5. Тепловой расчёт в шлейфах.

При трансп-е Г проис-т изм-е t-ры Г, за счёт сниж-я Р и теплообмена с ОС. Среднюю t-ру Г на расч-м участке L выч-ют по: T_ср=Т_гр+(Т_н–Т_гр)(1–е^–al)/(al), где Т_н – t-ра Г на нач-м участке ГПр-да, К; Т_гр – t-ра Г на глубине прокл-ки ГПр-а; а – пар-р Шухова:

а=(262,3Кd_н)/(Q∆C_р10⁶)

где К – коэф-т теплопередачи от трансп-го Г к ОС, Дж/кг; d_н – наруж-й  ГПр-а, мм;

d_н=d_вн+2(δ_т+δ_из)

где δ_т, δ_из – толщины стенок ГПр-а и изоляции, мм.

Осн-м в опр-нии t-ры Г на расч-м уч-ке ГПр-а явл-ся расчёт коэф-та теплопередачи, от транс-го Г к ОС. Коэф-т теплопередачи для подземного ГПр-а при произ-й толщине теплоизоляции опр-ся:

К=1/[1/_м+d_н/(210³_м)+ln((d_вн+2_м)/d_вн)+d_н/(210³_из)ln(d_н/(d_вн+2_м))+d_н/(d_вн_вн)]

где _т – коэф-т теплопередачи от трубопро-да в грунт, В/м²; _м – коэф-т теплемкости металла труб, Вт/(м^оС); _из – коэф-т теплоемкости изол-и, Вт/(м^оС); _вн – коэф-т теплообмена м/у транс-м Г и стенкой труб, Вт/(м²^оС). t-ра Г на заданном уч-ке Г-опро-в L опр-ся:

T_l=T_гр(Т_н–Т_гр)е^–al–Д_i(P_н²–Р_к²)(1–е^–al)/(2alP_ср)

где Д_i – коэф-т Джоуля-Томсона, ^оС/МПа; Р_ср – среднее знач-е Р на расч-м участке Г-опро-в: Р_ср=2(Р_н+Р_к²/(Р_н+Р_к))/3. Для подзем-х МГ экспл-мых при турб-м режиме внутр-й коэф-т теплопередачи равен: _i=50…400 Вт/(м²^оС). Эта величина знач-но превыш-т внешн-й коэф-т тепло-чи ₂=1,5…5 Вт/(м²^оС). 1/₁Д₁ можно пренебречь с малой погр-тью. Для гр-та из сухого песка К1,163 Вт/(м²^оС); для очень влажного песка К3,489 Вт/(м²^оС); для сырой глины К=1,57. При отсутствии данных о хар-ре и влажности грунта по трассе ГПр-а коэф-т теплопер-чи прин-ем К1,75 Вт/(м²^оС).

5,. Гидравлический расчёт шлейфов.

Шлейфовые Г-опров-ды хар-ся , пропускной способностью, t-ным режимом, ∆Р в них. Течение Г в шлейфах – хар-ся Re, крит-ми Фруда, Эйлера. Внутр-й  шлейфов при заданной ск-ти Г:

d_вн=(q10⁶/(0,785w))^0,5

где q – расход Г, при Р_раб, t-ре Г, м³/с; w – ск-ть Г в шлейфе, м/с.

Секундный расход Г:

q=(Qz_p10⁶)/(Pz_н864009,8)

где Q – расход Г, в н. у., млн. м³/сут; Р – Р в расчёт-й точке, МПа; z_к, z_н – коэф-т сверхсж-ти Г, при рабочих условиях и н. у. После нахождения d_вн по табл. приним-т ближайшее факт-е знач-е, внутр-й  ГПр-а, и исходя из Р_раб в нём опред-ют его толщину. Факт-я скорость Г в шлейфе:

w=q10⁶/(0,785d_вн²).

Р в конце шлейфа:

Р_к=(Р_н²–Q²T_срz_срL/(10,2310^-12d_вн⁵))

где Р_н – Р Г в начале ГПр-а, МПа; λ – коэф-т гидрав-го сопрот-я ГПр-а; Т_ср – сред-я t-ра в ГПр-е, К; L – длина ГПр-а, км; Δ – относ-я плотн-ть Г в норм-х услов-х.

При извес-х знач-ях Р_к Р на задан-м участке ГПр-а:

Р_х=(Р_н²–(Р_н²–Р_к²)х/L)^0,5

где x – растоя-е от начала до конца, км. Т_ср находиться как среднее арифм-е м/у t-рой Г в начале шлейфа и t-рой грунта на глубине залегания ГПр-а. В качестве расч-й точки прин-ют расст-е от пов-ти земли до оси ГПр-а. λ опр-ся по мет-ке ВНИИ Г:

=0,067(158/Re+2K_ш/(10³d_вн))^0,2

где К_ш – шерох-ть стен труб, микрон, – хар-т неров-ти стенки трубы.

Изм-е шероховатости труб в период экспл-ции в знач-й степени зав-т от кач-ва транс-го Г. Налич-е в нём сернистых соед-й, воды и мех. примесей со временем резко увел-ет шерох-ть труб. Абс-я шерох-ть в начале К_ш=30…40 мкм после длит-й экспл-ции К_ш=500…1000 мкм. Re явл-ся мерой отн-я сил инерции и внутр-го трения:

Re=Wd_вн/=Wd_вн_н/

где W – средняя ск-ть потока м/с d_вн – внут-й  труб-да, м; _н –  потока при раб-х усл-ях, кг/м³;  – дин-я вяз-ть, Пас;  – кин-я вяз-ть, м²с; Транс-е Г по шлейф-м и МГ практ-ки всегда происх-т при турб-м реж-ме. Если в транс-м Г сод-ся изв-е кол-во ж-ти необ-мо заменить =f (Re) на _см. Коэф-т _см опр-ся многопарной фун-й: _см=(Re)(, F_r, ) где (Re, ) – коэф-т гидр-го сопр-я при движ-и потока;  – отн-я шерох-ть; (, F_r, ) – поправ-й коэф-т;

=W_г/(W_г+W_ж) – расход-е Г-осод-е; W_г,W_ж – привед-е к полному сечению ГПр-а ск-ти Г и Ж, м/с; F_r – критерий Фрунда – мера отн-я сил инерции и тяжести в потоке:

F_т=(W_г+W_ж)²10³/(gd_вн)

=_г/_ж

Коэф-т эф-ти: К_эф=Q_ф/Q_п где Q_ф, Q_п – факт-я и проект-я способность Г-оп-да. Знач-е коэф-та эф-ти ГПр-а сниж-ся при наличии Г, мех. примесей, с увел-ем шерох-ти стенок труб.