2. Основы теории трубопродного транспорта газа

2.1. Физические свойства газа

Физические свойства газа необходимы при выполнении гидравлического и теплового расчетов газопровода. С этой целью требуются значения плотности, вязкости, удельной теплоемкости и коэффициента Джоуля-Томсона при различных давлениях и температурах. Так как в настоящее время большинство расчетов выполняется на ЭВМ, то удобно использовать для физических величин аналитическую форму представления. Базовой величиной является плотность газа при стандартных условиях: Т=293,15К и Р=0,1013 МПа.

1. Относительная плотность газа  определяется соотношением

,         (1.7)

Плотность газа при стандартных условиях определится следующей зависимостью

,     (1.8)

где: ρ_г - плотность природного газа при стандартных условиях (t = 20 С и атмосферном давлении); ρ_в = 1,20445 кг/м³ – плотность воздуха при стандартных условиях (t = 20 С и атмосферном давлении).

2. Плотность газа при любых значениях давления и температуры определяется из уравнения состояния газа

,        (1.9)

где: Р - давление газа, Па; V = 1 / - удельный объем газа, м³ /кг; Т - температура газа. К; z - коэффициент сжимаемости (сверх сжимаемости) газа, показывающий отношение объема реального газа к объему идеального газа, R – газовая постоянная:

.

3. Средняя молярная масса смеси ПГ:

где: r_i-объемная доля i-того компонента, i- молярная масса i-того компонента, определяемая по ГОСТ 30319.1, данные берутся в таблице 1.2

4. В условиях МГ сжимаемость реального газа больше сжимаемости идеального газа и поэтому коэффициент сжимаемости всегда меньше единицы. Повышение давления и снижение температуры сопровождается уменьшением коэффициента сжимаемости газа. Для определения z рекомендуется следующая зависимость

где: Р_пр- приведенное давление газа; Т_пр- приведенная температура газа;

Р_пр = Р /Р_{кр ,} Т_пр = Т / Т_КР

где: Р_КР и Т_КР - критические значения давления и температуры газа, характеризующие возможность перехода газа в жидкость.

5. Критические значения давления и температуры газа выражаются через плотность газа при стандартных условиях

,

где: Р_{крi ,} Т_крi – критическая давление и температура i-того компонента, определенные по ГОСТ 30319.1-96, приведены в табл. П1.7.

6. Для определения динамической вязкости газа  (Пас), рекомендуется формула

где: , , , .

Динамическая вязкость метана  = 12 Пас.

7. Удельная теплоемкость и коэффициент Джоуля-Томсона описываются эмпирическими зависимостями (1.17) и (1.18):

где

8. Среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона D_i для природных газов с содержанием метана более 80 % в диапазоне температур 250 - 400 К, при давлениях до 15 МПа вычисляют по формуле, :

где: , , ,

9. Предварительное значение средней температуры процесса сжатия природного газа:

10.  Среднее давление природного газа:

Лекция 2

2.2. Надежность и прочность мг

Магистральные газопроводы используются непрерывно в течение длительного периода эксплуатации и выход из строя линейной части связан с большими экономическими потерями и другими серьезными последствиями. Поэтому повышение надежности линейной части становится актуальной проблемой на всех этапах: проектирования, сооруже­ния и эксплуатации трубопроводных систем.

Весьма важно установить адекватность поведения сооруженного трубопровода под действием эксплуатационных и внешних воздействий, а так же оценить конструктивную надежность магистральных трубопроводов.

В связи с развитием теории надежности и повышением требований к техническому совершенству конструкций в последние годы осуществляется переход от традиционных норм прочности к вероятностным расчетам. Вероятностный расчет прочности фактически сводится к установлению нормы на вероятность разрушения за заданное время эксплуатации и расчету конструкции с учетом этой нормы.

Связь между математическим понятием вероятности разрушения и физическими процессами разрушения можно определить следующим образом. Первичный элемент стенки трубы приходит в предельное состояние, когда эквивалентное напряжение в объеме элемента достигает предела прочности. Так зарождаются микротрещины. Неизбежные дальнейшие изменения напряженного состояния приводят к развитию макротрещин, образованию сквозных трещин до полного нарушения работоспособности трубы, то есть, до отказа. В зарождении и развитии трещин первостепенное значение имеет концентрация напряжений.

Представление о предельном состоянии стенки трубы как о явлении «зарождения» – образования трещин полностью согласуется с данными статистики отказов. Отказы происходят при рабочем давлении газа, но всегда начинаются с образования трещин. Исключение составляют аварии вследствие резкого изменения форм оси трубопровода в результате потери устойчивости.

В основу расчета трубопроводов на совместное действие внутреннего давления и внешних нагрузок – веса и давления грунта, собственного веса и пригрузов, выталкивающей силы воды и температурных воздействий – положена теория расчета сооружений по предельным состояниям, разработанная советскими учеными во главе с Н.С. Стрелецким [48]. Согласно этой теории, в качестве расчетных сопротивлений принимают временное сопротивление и предел текучести материала труб с учетом коэффициентов надежности в соответствии со СНиП 2.05.06-85.