Уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями.
Уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями производится с целью определения давления и температуры газа в конце рассматриваемого участка.
Абсолютное давление в конце участка газопровода определяется из формулы расхода:
.
(1.24)
В этом уравнении величина λ определяется из формулы (1.14) с учётом коэффициента динамической вязкости μ при средних значениях температуры и давления газа на линейном участке, которые определяются методом последовательных приближений.
Порядок дальнейшего расчёта:
1) Принимается в качестве первого приближения значения λ и Zср, найденные из предварительного определения расстояния между КС. Значение Тср определяется из уравнения (1.10).
2) По формуле (1.24) определяется в первом приближении значение Рк.
3) Определяется среднее давление Рср по формуле (1.21).
4) Из соотношений (1.18) и (1.19) с учётом средних значений давления и температуры определяются средние приведённые давление Рпр и температура Тпр.
Для расчёта конечного давления во втором приближении вычисляются уточнённые значения Тср, λ и Zср. Для определения Тср используется величина средней удельной теплоёмкости Ср, коэффициент Джоуля-Томсона Di и коэффициент at, вычисленные для значений Рср и Тср первого приближения.
5) Удельная теплоёмкость газа Ср (кДж/(кг·К)) определяется:
.
(1.25)
6) Коэффициент Джоуля-Томсона Di (К/МПа)
.
(1.26)
7) Средняя температура газа рассчитывается по формуле:
.
(1.27)
где аt – коэффициент (1/км), рассчитываемый, как
;
(1.28)
Кср – средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/(м2·К).
8) Коэффициент сжимаемости Zср находим по формуле (1.17).
9) Коэффициент динамической вязкости рассчитывается:
10) Число Рейнольдса определяем по формуле (1.15).
11) Коэффициент сопротивления трению λтр и коэффициент гидравлического сопротивления λ вычисляют по формулам (1.14) и (1.13).
12) Определяется конечное давление во втором приближении (1.24).
13) Если полученный результат отличается от предыдущего приближения более, чем на 1%, имеет смысл уточнить расчёты, выполняя третье приближение, начиная с шага №3. Если результат удовлетворяет требованиям точности расчётов, переходим к следующему шагу.
14) Уточняется среднее давление по формуле (1.21).
15) Определяется конечная температура газа.
(1.30)
Значение коэффициента теплопередачи Кср в выражении (1.28) для подземных газопроводов (без тепловой изоляции), следует определять по формуле:
,
(1.31)
где
;
(1.32)
λгр – коэффициент теплопроводности грунта грунта, Вт/(м·К); Dн – наружный диаметр газопровода, м; hо – глубина заложения оси газопровода от поверхности грунта, м; δсн – толщина снежного покрова, м; λсн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, допускается принимать в зависимости от состояния снега; снег свежевыпавший λсн=0,1Вт/(м·К); снег уплотнённый λсн=0,35Вт/(м·К); снег тающий λсн=0,64Вт/(м·К); ав – коэффициент теплопередачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/(м2·К); ав=6,2+4,2·V; V – скорость ветра, м/с.
Пример
Выполнить расчёт магистрального газопровода, для перекачки Qг=30,7млрд.м3/год протяжённостью L=1210км. По газопроводу транспортируется газ следующего состава:
Компонент |
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
C5H12 |
CO2 |
N2 |
Объёмная доля, % |
90,0 |
5,0 |
3,0 |
0,7 |
0,6 |
0,4 |
0,3 |
Средняя температура грунта на глубине заложения оси газопровода составляет То=278°К, средняя температура воздуха Твозд=283°К. Газопровод прокладывается в смешанных грунтах (Кср=1Вт/(м3·К)).
Выбрать рабочее давление, определить количество компрессорных станций и расстояние между ними. Выполнить уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями.