Розроблення технології безтраншейної реконструкції трубопровідних комунікацій “Тяговий поршень”

The technology of trenchless reconstruction of pipeline communications has been developed by pulling a new polyethylene pipeline into a worn-out steel traction by the pig. The pig moves under the pressure of air supplied into the trans-pig space by the compressor.Mathematical and CFD modeling of the process of pulling the pipeline by a pig is performed. Formulas for calculating the resistance forces acting on the moving system, the pressure at the compressor outlet, at which the pig will extend a new polyethylene pipeline with the entire length of the reconstructed worn steel pipeline, are derived. The resistance forces acting on the moving system on horizontal sections of the route are: the force of mechanical friction of the pig cuffs against the walls of the steel pipeline; friction force of polyethylene pipe to steel; friction force of the polyethylene pipe in the ring cuffs of the sealing system.The results of CFD simulations are visualized in the postprocessor of the Ansys Fluent software package by drawing flow lines, speed vectors, pressure fields on the contours and in the longitudinal section of the annular and rotary space. The exact values of speed, pressure at various points of the annular and rotary space are determined. The structure of the air flow in the trans-pig and annular space is investigated. Places slowing down and accelerating the flow of air, falling and rising pressure are identified. The pressure losses in the annular space are determined.After performing experimental tests, it is found that the developed «Pulling pigP» technology can be used for the reconstruction of pipeline communications. According to the results of experimental measurements, graphs of changes in air pressure at the beginning of the pipeline in time are constructed when the pulling a polyethylene pipe into worn-out steel by the pig. The pressure at the beginning of the pipeline before the start of pulling increases, due to the force of static friction. After the start of pulling, the pressure decreases by a small amount, and during pulling, its slight increase occurs. The graphs of dependence of the pulling speed on the air volume flow and on the length of the pulled section of the polyethylene pipe are constructed. At the initial stage, the pulling speed increases dramatically and after such growth stabilizesРазработана технология бестраншейной реконструкции трубопроводных коммуникаций протягиванием поршнем нового полиэтиленового трубопровода в изношенный стальной – “Тяговый поршень$”. Поршень движется под давлением воздуха, подаваемого в запоршневое пространство компрессором.Выполнено математическое и CFD моделирования процесса протягивания трубопровода поршнем. Выведены формулы для расчета сил сопротивления, действующих на подвижную систему, давления на выходе компрессора, при котором поршень протянет новый полиэтиленовый трубопровод всей длиной реконструированного изношенного стального трубопровода. Силами сопротивления, действующими на подвижную систему на горизонтальных участках трассы, являются: сила механического трения манжет поршня к стенкам стального трубопровода; сила трения полиэтиленовой трубы к стальной; сила трения полиэтиленовой трубы в кольцевых манжетах уплотнительной системы.Результаты CFD моделирования были визуализированы в постпроцессоре программного комплекса Ansys Fluent построением линий течения, векторов скорости, полей давления на контурах и в продольном сечении межтрубного и запоршневого пространства. Определялись точные значения скорости, давления в различных точках межтрубного и запоршневого пространства. Исследована структура потока воздуха в запоршневому и межтрубном пространстве. Выявлено места замедление и ускорение потока воздуха, падения и роста давления. Определены потери давления в межтрубном пространстве.Выполнив экспериментальные испытания, установлено, что разработанная технология “Тяговый поршень$” может применяться для реконструкции трубопроводных коммуникаций. По результатам экспериментальных измерений построены графики изменения давления воздуха в начале трубопровода во времени при протягивании поршнем полиэтиленовой трубы изношенной стальной. Давление в начале трубопровода до начала протягивания увеличивается, что обусловлено силой трения покоя. После начала протягивания давление уменьшается на незначительную величину, а во время протягивания происходит незначительное его увеличение. Построено гафики зависимости скорости протягивания от объемного расхода воздуха и от длины протянутого участка полиэтиленовой трубы. На начальном этапе скорость протягивания резко возрастает и после такого роста стабилизируетсяРозроблено технологію безтраншейної реконструкції трубопровідних комунікацій протягуванням поршнем нового поліетиленового трубопроводу в зношений сталевий – “Тяговий поршень$”. Поршень рухається під тиском повітря, яке подається в запоршневий простір компресором.Виконано математичне та CFD моделювання процесу протягування трубопроводу поршнем. Виведено формули для розрахунку сил опору, які діють на рухому систему, та тиску на виході компресора, при якому поршень протягне новий поліетиленовий трубопровід усією довжиною реконструйованого зношеного сталевого трубопроводу. Силами опору, які діють на рухому систему на горизонтальних ділянках траси, є: сила механічного тертя манжет поршня до стінок сталевого трубопроводу; сила тертя поліетиленової труби до сталевої; сила тертя поліетиленової труби в кільцевих манжетах ущільнювальної системи. Результати CFD моделювання були візуалізовані в постпроцесорі програмного комплексу Ansys Fluent побудовою ліній течії, векторів швидкості, полів тиску на контурах і в повздовжньому перерізі міжтрубного та запоршневого простору. Визначались точні значення швидкості, тиску в різних точках міжтрубного та запоршневого простору. Досліджено структуру потоку повітря у запоршневому та міжтрубному просторі. Виявлено місця сповільнення та пришвидшення потоку повітря, падіння та зростання тиску. Визначено втрати тиску в міжтрубному просторі.Виконавши експериментальні випробування, встановлено, що розроблена технологія “Тяговий поршень” може застосовуватись для реконструкції трубопровідних комунікацій. За результатами експериментальних вимірювань побудовано графіки зміни тиску повітря на початку трубопроводу в часі під час протягування поршнем поліетиленової труби зношеною сталевою. Тиск на початку трубопроводу до початку протягування збільшується, що обумовлено силою тертя спокою. Після початку протягування тиск зменшується на незначну величину, а під час протягування відбувається незначне його збільшення. Побудовано графіки залежності швидкості протягування від об’ємної витрати повітря та від довжини протягнутої ділянки поліетиленової труби. На початковому етапі швидкість протягування різко зростає і після такого зростання стабілізуєтьс

Modeling computational fluid dynamics of multiphase flows in elbow and T-junction of the main gas pipeline

The research was performed in order to obtain the physical picture of the movement of condensed droplets and solid particles in the flow of natural gas in elbows and T-junctions of the linear part of the main gas pipeline. 3D modeling of the elbow and T-junction was performed in the linear part of the gas main, in particular, in places where a complex movement of multiphase flows occurs and changes its direction. In these places also occur swirls, collisions of discrete phases in the pipeline wall, and erosive wear of the pipe wall. Based on Lagrangian approach (Discrete Phase Model – DPM), methods of computer modeling were developed to simulate multiphase flow movement in the elbow and T-junction of the linear part of the gas main using software package ANSYS Fluent R17.0 Academic. The mathematical model is based on solving the Navier–Stokes equations, and the equations of continuity and discrete phase movement closed with Launder–Sharma (k–e) two-parameter turbulence model with appropriate initial and boundary conditions. In T-junction, we simulated gas movement in the run-pipe, and the passage of the part of flow into the branch. The simulation results were visualized in postprocessor ANSYS Fluent R17.0 Academic and ANSYS CFD-Post R17.0 Academic by building trajectories of the motion of condensed droplets and solid particles in the elbow and T-junction of the linear part of the gas main in the flow of natural gas. The trajectories were painted in colors that match the velocity and diameter of droplets and particles according to the scale of values. After studying the trajectories of discrete phases, the locations of their heavy collision with the pipeline walls were found, as well as the places of turbulence of condensed droplets and solid particles. The velocity of liquid and solid particles was determined, and the impact angles, diameters of condensed droplets and solid particles in the place of collision were found. Such results provide possibilities for a full and comprehensive investigation of erosive wear of the elbow and T-junction of the linear part of the gas main and adjacent sections of the pipeline, and for the assessment of their strength and residual life

Optimal gas transport management taking into account reliability factor

In the period of shortage of gas supply, special attention is given to reducing the supply of gas to its consumers, that is, their complete and uninterrupted gas supply. Increasing gas losses associated with technological transportation costs, in particular caused by gas flow instability and frequent changes in gas transmission network operating modes. Considering losses due to unreliability of gas pumping is one of the important tasks of gas supply optimization. The purpose of the study is to develop an optimization mathematical model that will simultaneously take into account the factors of reliability and minimum lossesIn the general case, the optimization calculations of the modes of operation of the main gas pipelines are intended to solve three main problems: determining the maximum productivity, calculating the optimal mode with a given productivity and choosing the optimal strategy, the development of the pipeline. On the basis of approaches of simulation modeling of complex systems, a multiparameter mathematical model of gas supply process optimization was developed. It is shown that a comparative analysis of the forecast and actual indicators of the operating modes of the plunger gas pumping unit shows their satisfactory convergence. The performance of the compressor operation period in the process of injection according to the forecast deviates from the actual value for the whole period of operation of the plunger gas pumping unit in 2016 by 2.98%. The optimization problem of gas pumping planning is considered, taking into account the expected losses, on the basis of which the transfer of the controlled system from the initial state to the final one is carried out by such a sequence of states that minimizes the total cost of the system evolution

Mathematical Modeling of Unsteady Gas Transmission System Operating Conditions under Insufficient Loading

Under insufficient loading of a main gas transmission system, high-amplitude fluctuations of pressure may occur in it. A mathematical model is proposed to estimate the amplitude of pressure fluctuations in a gas pipeline along its length. It has been revealed that the shutdown of compressor stations along the gas pipeline route has a significant impact on the parameters of the unsteady transient operating conditions. The possibility of minimizing oscillation processes by disconnecting compressor stations is substantiated for the “Soyuz„ main gas pipeline

Impact of Long-Term Operation on the Reliability and Durability of Transit Gas Pipelines

Corrosion and corrosion-fatigue tests of the material of the pipeline, which was in operation for 41 years. It has been shown that prolonged operation reduces the parameters of resistance to fatigue and prolonged static loading in corrosive environments. It was established that the degradation of physical and mechanical properties is insignificant, Ukraine’s main gas pipelines are ready to operate at full capacity provided that timely monitoring measures are carried out