5. Температурный режим газопровода. Вывод уравнения изменения температуры газа по длине газопровода. Эффект Джоуля-Томсона. Уравнение Шухова. Средняя температура газа по длине трубопровода.

Температура движущегося в трубопроводе газа зависит от физических условий движения и от теплообмена с окружающей средой. Для решения задачи привлечем уравнение первого начала термодинамики: . dq складывается из подведенной теплоты извне dq_вн и выделившейся в результате трения dq_тр. Для газа, движущегося в трубопроводе, теплота, подведенная извне на участке dx где α – коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду. Представив работу pdν в виде , где ρ – плотность газа, получим Т.к. – энтальпия, dq_тр и сократятся(если пренебречь изменением кинет. энергии и влиянием силы тяжести). => (*) Теперь учтем, что Вспомним, что . Предположим, что i – постоянна. Получаем

=>

Но – к-т Джоуля – Томсона. => => . Введем это в уравнение (*) и разделим его на с_р: . Теперь представим dp в виде и примем, что . Затем, введем – (коэффициент) Шухова, => и далее

После интегрирования получаем формулу, определяющую температуру газа на расстоянии x от начальной точки газопровода: (1) Если здесь отбросить последнее слагаемое, то получим формулу Шухова (2) Формула Шухова описывает распределение температуры по длине трубопровода, обусловленное теплопередачей в окружающую среду. В формуле (1) последнее слагаемое учитывает понижение температуры из-за эффекта Джоуля-Томсона. Этой формулой следует пользоваться, когда требуется повышенная точность расчета. На основании (1) и (2) получаются следующие формулы для вычисления средней температуры газа по длине трубопровода:

6. Коэффициент гидравлического сопротивления. Число Рейнольдса. Число Рейнольдса при переходе от режима смешанного трения к квадратичному.

или

При режиме гладкого трения, когда , ф-ла переходит в , а при квадратичном режиме, когда , переходит в где k – эквивалентная (абсолютная) шероховатость.

Чтобы учесть местные сопротивления (краны, переходы) рекомендуется увеличить коэффициент гидравлического сопротивления на 5%.

Квадратичный режим движения газа — обычный для магистральных газопроводов. Режим смешанного трения бывает при неполной загрузке газопровода. Режим гладкого трения характерен для распределительных газопроводов в населенных пунктах.

Считается, что переход от режима смешанного трения к квадратичному происходит при числе Рейнольдса Если , то режим квадратичный.

Число Re удобно представить в сл. виде:

7. Коэффициент эффективности. Падение давления по длине газопровода. Среднее давление.

Гидравлической эффективностью газопровода называется снижение его пропускной способности вследствие увеличения гидравл. сопротивления в процессе старения. Гидравл. эффективность газопровода на произвольный момент времени эксплуатации оценивается к-том эффективности Е. Изменение гидравл. сопротивления трубопровода по сравнению с проектным характеризуется: где – теор. значение к-та гидр. сопр-ния; – фактический к-нт гидр. сопр-ния. К-нт находят из формулы, определяющей пропускную способность газопровода. Входящие в нее значения , , и , берут по фактическим, опытным данным, и предварительно вычисляют, использовав средние значения давлений и температур, измеренных в начальной и конечной точках рассматриваемого участка трубопровода. Измерения делают в дни, когда режим наиболее близок к стационарному.Коэффициент эффективности свидетельствует также об изменении пропускной способности трубопровода:

Гидравлическая эффективность газопровода снижается за счет увеличения фактического гидравлического сопротивления по ряду причин: 1. С наличием жидкости в полости трубопровода 2. При наличии кислой среды (сероводорода) и влаги происходит процесс внутренней коррозии, в результате которого увеличивается шероховатость внутренней поверхности труб и увеличивается гидравл. сопр-ние.

Распределение давления по длине тр-да можно получить из ,заменив L на x: (1) или (2), если принять для краткости Уравнения (1) и (2) называются уравнениями падения квадрата давления.На рисунке 3.2 представлены кривые распределения давлений и квадратов давлений по длине газопроводов.

Для магистральных газопроводов можно считать, что с не изменяется по длине трубопровода и, следовательно, зависимость от x – линейная. Из (2) получаем уравнение распределения давления по длине газопровода

или .