Non-linear optimization of high-pressure gas networks with respect to hydrate control

• Autorzy: Osiadacz A. J. , Uilhoorn F. E. , Chaczykowski M.

Warianty tytułu

PL

Nieliniowa optymalizacja sieci gazowej wysokiego ciśnienia z uwzględnieniem zapobieganiu hydratów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, gas pipeline optimization includes constraints resulting from hydrate prevention. The key is to seek for the optimal settings of both: the compressor units and hydrate combating method at minimum fuel consumption subject to security of supply and hydrate prevention. A case study is conducted on the Polish section of the Yamal pipeline and an arbitrarily selected partial onshore and offshore pipeline. Three different configurations are investigated: (i) cooling the compressed gas, (ii) no cooling and (iii) line heating immediately after the compressor station. For each configuration, the fuel consumption of the compressors is minimized and in order to prevent hydrate formation, the outlet temperature of the line heater, allowable water vapour in the gas and methanol concentration are calculated for each pipe section. The hydrate model is based on the statistical mechanical approach of Van der Waals and Platteeuw and applicable for systems that contain water (free or dissolved in gas), methanol and mixed gases both hydrate and non-hydrate formers.

PL

W artykule omówiono zagadnienie optymalizacji gazowego systemu przesyłowego uwzględniając dodatkowo ograniczenia wynikające z warunków tworzenia się hydratów. Kryterium optymalizacji to minimum zużycia paliwa w tłoczniach gazu. Badania przeprowadzono na polskiej części gazociągu jamalskiego dla trzech przypadków pracy tłoczni: chłodzenie gazu w tłoczni, brak chłodzenia oraz podgrzewanie gazu za stacją przetłoczną. Dla każdego wariantu, zużycie paliwa przez sprężarki jest minimalizowane oraz w celu przeciwdziałania tworzenia się hydratów, temperatura wyjściowa podgrzewacza jest obliczana a także obliczana jest zawartość pary wodnej i metanolu w gazie dla każdej sekcji gazociągu. Zastosowany model hydratu jest oparty na modelu Van der Waalsa oraz Platteeuw.

Słowa kluczowe

EN

phase equilibria; gas hydrates; mathematical modelling; thermodynamics; optimization

PL

hydraty gazowe; modelowanie matematyczne; termodynamika; optymalizacja; równowagi fazowe

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 3
• Strony: 627--643
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Osiadacz A. J.

• Heating and Gas Engineering Division, Faculty of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa, Poland

autor

Uilhoorn F. E.

• Heating and Gas Engineering Division, Faculty of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa, Poland

autor

Chaczykowski M.

• Heating and Gas Engineering Division, Faculty of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa, Poland

Bibliografia

• Bishnoi P.R., Dholabhai Pankaj D., 1999. Equilibrium conditions for hydrate formation for a ternary mixture of methane, propane and carbon dioxide, and a natural gas mixture in the presence of electrolytes and methanol. Fluid Phase Equilibria, 158-160: p. 821-827.
• Hansen H.K., Rasmussen P., Fredenslund Aa., Schiller M., Gmehling J., 1991. Vapor-Liquid Equilibria by UNIFACGroup Contribution. 5. Revision and Extension. Ind. Eng. Chem. Res., 30: p. 2352-2355.
• Holder G.D., Hand J.H., 1982. Multiple-Phase Equilibria in Hydrates from Methane, Ethane, Propane and Water Mixtures. AIChE J., 28(3): p. 440-447.
• Holderbaum T., Gmehling J., 1991. PSRK: A Group-Contribution Equation of State Based on UNIFAC. Fluid Phase Equilibria, 70: p. 251-265.
• Klauda J.B., Sandler S.I., 2000. A Fugacity Model for Gas Hydrate Phase Equilibria. Ind. Eng. Chem. Res., 39: p. 3377-3386.
• Kreith F., Bohn M.S., 1993. Principles of heat transfer. 5th ed.
• Krichevsky I.R., Kasarnovsky J.S., 1935. Thermodynamical calculations of solubilities of nitrogen and hydrogen inwater at high pressures. J. Amer. Chem. Soc., 57: p. 2168-2172.
• Morita K., Nakano S., Ohgaki K., 2000. Structure and stability of ethane hydrate crystal. Fluid Phase Equilibria, 169(2): p. 167-175.
• Osiadacz A., Uilhoorn F.E., Chaczykowski M., 2009. Computation of Hydrate Phase Equilibria and Its Application tothe Yamal-Europe Gas Pipeline. Petroleum Science and Technology, 27(2) : 208-225.
• Ostergaard K.K., Tohidi B., Danesh A., Burgass R.W., Todd A.C., 2000. Equilibrium data and thermodynamic modellingof isopentane and 2,2-dimethylpentane hydrates. Fluid Phase Equilibria, 169: p. 101-115.
• Parrish W.R., Prausnitz J.M., 1972. Dissociation Pressure of Gas Hydrates Formed by Gas Mixtures. Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop., 11(1): p. 26-35.
• Sloan Jr., E.D., 1998. Clathrate hydrates of natural gases. 2 ed., New York: Marcel Dekker Inc.
• Soave G., 1972. Equilibrium constants from a modified Redlich-Kwong equation of state. Chem. Eng. Sci., 27: p. 1197-1203.
• Subramanian S., Kini R., Dec S.F., Sloan Jr., E.D., 2000. Evidence of structure II hydrate formation from methane +ethane mixtures. Chem. Eng. Sci., 55(11): p. 1981-1999.
• Techo R., Tickner R.R., James R.E., 1965. An accurate equation for the computation of the friction factor for smoothpipes from the Reynolds number. Journal of Applied Mechanics, p. 443.
• Van der Waals J.H., Platteeuw J.C., 1959. Clathrate Solutions. Adv. Chem. Phys., 1: p. 1-57.
• Yoon J.-H., Yoshitaka Y., 2004. PSRK Method for Gas Hydrate Equilibria: I. Simple and Mixed Hydrates. AIChE Journal, 50(1): p. 203-214.