2 Определение коэффициента сжимаемости газа

Сжимаемость газа характеризуется коэффициентом, учитывающим отклонение реальных газов от законов идеального газа.

2.1 Определяется приведенная температура газа

T_пр =T_ср / T_кр ,

где T_ср – средняя температура газа, К

2.2 Определяется приведенное давление газа

p_пр = p_{ср /} p_кр ,

где p_ср – среднее давление газа, Па (МПа).

2.3 Определяется коэффициент сжимаемости газа z = f(T_пр, p_пр) по номограмме в зависимости от приведенных температуры и давления ([5], стр. 216, рис. 10.1.; [41], стр. 22, рис. 1.2; [59], стр. 107, рис. 43; [58], стр.34,рис.3.3).

Технологический расчет магистрального газопровода

В задачу расчетов магистральных газопроводов входит определение их основных параметров, связанных с технологическим процессом транспорта газа по магистральным газопроводам. По этому признаку расчеты эти называют технологическими расчетами магистральных газопроводов. В состав технологических расчетов входит гидравлический расчет магистральных газопроводов, включающий определение падения давления в газопроводе расстояний между компрессорными станциями (КС), выбор оптимального диаметра газопровода и расчет температурного режима перекачки. Технологические расчеты выполняются в соответствии с действующими нормами проектирования магистральных газопроводов. В результате выполнения технологических расчетов решаются основные технические вопросы наиболее рациональной схемы сооружения магистральных газопроводов при минимальных затратах на строительство и эксплуатацию. В качестве исходных данных для расчета пользуются химическим составом газа, физической его характеристикой, данными в годовой пропускной способности, общей длиной трассы газопровода , а также температур

ными параметрами газа. Кроме того, в расчетах учитываются профиль трассы, геологические условия, данные об удаленности от источников энергоснабжения дрог и т.д. В некоторых случаях в зависимости от назначения и схемы магистрального газопровода пользуются уточненными данными годовых и месячных планов транспорта газа с разбивкой их по потребителям, а также учитывают наличие подземных газохранилищ и условий отбора газа из них. При выполнении технологических расчетов в практике проектирования некоторые расчетные параметры принимают по готовым номограммам и таблицам, приводимым в справочниках и действующих указаниях по расчету магистральных газопроводов. Так, абсолютную среднюю температуру перекачки газа определяют по номограмме в зависимости от пропускной способности, протяженности магистрального газопровода, а также температурных условий укладки.

1 Гидравлический расчет магистрального газопровода

При выполнении гидравлического расчета газопровода определяют падение давления в газопроводе и расстояния между КС при заданных значениях пропускной способности газопровода и других исходных данных. Пропускной способностью газопровода называется максимальное количество газа, которое может быть перекачано за сутки при поддержании в начале участка максимально возможного давления по условиям прочности газопровода и минимально допустимого давления в конце участка, устанавливаемого от его назначения. Например, минимально допустимое давление перед газораспределительной станцией (ГРС) выбирают из условия надежной работы ее оборудования и газового хозяйства потребителей, а перед КС – с учетом характеристики установленных на ней компрессорных машин и обеспечения перекачки ими заданного количества газа при максимальном по условиям прочности газопровода давлении нагнетания.

1.1 Определяется расчетная суточная пропускная способность газопровода

q = Q_г / (365·k_и), млн. м³/ сут.

где Q_г – годовой расход газа, т.е. количество газа, поступающего в газопровод в течение года ( при 20Cи 760 мм ртутного столба  0,1 МПа), млн.м³ /год;

k_и – оценочный коэффициент использования пропускной способности газопровода

k_и = k₁·k₂·k₃ ,

где k₁ – коэффициент повышенного спроса газа, k₁ = 0,95;

k₂ – коэффициент экстремальных температур, k₂ = 0,98;

k₃ – коэффициент надежности, учитывающий отказы линейной части и оборудования КС магистрального газопровода; k₃ принимают по ОНТП 51-1 – 85 в зависимости от диаметра и длины газопровода и установленного оборудования на КС.

Для сложных газотранспортных систем k_и = 0,875  0,92 ([58], стр. 143).

1.2 Задаются тремя диаметрами газопровода в зависимости от суточной пропускной способности газопровода ( [59], стр. 127, табл. 10.1) и толщиной стенки трубы для выбранных диаметров ([2], стр. 27-29, табл. 9; [21], стр. 145-148, табл. 20)

D₁ и ₁, мм

D₂ и ₂, мм

D₃ и ₃, мм

1.3 Определяются внутренние диаметры газопровода d₁, d₂, d₃

d = D - 2·, мм

1.4 Определяется средняя температура газа в газопроводе по номограмме ([54], стр. 105, рис54).

Ориентировочно принимаются коэффициент теплопередачи от газа в грунт

k = 1,74 Вт/м²·К, длина расчетного участка L км, задаются величиной t_н - t_гр, где t_н – начальная температура газа и t_гр – температура грунта.

По номограмме определяется t_ср1, t_ср2 , t_ср3 . Рассчитываются абсолютные температуры

Т_ср1 , Т_ср2 , Т_ср3.

Т_ср = t_ср + 273, К

1.5 Определяется среднее давление газа в газопроводе

p_ср = 2/3· p_н + p_к²/ (p_н + p_к),МПа,

где p_н  начальное давление в газопроводе, МПа;

p_к  конечное давление в газопроводе, МПа. Если конечное давление газа неизвестно, то им предварительно задаются в зависимости от начального давления и типа установленных на КС компрессорных машин, а затем проверяют в ходе гидравлического расчета (58, стр.153; 59, стр.121).

1.6 Определяются приведенные параметры газа: приведенные температуры Т_пр1, Т_пр2, Т_пр3 и приведенное давление р_пр

Т_пр = Т_ср / Т_кр

р_пр = p_ср / р_кр

где Т_кр – критическая температура газа, К. Это такая температура, выше которой ни при каком повышении давления нельзя сконденсировать пар (перевести в жидкое состояние);

р_кр – критическое давление газа, МПа. Это такое давление, выше которого нельзя испарить жидкость ни при каком повышении температуры.

1.7 Определяются коэффициенты сжимаемости газа z₁, z₂, z₃, которые характеризуют (учитывают) отклонение реальных газов от законов идеальных газов. ([5], стр. 216, рис. 10.1; [41], стр. 22, рис, 1.2.; [59], стр. 107 рис. 43; [58], стр.34, рис.3.3).

1.8 Определяются числа Рейнольдса ( Re₁, Re₂, Re₃ )

Re = 17,75·10³·q· /(·d),

где q  суточная пропускная способность газопровода, млн. м³ /сут.;

  относительная плотность газа  это отношение плотности газа к плотности воздуха при одинаковых условиях;

  динамическая (абсолютная) вязкость газа, Па·с;

d – внутренний диаметр газопровода, мм.

Если Re < 2300, то режим движения газа ламинарный (в газопроводах не встречается).

Если Re > 2300, то режим движения газа турбулентный.

1.9 Определяется закон сопротивления (зона трения), для чего находятся условные (пересчитанные) пропускные способности q_пер1, q_пер2, q_пер3.

q_пер = 0,0408·d ^2,5·  , млн. м³/ сут.

Если q > q_пер, то закон сопротивления (зона трения) квадратичный.

Если q < q_пер, то закон сопротивления (зона трения) переходный.

1.10 Определяются коэффициенты гидравлического сопротивления _тр1, _тр2, _тр3 при трении газа о стенки газопровода

Для квадратичного закона сопротивления _тр = 0,067·(2·k_э /d)^0,2

Для переходного закона сопротивления _тр = 0,067·(158 / Re + 2·k_э /d)^0,2,

где k_э – эквивалентная шероховатость стенок труб, мм ([5], стр. 276; [58], стр. 144; [59],стр. 117).

1.11 Определяются коэффициенты гидравлического сопротивления ₁, ₂, ₃ с учетом местных потерь напора, принимаемых в размере 2 – 5 % от линейных потерь напора ([58], стр. 145)

 = а·_тр,

где а – коэффициент, учитывающий местные потери напора. Рекомендуется a = 1,02 ÷ 1,05.

1.12 Определяется расстояние между КС (l₁, l₂, l₃ ) (длина перегона)

Для квадратичного закона сопротивления l = [(А·d^2,6)² /(·T_ср·z)]·[(p_н² - p_к²)/q²], км

Для переходного закона сопротивления l = [(А'·d^2,5)² /(··T_ср·z)]·[(p_н² - p_к²)/q²], км,

где А = 16,7·10^-6··· Е; А' = 3,32·10^-6···Е,

где  – коэффициент, учитывающий отклонение закона сопротивления газа от квадратичного ([5], стр. 277, рис. 13.2; [58], стр. 145; [59], стр. 117;

 – коэффициент, учитывающий наличие в газопроводе подкладных колец ([5], стр. 277, [58], стр. 145; [59], стр. 117);

Е – коэффициент эффективности работы газопровода, учитывающий состояние внутренних стенок газопровода, влияющее на гидравлическое сопротивление, - засоренность газопровода, увеличенное число местных сопротивлений ([5], стр. 277; [58], стр. 145-146; [59], стр. 117).

1.13 Определяется длина последнего участка l_п1, l_п2, l_п3

Для квадратичного закона сопротивления l_п = [(А·d^2,6)² /(·T_ср·z)]·[(p_н² - p_п²)/q²], км

Для переходного закона сопротивления l_п = [(А'·d^2,5)² /(··T_ср·z)]·[(p_н² - p_п²)/q²], км,

где p_п – давление в конце последнего участка, МПа

1.14 Определяется расчетное число компрессорных станций (КС) n_{расч1 ,} n_расч2 , n_расч3

n_расч = (L - l_п) / l,

где L – длина магистрального газопровода, км

Принимается число компрессорных станций (КС) ( ближайшее большее целое число к n_расч ) n₁, n₂, n₃ .

1.15 Определяется действительное расстояние между компрессорными станциями (КС) (длина перегона) l_д1, l_д2, l_{д 3}

l_д = (L - l_п) / n, км

1.16 Проверяется конечное давление в газопроводе р_к1 , р_к2 , р_к3

Для квадратичного закона сопротивления р_к = р_н² - (·T_ср·z·q²·l_д) / [(А·d ^2,6)²], МПа

Д ля переходного закона сопротивления р_к = р_н² - (··T_ср·z·q²·l_д) / [( А'·d ^2,5)² ], МПа