(ПК «Сириус-СППР»)
В статье рассматривается одно из решений проблемы дебаланса ШФЛУ при транспортировке по магистральным трубопроводам. Представлены новые функциональные модули программного комплекса «Сириус-СППР», обеспечивающие повышение точности расчёта массы продукта в трубопроводе и формирование достоверного материального баланса на основе математического моделирования в режиме реального времени.
В процессе транспортировки ШФЛУ по системе магистральных трубопроводов возникает дебаланс, определяемый при проведении инвентаризации продукта на предприятии. Дебаланс - разность между суммарной массой продукта, принятой в систему за период, и массой, отпущенной из системы за тот же период, с учетом изменения остатков, заполнения/опорожнения системы и технологических потерь.
Дебаланс, если не учитывать аварийные потери, как правило, возникает в результате погрешностей измерений количества перекачиваемого продукта, как на стороне приема, так и на стороне сдачи грузополучателям, а также погрешностей определения величины массы ШФЛУ в резервуарах и трубопроводах на начало и конец отчетного периода,
Фактический дебаланс за отчетный период может иметь как положительное, так и отрицательное значение. По правилам бухгалтерского учета, если фактический дебаланс за отчетный период имеет положительное значение, излишек имущества приходуют по рыночной стоимости на дату проведения инвентаризации и зачисляют на финансовые результаты предприятия. Если фактический дебаланс за отчетный период имеет отрицательное значение, недостачу в размере, определенном по средней стоимости, относят на виновных лиц, а если виновные лица не установлены, то убытки от недостачи имущества списывают на финансовые результаты предприятия.
Общая вместимость магистральных трубопроводов имеет значительный объем (сотни тысяч тонн), поэтому погрешности при инвентаризации продукта в трубопроводах несут большие риски для финансовых показателей предприятия. Применение автоматизированных систем по расчету массы продукта в трубопроводе на базе математического моделирования технологических процессов перекачки ШФЛУ в соответствии с фактическими режимами работы трубопроводной системы позволит повысить достоверность расчёта и снизить данные риски. С этой целью ООО «НПА Вира Реалтайм» расширило функциональные возможности собственного программного комплекса «Сириус-СППР» (системы поддержки принятия решений), разработав к нему дополнительные программные модули:
- модуль расчёта движения партий ШФЛУ по трубопроводу с различным компонентным составом сжиженных газов;
- модуль расчета двухфазного состояния ШФЛУ (жидкость, газ) в трубопроводе в зависимости от физических условий перекачки;
- модуль расчета массы ШФЛУ в трубопроводе.
Для выполнения расчётов ПК «Сириус-СППР» получает в режиме реального времени необходимые данные технологических параметров работы трубопроводов, обеспечивая взаимодействие с АСУТП и с другими системами MES уровня.
1. Модуль расчёта движения партий ШФЛУ по магистральным трубопроводам
Модуль в режиме реального времени осуществляет расчет компонентного состава ШФЛУ в каждой точке трубопровода. Так как перекачка партий ШФЛУ осуществляется «прямым контактированием» изменение компонентного состава ШФЛУ по длине трубопровода в процессе перекачки происходит по причине двух факторов:
- линейного переноса (конвекции);
- перемешивания соседних партий между собой (диффузии).
Для расчета линейного переноса гидравлическая модель трубопровода в ПК «Сириус-СППР» рассчитывается скорость движения продукта в каждой нитке трубопровода (основной трубопровод, лупинг, подводящий трубопровод и т.п.) на основании фактических данных с узлов учета (массомеров, ультразвуковых расходомеров), давлений на начальных и конечных пунктах магистрального трубопровода и данных по компонентному составу ШФЛУ на входе в трубопровод.
Для расчета диффузии используется так называемая квазистационарная модель конвекции, в которой перенос на каждом временном слое происходит с постоянной скоростью, но значение этой скорости может изменяться между различными моментами времени из-за смены режима перекачки. Расчёт диффузии на границе партий ШФЛУ с различным компонентным составом осуществляется решением уравнения, которое имеет вид:
Решение данного уравнения в конечно-разностной схеме имеет следующий вид:
Где переменная c(x,t) обозначает концентрацию перекачиваемого вещества;
x и t – независимые переменные, которые представляют собой значения координаты, отложенной вдоль оси трубопровода, и времени;
k – коэффициент диффузии или коэффициент продольного смешивания, (м2/с). Коэффициент диффузии, в свою очередь, зависит от диаметра трубопровода, скорости движения продукта в трубопроводе и коэффициента гидравлического сопротивления при фактическом режиме перекачки.
Для визуализации расчетных параметров используется модуль «Контроль параметров трубопровода» представленный на рисунке 1. В верхней части окна в процентном соотношении отображается компонентный состав ШФЛУ вдоль трассы трубопровода. Каждому газу соответствует свой цвет. В нижней части окна отображается фактический температурный профиль перекачиваемого продукта (коричневая линия) и расчетная плотность ШФЛУ (желтая линия).
Расчет движения партий ШФЛУ может осуществляться как в режиме реального времени, так и режиме прогнозирования.
2. Модуль расчета двухфазного состояния ШФЛУ
ШФЛУ представляет собой смесь сжиженных углеводородных газов и при определенных значениях температуры и давления может переходить из жидкого состояния в двухфазное состояние (газ и жидкость). Алгоритм модуля по расчёту двухфазного состояния многокомпонентных смесей ШФЛУ основан на расчете разделения фракций и определения их компонентного состава при известном давлении Р и температуре T. Задача сводится к определению параметра β из уравнения Рэчфорда-Райса:
Здесь zi– молярная концентрация i-й компоненты углеводородной смеси (жидкая + газовая фракции);
Ki – коэффициент летучести i-й компоненты при давлении P и температуре T,
β– искомый параметр, равный молярной концентрации газовой фракции в составе смеси.
Зная β определяется компонентный состав жидкой и газовой фракции. Далее по рассчитанному компонентному составу определяется молярная масса газовой смеси и по уравнению состояния идеального газа плотность газовой смеси.
Работа модуля позволяет рассчитать количество жидкой и газовой долей объема трубопровода при появлении двухфазного состояния ШФЛУ и, следовательно, корректно рассчитать массу продукта в трубопроводе.
3. Модуль расчета массы ШФЛУ в трубопроводе
Расчет массы ШФЛУ выполняются в соответствии с утверждёнными на предприятии ООО «Запсибтрансгаз» «Методическими указаниями по учёту ШФЛУ» от 2019 года. Для расчёта массы алгоритм модуля делит трубопроводы на элементарные участки длиной порядка 100 метров. Для каждого элементарного участка автоматически определяется следующие параметры:
- компонентный состав ШФЛУ (из Модуля 1);
- давление;
- температура перекачиваемого продукта;
- фазовое состояние (жидкость/пар, из Модуля 2);
На основании данных параметров и в соответствии с ГОСТ 28656-19 «ГАЗЫ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ СЖИЖЕННЫЕ, Расчетный метод определения плотности и давления насыщенных паров» в каждом участке трубопровода рассчитывается значения плотности ШФЛУ в жидком фазовом состоянии. При давлении перекачки ШФЛУ в трубопроводе, превышающем давление насыщения паров при рабочей температуре, расчетное значения плотности умножается на поправочный коэффициент CPL учитывающий сжимаемость ШФЛУ в жидком состоянии.
Для каждого участка трубопровода корректируется его вместимость с учетом коэффициентов:
Kt – коэффициент, учитывающий влияние температуры стенки трубы на вместимость трубопровода,
Kp – коэффициент, учитывающий влияние давления ШФЛУ на вместимость трубопровода.
где Vmp,i - вместимость i-того участка трубопровода согласно градуировочной таблице, м3
Vпр,i – объём ШФЛУ в i-том участке трубопровода при температуре и давлении на этом участке, м3;
Масса всего продукта в трубопроводе рассчитывается как сумма масс ШФЛУ всех элементарных участков на данном трубопроводе.
Мш – масса ШФЛУ в трубопроводе, тонн;
Pср,i – плотность ШФЛУ при температуре и давлении в i-том участке трубопровода, кг/м3.
Заключение
Внедрение модулей «Материального баланса трубопроводной системы» в ПК «Сириус-СППР» обеспечивает:
- Повышение достоверности расчёта массы ШФЛУ в трубопроводе за счёт:
- Учёта реального компонентного состава и его изменения вдоль трассы;
- Точного определения фазового состояния продукта;
- Расчёта плотности с учётом фактических давления, температуры и компонентного состава;
- Корректировки вместимости трубопровода.
- Снижение финансовых рисков за счёт минимизации погрешностей инвентаризации, ведущих к дебалансу.
- Повышение объективности формирования материального баланса.
- Сокращение временных затрат и минимизацию влияния человеческого фактора на процесс учёта.
Использование системы «Сириус-СППР» с новыми модулями позволяет перейти на качественно новый уровень контроля и управления процессом транспортировки ШФЛУ.
Благодарим за внимание к нашей статье!
Ещё больше полезной информации, новостей и эксклюзивных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале и сообществе ВКонтакте.
Подписывайтесь, чтобы быть в курсе!