ПРОЕКТ 2026 ГОДА

Энергоэффективные технологии охлаждения природного газа для обустройства газовых месторождений

Абрамов Владислав Иванович

Руководитель

аспирант, инженер образовательного центра "Энергоэффективные инженерные системы"

Исполнители

Осипов Дмитрий Павлович

Ващенко Виктория Алексеевна

Малинина Ольга Сергеевна

Научный консультант

к.т.н., доцент образовательного центра "Энергоэффективные инженерные системы"

ОПИСАНИЕ

Существующее на месторождениях оборудование позволяет охлаждать трубопроводный газ до 0…-10 °C для обеспечения надежности линейной части трубопроводов и защиты окружающей среды в районах многолетнемерзлых грунтов. При этом затраты на транспортировку газа продолжают расти ввиду недостаточной глубины охлаждения, в частности, так как снижается пропускная способность и возникает дополнительная нагрузка на газоперекачивающее оборудование в газотранспортной сети. Немаловажной проблемой остается недостаточная реализованность потенциала бросового тепла, которое в большом количестве выделяется газоперекачивающими агрегатами (ГПА). Цель данного проекта – создание энергоэффективной технологии охлаждения природного газа на основе применения парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ) с возможностью использования аппаратов воздушного охлаждения (АВО) и абсорбционной холодильной машины (АХМ) для предварительного охлаждения. В рассматриваемой системе охлаждения (СО) ПКХМ обеспечивает основную глубину охлаждения. АВО, которые уже широко применяются на промыслах, снижают температуру газа до температурного уровня окружающей среды, тогда как АХМ утилизирует теплоту выхлопных газов ГПА, обеспечивая дополнительное переохлаждение газа. Это позволяет дополнительно снизить энергопотребление ПКХМ.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Исходные данные (технологические параметры) для построения математической модели СО природного газа:

Параметр	Значение
Начальное давление газа на входе в СО, атм	80...150
Температура газа на входе в СО, °C	+20...+30
Температура выхлопов ГПА, °C	+350...+400
Температура газа на выходе из СО, °C	-30...-40

Характеристики опытного образца (прототипа ПКХМ, работающей в составе СО):
Опытный образец ПКХМ предназначен для апробации результатов математического моделирования СО, а именно подтверждения рабочих режимов и термодинамических параметров холодильного цикла, который обеспечивает требуемую температуру газа на выходе из СО. Ориентировочные требования к опытному образцу: холодильный коэффициент не менее 2, холодопроизводительность ПКХМ не более 100-150 кВт, параметры охлаждающего источника формируются исходя из рабочих режимов ПКХМ (но не менее -60 °C на выходе из ПКХМ), параметры охлаждающего источника формируются исходя из климатических условий объектов добычи. В качестве рабочего вещества (хладагента) ПКХМ предварительно выбран диоксид углерода – CO₂ (R744). Окончательный выбор хладагента и схемного решения ПКХМ осуществляется во время этапа моделирования СО.

Охлаждение природного газа на этапе подготовки к транспортировке на газовых месторождениях, в том числе в районах многолетнемерзлых грунтов и при наличии газоперекачивающих агрегатов как источника бросового тепла. Спрос на такие решения будут формировать газодобывающие компании, операторы установок подготовки газа и промысловые сервисные организации, заинтересованные в повышении эффективности работы существующих объектов, снижении энергозатрат и уменьшении рисков эксплуатации оборудования.

Предполагается использование в качестве рабочего вещества ПКХМ CO₂ — однокомпонентного негорючего хладагента. На сегодняшний день охлаждение природного газа до 0…-10 °C осуществляется при помощи ПКХМ, использующих в качестве хладагента горючую пропан-бутановую смесь, что требует строгого поддержания требуемого состава компонентов и, как следствие, усложняет конструкцию и эксплуатацию таких машин. Применение CO₂ позволяет исключить указанные ограничения. Высокая удельная объемная холодопроизводительность CO₂ позволяет использовать компактное холодильное оборудование, что может оказаться существенным фактором при выполнении ПКХМ в модульном исполнении. Это, в свою очередь, обеспечивает возможность гибкой интеграции в действующие технологические схемы и быстро масштабировать установку на различные объекты, что потенциально делает технологию коммерчески привлекательной для внедрения на российском рынке нефтегазовой промышленности.