For the transportation of natural gas through pipelines, gas pumping units (GPU) are installed at numerous compressor stations (CS), the energy carrier for which, in most cases, is transported natural gas. 0.5 ... 1.5 % of the volume of transported gas is consumed (burned) by the pumping unit drive. The situation with the replacement of existing equipment with modern equipment is associated with significant investments, on the one hand, and the uncertainty with the transit of Russian natural gas through gas transmission systems of Ukraine in the near future. More promising is the way to increase the efficiency of the GPU cycle through the use of circuits with preliminary cooling of the compressed gas. The aim of this research is studying the prospects for the application of technology for pre-cooling technological natural gas before compression in a gas pumping unit based on heat-using absorption refrigeration machines. To analyze the effect of pre-cooling of technological natural gas on the compressor stations of main gas pipelines, gas pumping units – GTK-10I were selected. The calculation of GPU power consumption and fuel gas consumption at various temperatures of the process gas at the inlet to the supercharger was performed. The calculation of the operating parameters of the gas pumping unit is performed and the energy and financial prospects of the technology for cooling the process gas before compression in the GPU CS are shown. For the current economic situation (July 2019) in the Ukrainian gas market, the daily decrease in operating costs in standard gas pipelines with a decrease in gas temperature before compression in the gas pumping unit by 20 K ranges from 1800 USD to 3360 USD. A scheme of a recycling plant based on absorption water-ammonia refrigeration machine (AWRM) is proposed, which in the range of initial data allows to reduce the temperature of technological natural gas before compression by 11 ... 13 ° C.

Absorption refrigeration units (ARU), which are part of absorption refrigeration devices (ARD) with a natural working fluid (water, ammonia and hydrogen) have a number of unique qualities. These qualities include: noiselessness, high reliability and long life; the possibility of using several energy sources in one device. At the same time, ARDs have increased energy consumption compared to similar compression models, and this does not allow them to expand their presence in the market of household refrigeration equipment. The ARU evaporator provides a predetermined temperature level in the chambers of the refrigeration appliance and the required cooling capacity. In this regard, it is relevant to search for the operating modes of the evaporator that provide the ARU maximum energy efficiency, which is the aim of this work. The thermal conditions of the direct-flow three-pipe design of the evaporator are simulated. The calculated ratio for a once-through evaporator is obtained taking into account the assumption of the adiabaticity of the evaporation process, when all the heat of the phase transition is used to cool the incoming flows of the purified vapor-gas mixture (VGM) and liquid ammonia to a minimum temperature. The analysis of the results of calculating the operating modes of the evaporator made it possible to determine the directions of ways to increase the energy efficiency of both the evaporator itself and the ARU in general: a) preliminary cooling of the purified VGM flow at the inlet of the adiabatic section of the evaporator with an under-recovery of up to 5 °C and up to 10 °C; b) preliminary cooling of the liquid ammonia flow at the inlet of the adiabatic section of the evaporator with an under-recovery of up to 5 °C for all ARU types; c) increasing the purification degree of the VGM flow in the absorber allows increasing the temperature of the purified VGM flow at the inlet of the adiabatic section of the evaporator by 4...6 °C, i. e. to reduce the costs of useful cooling capacity for pre-cooling by 10...15 %

Одним з перспективних напрямків зниження експлуатаційних втрат в магістральних газопроводах є попереднє охолодження компріміруемого газу за допомогою тепловикорестуючих абсорбційних водоаміачних холодильних машин (АВХМ), які утилізують дармове тепло відхідних продуктів згоряння газоперекачувальних агрегатів. Об'єктом дослідження є енергетичні характеристики АВХМ в широкому діапазоні параметрів експлуатації (температур зовнішнього повітря), які в даний час не вивчені. Дане дослідження присвячено розробці методики моделювання режимів АВХМ, проведенню аналітичних досліджень і аналізу отриманих результатів в широкому діапазоні температур зовнішнього повітря. Дослідження проводилося за допомогою теоретичного аналізу циклів АВХМ в широкому діапазоні температур зовнішнього повітря і температур об'єкта охолодження. Аналіз отриманих результатів показав, що в діапазоні розрахункових параметрів має місце максимум енергетичної ефективності АВХМ. Найбільш очевидно наявність максимуму для умов роботи при температурах охолоджуючої середовища 20…32 °C і низьких температурах об'єкта охолодження (мінус 25 °C). При зниженні температур об'єкта охолодження максимум енергетичної ефективності зміщується в область високих температур гріючого середовища, а його чисельні значення зменшуються. При температурах, що гріє джерела від 90 °C до 130 °C, електрична потужність циркуляційного насоса має максимальне значення. Надалі із зростанням температури, що гріє джерела спостерігається її асимптотичне зниження і повільне зменшення. Найбільші зміни при цьому відбуваються при підвищених температурах охолоджуючого середовища (32 °C). Результати моделювання дозволяють визначити найбільш енергетично вигідні режими роботи АВХМ з різними джерелами теплової енергії (температури від 90 до 160 °C) і проводити розробку систем охолодження для широкого діапазону температур (мінус 30…15 °C). Для досягнення таких оптимальних режимів необхідна відповідна комбінація складу робочого тіла і температури, що гріє джерела. Ключові слова: абсорбційні водоаміачні холодильні машини, дармове тепло, енергетична ефективність, попереднє охолодження природного газу, магістральні газопроводи.

АНОТАЦІЯ У роботі наведено огляд стану транзиту природного газу територією України через газотранспортну систему та розглянуто перспективи подальшого завантаження враховуючи побудову альтернативних обхідних газопроводів. Як об'єкт дослідження вибрано відгалуження ГТС України у південному напрямку, яке проходить через газовимірювальну станцію «Орлівка» де здійснюється вимірювання кількості та визначення якості природного газу, що передається. На підставі аналізу даних про нерівномірність транзиту у зазначеному напрямку проведено їх групування за кількісною ознакою та визначено необхідне число інтервалів. Розраховано відносну амплітуду коливань подачі газу та проведені розрахунки показників гідравлічної потужності газопроводів. Встановлено, що коливання максимальної та мінімальної гідравлічної потужності за період з 2015 по 2018 рік змінювалися у межах 8.7-39.5, що свідчить про значні перепади у режимах роботи компресорних станцій та необхідність оптимізації їхньої роботи. На основі огляду літературних джерел з проблеми ефективної роботи газопроводів в умовах недовантаження, розроблена методика визначення пропускної здатності та енерговитратності газопроводу для заданої комбінації працюючих газоперекачуючих агрегатів (ГПА). Розрахунки проводилися для газопроводу Ананьїв-Тирасполь-Ізмаїл на ділянці Тарутине-Орлівка. Методика містить розрахунок фізичних властивостей газу за його складом, розрахунок компримування газу, розрахунок лінійної частини, витрат газу на власні потреби компресорної станції та розрахунок сумарної потужності газоперекачуючих агрегатів при заданих технологічних обмеженнях. За допомогою розробленого оригінального програмного забезпечення у мові програмування MATLAB виконані циклічні багатоваріантні розрахунки пропускної здатності і енерговитратності газопроводу та проведена оптимізація режимів роботи компресорного цеху. За критерій оптимізації вибрана мінімальна сумарна потужність ГПА. Змінними параметрами при цьому є частоти обертання нагнітачів, різна комбінація працюючих ГПА, коефіцієнт завантаженості.

The current state of transit of natural gas through the Ukrainian gas transmission system (GTS) is estimated in the paper. The prerequisites for further reduction of the GTS load in the coming years are considered, in particular in the direction of Europe through the gas measuring station "Orlivka" (south direction), taking into account the construction of alternative bypass gas pipelines. On the basis of the review of literature sources on the problem of efficient operation of gas pipelines under conditions of underloading, a method for determining the capacity and energy consumption of the gas pipeline for a given combination of working gas pumping units (GPU) was developed. The Ananyev-Tiraspol-Izmail gas pipeline at Tarutino-Orlivka section was selected as the object of research. The methodology includes the calculation of the physical properties of gas by its composition, the calculation of gas compression, the calculation of the linear part, the gas flow to the compressor station's own needs, and the calculation of the total power of the gas-pumping units under the specified technological limitations. With the help of the original software developed in the MATLAB programming language, cyclical multivariate calculations of the capacity and energy consumption of the gas pipeline were carried out and the operating modes of the compressor shop were optimized in the load range from 23 ... 60 million m3/day. Optimization criterion is the minimum total capacity of the GPU. Variable parameters at the same time are the speeds of the superchargers, different combination of working GPU, load factor. According to the results of the optimization graphical dependences were constructed: the optimum frequency of the rotor of the supercharger on the performance of the pipeline; changes in power and pressure depending on the performance of the pipeline when operating a different combination of superchargers. Recommendations have been developed to minimize fuel gas costs at the compressor station.