3 Лабораторна робота №3 (з елементами ндрс) Побудова діагностичної моделі газопроводів

3.1. Основні теоретичні положення

МЕТА: побудова діагностичної моделі газопроводу.

ЗАВДАННЯ: згідно вихідних даних провести розрахунок гідравлічної ефективності газопроводу.

Суть процесу параметричної діагностики газотранспортної системи як складного технічного об’єкта полягає у визначенні ряду параметрів, що характеризують властивості системи на даний момент часу. Вихідною інформацією для реалізації методу є параметри режиму роботи системи, на основі яких визначаються діагностичні характеристики, сукупність яких у свою чергу визначає стан об’єкта. Визначення діагностичних ознак за виміряними значеннями параметрів режиму ведеться на основі діагностичних моделей, що представляють собою сукупність алгебраїчних, диференційних чи інтегральних рівнянь із граничними умовами й обмеженнями, що відображають суть фізичного процесу.

Діагностична ознака або їх сукупність повинна входити як параметр у діагностичну модель, що зв’язує її з параметрами режиму, з одного боку, і не повинна залежати від них (визначати тільки властивості системи) – з іншого.

Магістральний газопровід як об’єкт діагностики є складною технічною системою, усі властивості якої оцінити однією математичною моделлю дуже складно. Тому тут розглядається газотранспортна система з погляду її властивостей стосовно термогазодинамічних процесів, що у ній відбуваються. З точки зору властивостей лінійної ділянки стосовно динаміки газового потоку визначальною діагностичною ознакою є коефіцієнт гідравлічного опору. Інтенсивність теплового потоку в навколишнє середовище найбільш повно може бути охарактеризована повним коефіцієнтом теплопередачі від газу в навколишнє середовище. Тому зазначені величини можуть розглядатися як діагностичні ознаки, що характеризують термогазодинамічні властивості лінійної ділянки.

З часом експлуатації газопроводу спостерігається зміна його гідравлічного опору внаслідок старіння лінійної ділянки. Тому прийнято використовувати неабсолютні значення коефіцієнта гідравлічного опору та його відносну величину порівняно з первісним (теоретичним) значенням.

Нестаціонарність потоку газу в трубах, що не враховується при побудові математичних діагностичних моделей, вносить помилки в результати діагностики.

Тому виникає необхідність у створенні діагностичних моделей газотранспортних систем і простих газопроводів, що враховують нестаціонарність і неізотермічність газового потоку. Ці моделі дуже складні в реалізації, у зв’язку з чим потрібне їх спрощення відповідно до режимів, за параметрами яких виконується діагностування.

Задача моделювання руху газу в газопроводі повинна включати газодинамічні та термодинамічні рівняння, які об’єднані в єдину систему.

Величину гідравлічного опору газопроводу з врахуванням часу його експлуатації оцінюють коефіцієнтом гідравлічної ефективності, який зручно визначати через відношення коефіцієнтів гідравлічного опору на стадії проектування та на даний момент експлуатації:

. (3.1)

Оскільки теоретичне і фактичне значення коефіцієнта гідравлічного опору лінійної ділянки є його властивостями з погляду гідродинаміки потоку, то величину коефіцієнта гідравлічної ефективності зручно використовувати як діагностичну ознаку.

Для визначення значення коефіцієнта гідравлічного опору на основі розв’язку зворотної задачі необхідно задати початкові і граничні умови, які представляють собою зміни у часі фактичних значень тиску, витрати газу і температури на початку і в кінці газопроводу

;

;

; (3.2)

;

;

,

де - масовий розхід газу; - тиск; - температура.

Поставлена задача дуже складна в реалізації, так як система включає нелінійні диференційні рівняння. Тому для практичних розрахунків необхідно шукати шляхи спрощення математичної моделі. Система рівнянь суттєво спрощується для умов стаціонарної течії газу.

Граничні умови в цьому випадку приводяться до вигляду

;

;

; (3.3)

;

.

Таким чином, для визначення коефіцієнта гідравлічного опору із системи необхідно здійснити виміри витрати газу в будь-якому перерізі газопроводу (на початку або в кінці), а також заміри температур і тисків на початку і в кінці досліджуваної ділянки.

Із системи для фактичного значення коефіцієнта гідравлічного опору можна отримати розрахункову формулу у вигляді

. (3.4)

3.2 Вхідні дані

Вихідні дані для проведення лабораторної роботи:

Вхідні данні
Початковий тиск,кгс/см2	68,8
Кінцевий тиск,кгс/см2	54,5
Початкова температура,С	54
Зовнішній діаметр,мм	1220
Товщина стінки,мм	12
Довжина трубопроводу,км	219
Коефіцієнт теплопровідності,Вт/м2*К	2,83
Температура грунту,С	4
Продуктивність,млн.м3/д	21,4
Відносна густина газу	0,641
Кінцева температура,С	24