Desenvolvimento do sistema automatizado de controle de temperatura do gasoduto principal

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 3092 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Este artigo apresenta os resultados de um experimento numérico e uma análise de campos de temperatura (resfriadores para gás) utilizando elementos de refrigeração no gasoduto de estudo de caso. Uma análise dos campos de temperatura demonstrou vários princípios para a formação de um campo de temperatura, o que indica a necessidade de manter uma temperatura relativa para o bombeamento de gás. A essência do experimento foi instalar um número ilimitado de elementos de resfriamento no gasoduto. O objetivo deste estudo foi determinar a que distância é possível instalar elementos de refrigeração para o regime ótimo de bombeamento de gás, no que diz respeito à síntese da lei de controle e à determinação da localização ótima e avaliação do erro de controle dependendo da localização do elementos de resfriamento. A técnica desenvolvida permite avaliar o erro de regulação do sistema de controle desenvolvido.

Numa economia em rápido crescimento, a questão de fornecer a quantidade necessária de matérias-primas aos consumidores é urgente. Uma das principais fontes de matérias-primas são hidrocarbonetos, gás natural e petróleo. No decorrer do seu processamento, surgem diversos materiais e derivados para fornecer à população do planeta os produtos de produção necessários. Com o desenvolvimento das regiões do Extremo Norte (Rússia), há necessidade de busca por tecnologias para extração e transporte em longas distâncias de matérias-primas de hidrocarbonetos na presença de diversos compostos químicos, como as parafinas. A extração desse tipo de matéria-prima é uma tarefa bastante trabalhosa. Outro problema é o seu transporte posterior. As matérias-primas não podem ser totalmente processadas no local. Portanto, o produto bruto entra no pipeline de campo. A presença de impurezas no produto bruto tem um impacto significativo na durabilidade e resistência ao desgaste do transporte por dutos.

Também é importante notar que as condições meteorológicas desempenham um papel importante no processo de transporte no extremo norte. Em áreas onde a temperatura média anual pode variar de -50 a + 40 graus Celsius, a tubulação é adicionalmente afetada pelas propriedades físicas do metal, cujo estiramento e compressão diários nas paredes da tubulação podem levar à deformação e destruição de toda a tubulação. .

Ao contrário do petróleo, se a matéria-prima de hidrocarbonetos em questão for o gás natural e a temperatura aumentar, o gás torna-se viscoso, o que dificulta o seu transporte através do gasoduto.

Por um lado, para eliminar estes problemas, foram desenvolvidos o aquecimento automático (para óleo) e a manutenção de uma temperatura pré-determinada (para gás) no gasoduto. No entanto, esse aquecimento do gasoduto é de natureza local. Freqüentemente, um elemento de aquecimento é instalado em uma determinada parte da tubulação, aquecendo-a a um valor alto. E então o reaquecimento é aplicado a longa distância. Esse método de aquecimento de dutos não é econômico porque consome muita energia, o que aumenta o custo do produto.

Por outro lado, uma aplicação alternativa envolve a colocação do gasoduto no subsolo. Este método é mais eficiente porque o equilíbrio da temperatura é mantido por um período mais longo. Mas a implantação de assentamentos subterrâneos nem sempre é possível devido às áreas de permafrost, o que leva a maior subsidência do solo. Há muito tempo são conhecidos o método de colocação do cabo de aquecimento e o método de medição do impacto térmico na tubulação.

O primeiro estudo nessa direção começou com o trabalho do conhecido cientista do petróleo em geologia do petróleo, Gubkin IM. Em seus estudos, ele descreveu métodos de influenciar o reservatório e o sistema bomba-compressor para extrair óleo extra-viscoso do reservatório. Com base em seu método, cientistas de todo o mundo descreveram em seus artigos científicos métodos alternativos de impacto térmico no oleoduto para melhorar as propriedades reológicas das matérias-primas extraídas. O autor de "Métodos e algoritmos de cálculo (transporte de gás por gasoduto)", Sardanashvili SA, descreveu métodos e algoritmos de cálculo de forma focada em sua aplicação prática no desenvolvimento e operação de sistemas computacionais para controle de despacho de transporte de gás natural, resolvendo problemas de projetar e reconstruir sistemas de transmissão de gás. Lurie MV et al., em estudo intitulado “Modelagem de Transporte de Produtos Petrolíferos e Gasodutos”, considerou os principais oleodutos e gasodutos e métodos de influência térmica sobre eles1. Porém, ao analisar a literatura, não existem métodos para cálculo do regime térmico de parques de tanques e estações elevatórias.