46

Введение

Решение практических задач трубопроводного строительства требует использования большого количества справочно-нормативного материала.

В настоящем учебном пособии рассмотрены типовые задачи по сооружению трубопроводов. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 09.07.00 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», а также для студентов непрофильных специальностей.

По каждой задаче дается методический материал и исходные данные для их решения по вариантам, приводятся расчетные формулы, а также весь необходимый справочный материал.

Данное учебное, не подменяя собой специальную техническую и нормативную литературу, имеет целью дать студентам необходимые методические указания и рекомендации для решения практических задач строительства объектов нефтяной и газовой промышленности.

Задача №1 Расчет необходимого количества компрессорных станций однониточного магистрального трубопровода

Расчет магистрального газопровода, по которому перекачивается газ или смесь газов, включает решение следующих основных вопросов: обработка первичных данных; определение расчетной пропускной способности газопровода; выбор типа машин и их числа; определение средних параметров перекачки газа; гидравлический расчет газопровода; выбор оптимального диаметра газопровода.

Выполним подобный расчет, исходя из следующих исходных данных.

Производительность газопровода G=9 млрд. м³/год, длина газопровода L=1500 км, наружный диаметр газопровода D_н=1020 мм, толщина стенки газопровода =12 мм.

Состав газа приведен в табл.1.1 ; начальное давление в газопроводе (на выходе из головной КС) Р_н=5,6 МПа; давление на входе в КС Р_вс=4,3 МПа; конечное давление в газопроводе Р_к=1,5 МПа, температура газа на входе в КС=288⁰К; кинематическая вязкость газа =14,7х10^-6 м²/с; показатель адиабаты К=1,4; абсолютная эквивалентная шероховатость газопровода К_э=0,03.

Таблица 1.1

СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	СО2	N2+редкие газы	Относительная плотность по воздуху
93,0	3,1	0,7	0,6	0,1	2,5	0,56

Порядок расчета:

1. Определяем суточную производительность газопровода по формуле:

, (1.1)

где - количество дней в году ( ),

- среднегодовой коэффициент неравномерности потребления, принимается равным 0,85.

Подставляя исходные данные, получаем .

2. Определяем коэффициент сжимаемости газа при средних значениях температуры и давления газа в газопроводе.

Для этого воспользуемся понятием приведенной температуры и приведенного давления P_пр, которые определяются из выражений:

, (1.2)

, (1.3)

где и - соответственно средние абсолютные температура и давление газа;

и - средние критические температура и давление смеси газов, определяемые по формулам (1.4) и (1.5), (табл. 1.2):

; (1.4)

; (1.5)

где и - критические температуры и критические давления составляющих газ компонентов;

- содержание отдельных компонентов газа, %.

Таблица 1.2

Газ
СН4	191,0	4,58
С2Н6	305,4	4,82
С3Н8	368,8	4,34
С4Н10	425,0	3,57
СО	304,2	7,54
N	126,0	3,46

Так, в нашем примере, используя формулы (1.4 и 1.5), получим:

, .

Температуру газа на выходе из КС определяем по формуле:

, (1.6)

где - температура газа на входе в КС, К⁰ (примем 288 ⁰К);

- степень сжатия газа; , (1.7)

где - соответственно давление на выходе и на входе в КС, МПа;

- показатель адиабаты (примем равным 1,4).

Тогда по формуле (1.6) получаем: .

По формулам (1.2 и 1.3) определяем и P_пр, предварительно рассчитав:

, (1.8)

, (1.9)

В нашем примере , , получаем: , P_пр =1,09.

По графику (рис. 1.1) находим .

Рис. 1.1. Зависимость коэффициента сжимаемости природного газа Z от давления в приведенных условиях

3. Определяем коэффициент гидравлического сопротивления газопровода в зависимости от числа Рейнольдса:

, (1.10)

где - кинематическая вязкость газа, м²/с;

- расход газа, м³/с;

- внутренний диаметр газопровода, м.

В нашем примере имеем: , .

Значение переходного числа Рейнольдса определяется из выражения:

, (1.11)

В этой формуле - абсолютная эквивалентная шероховатость внутренней поверхности труб ( мм).

Принимаем режим течения газа квадратичным, тогда коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле:

(1.12)

4. Определяем длину промежуточных и конечного участка газопровода из уравнения:

, (1.13)

где - пропускная способность газопровода в млн.м³/сут;

и - соответственно начальное и конечное давление газа на расчетном участке газопровода, МПа (для промежуточного участка Р_н=5,6 Мпа, Р_к=Р_вс=4,3 МПа; для конечного участка Р_н=5,6 Мпа, Р_к=1,5 МПа);

- внутренний диаметр трубопровода, мм;

- коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода;

- относительный вес газа по воздуху;

- средняя по длине газопровода температура транспортируемого газа, ⁰К;

- длина расчетного участка газопровода, км ( или );

- средний по длине газопровода коэффициент сжимаемости газа.

. (1.14)

Для промежуточных участков газопровода =105 км, для конечного участка =239 км.

5. Необходимое количество компрессорных станций определяется по формуле: , (1.15)

где - соответственно длина газопровода, конечного участка и промежуточных участков). Получаем .

Таблица 1.3. Варианты задачи №1.

№ Варианта			Давление на выходе из КС, Рн, МПа	Давление в конце г/п, Рк, МПа	Диаметр и толщина стенки, мм
1	13	400	5,6	3,6	1220х12
2	12	500	5,5	4,6	1020Х10
3	12	800	5,5	5,0	1220Х14
4	11	1000	5,5	4,0	1220х12
5	9	700	5,5	3,0	1020х11
6	8	800	7,5	5,0	1220х14
7	16	600	7,5	6,0	1420х18
8	10	300	5,5	3,5	1020х10
9	12	400	7,5	6,0	1420х16
10	7	600	5,5	3,5	820х9

Для всех вариантов задачи №1 принять:

• показатель адиабаты К=1,3;

• абсолютную эквивалентность шероховатости газопровода К_э-0,003;

• кинематическую вязкость газа =14,7*10^-6 м²/с;

• температуру всасывания газа на входе в КС ;

• состав газа принять в соответствии с вариантом по табл. 1.4

Таблица 1.4. Состав газа для вариантов задачи № 1

№варианта	Состав газа, % (по объему)						Относительная плотность по воздуху
	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	СО2	N2+редкие газы
1	91,2	2,8	0,9	0,6	0,5	4,0	0,617
2	95,1	2,3	0,7	0,4	0,6	0,9	0,597
3	93,4	2,1	0,8	0,4	0,3	3,0	0,598
4	87,0	5,7	1,1	0,8	1,54	3,86	0,634
5	97,0	0,2	0,07	0,03	0,1	2,6	0,568
6	98,5	0,34	0,1	0,03	0,03	1,0	0,562
7	86,9	6,0	1,6	1,0	1,2	3,3	0,644
8	93,0	3,1	0,7	0,6	0,1	2,5	0,596
9	91,4	5,1	1,0	0,3	1,3	0,9	0,624
10	95,1	1,1	0,3	0,1	0,4	3,0	0,580