вимірювання об'ємної теплоти згорання природного газу 44 2.4 Дослідження процесу горіння природного газу 54 Висновки до розділу 2 60 РОЗДІЛ З ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ЯКОСТІ ПРИРОДНОГО 62 ГАЗУ НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ ГАЗОПОСТАЧАННЯ 3.1 Оцінка впливу теплотворної здатності природного газу 63 на енергозабезпечення споживачів 3.2 Удосконалення методики розрахунку реконструкції 67 сталевих газових мереж протягуванням в них поліетиленових труб 3.3 Врахування енергетичних характеристик природного 73 газу при проектуванні газових мереж низького тиску Висновки до розділу 3 83 РОЗДІЛ 4 РОЗРОБЛЕННЯ СИСТЕМИ КОНТРОЛЮ ЗА 85 ТЕПЛОТВОРНОЮ ЗДАТНІСТЮ ПРИРОДНОГО ГАЗУ 4.1 Встановлення взаємозалежності між швидкістю звуку 85 в природному газі і його теплотворною здатністю 4.2 Дослідження впливу температури природного газу на 90 результат вимірювання теплоти згоряння 4.3 Обгрунтування вибору основних параметрів 96 вимірювальної системи 4.4. Розроблення вимог до установки, її структурної 110 схеми та принципів визначення т.еплоти згоряння природного газу 4.5 Проведення експериментальних досліджень 120 дослідного взірця приладу для експрес-контролю теплоти згорання природного газу 4.6 Промислова апробація дослідного взірця приладу для 128 експрес-контролю теплоти згорання природного газу Висновки до розділу 4 132 ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТИ І ПІДСУМКОВІ ВИСНОВКИ 134 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 136 ДОДАТКИ 149