Технологические потери природного газа при транспортировке по газопроводам. Магистральные газопроводы. Наружные газопроводы. Внутридомовые газопроводы
.pdf
Приложение 3
Пример расчета объёма выброса природного газа для ГРП
иГРПШ вследствие негерметичности газопроводов
иоборудования
Требуется рассчитать годовой объём потерь природного газа вследствие негерметичности фланцевых и резьбовых соединений газопроводов и оборудования ГРП, давление газа на входе 600 кПа, на выходе 250 кПа. Температура газа Тг = +80С, объём газопроводов и оборудования ГРП — 0,37м3 (0,25м3 на высоком давлении, 0,12м3 на низком давлении), диаметр газопровода 150 мм. Срок эксплуа-
тации ГРП — 22 года.
Исходные данные:
Ризб. вх. = 600000 Па; Ризб. вых. = 250000 Па; Vп вх = 0,25 м3;
Vп вых = 0,12 м3; ρ = 0,6881кг/м3;
ηвх=2 (из табл. 11);
ηвых= 1,5 (из табл. 11); m1 = 0,0025 (из табл. 12);
М=16,043кг/кмоль (приложение 1); Тг= 281К;
dу = 150 мм.
Расчет:
1. Объём потерь природного газа вследствие негерметичности определяем по формуле
Gгод вх Cгод вых .
Vнегерм.грп S
2. Определим удельное количество выбросов газа в год, кг/год, по формуле (18)
Gгод 0,31298¸I¸Pизб ¸m¸Vп ¸ M ,
Tг
где m = m1 ∙ k =0,0025 ∙ 250/150 = 0,0042.
71
2.1. Определим удельное количество выбросов газа на газопроводах и оборудовании ГРП, находящихся под давлением газа на входе
Gгод вх= 0,31298 ∙ 2∙ 600000 ∙0,0042∙ 0,25∙ |
16,043 |
=94,22 кг/год. |
||
|
281 |
|||
|
|
|||
2.2. Определим удельное количество выбросов газа на газопроводах и оборудовании ГРП, находящихся под давлением газа на выходе
Gгод вых= 0,31298 ∙ 1,5 ∙ 250000 ∙0,0042∙ 0,12∙ |
16,043 |
=14,13кг/год; |
||
|
281 |
|||
|
|
|||
3. Определим годовой объём потерь природного газа вследствие негерметичности газопроводов и оборудования ГРП по формуле
Vнегерм.грп |
Gгод вх Cгод вых |
|
94,22 14,13 |
157м |
3 |
. |
S |
0,6881 |
|
||||
|
|
|
|
|
Требуется рассчитать годовой объём потерь природного газа вследствие негерметичности фланцевых и резьбовых соединений ГРПШ, давление газа на входе 100 кПа, на выходе 20 кПа. Температура газа Тг = 100С, объём газопроводов и оборудования ГРПШ — 0,0025м3 (0,0015м3 на высоком давлении; 0,001 м3 на низком давлении), диаметр газопровода 80 мм. Срок эксплуатации
ГРПШ — 6 лет.
Исходные данные:
Ризб. вх. = 100000 Па; Ризб. вых. = 20000 Па; Vвх = 0,0015 м3; Vвых = 0,001 м3;
ρ = 0,6881кг/м3; ηвх=1,5 (из табл. 11); ηвых=1,1 (из табл. 11); m1 =0,002 (из табл. 12);
М=16,043кг/кмоль (приложение 1);
Тг= 283К; dу = 80 мм.
72
Расчет:
1. Определим удельное количество выбросов газа в год, кг/год, по формуле (18)
Gгод 0,31298¸I¸Pизб ¸m¸Vп ¸ M ,
Tг
где m = m1 ∙ k =0,002 ∙ 250/80 = 0,0062.
2. Определим удельное количество выбросов газа на входном давлении
G |
= 0,31298 ∙ 1,5∙ 100000 ∙0,0062∙ 0,0015∙ |
16,043 |
= 0,1039кг/год. |
|
|||
годвх |
283 |
|
|
|
|
||
3. Определим удельное количество выбросов газа на выходном давлении
Gгодвых= 0,31298 ∙ 1,1 ∙ 20000 ∙0,0062∙ 0,001∙ |
16,043 |
=0,0101 кг/год. |
||
|
283 |
|||
|
|
|||
4. Определим годовой объём потерь природного газа вследствие негерметичности газопроводов и оборудования ГРПШ по формуле
Vнегерм.грп |
Gгод вх Cгод вых |
|
0,1039 |
0,0101 |
0,166м |
3 |
. |
|
S |
0,6881 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
Приложение 4
Пример расчета объёма выброса природного газа через ПСК
Требуется определить объём выброса природного газа в атмосферу при температуре воздуха +200С, через предохранитель- но-сбросной клапан диаметром 40 мм в течение 30 минут при аб-
солютном давлении газа 401325 Па.
Исходные данные: dу = 40 мм = 0,04 м; τ = 0,5 час;
Тг = 283К; T1=293К;
Ра = 0,401 МПа = 4,09 кгс/см2. Данные из паспорта качества газа: ρ= 0,6883кг/м3; ρог= 0,6883∙ 1,07326 =0,7387 кг/м3;
μ = 1,2%;
Расчет:
Определим режим истечения газа:
1.1. Скорость звука в природном газе,Wзвук, м/с, формула (19)
Wзвук 18,591¸ Tг ¸Sk¸Z ¬®0,5 ,
где коэффициент сжимаемости, формула (4)
Z 1 10,2¸Pа 6 ¸ 0,00345¸+ 0,000446 0,015 ¸
¸ 1,3 0,0144¸ Tг 283,2
относительная плотность, формула (5)
+ |
S |
|
0,6883 |
0,5715 |
|
|
|||
1,2044 |
1,2044 |
|
||
Z = 1–((10,2 ∙ 0,401–6) ∙ (0,00345 ∙ 0,5715–0,000446) + 0,015) ∙ (1,3–0,0144 ∙ (283–283,2)) = 0,9842;
находим коэффициент адиабаты, формула (20)
74
k 1,556¸ 1 0,074¸xn 3,9¸10 4 ¸Tг ¸ 1 0,68¸xn
|
|
|
|
P |
¬1,43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
¬0,8 |
|
|
¯ |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
а |
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
||||||||||
0,208¸S |
|
|
|
¸¡384¸ 1 xn |
¸ |
|
|
|
|
|
|
26,4¸xn °; |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
||||||||
|
|
|
|
Tг ® |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Tг |
® |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
|
||||
k 1,556¸ 1 0,074¸0,012 3,9¸10 4 ¸283¸ |
1 0,68¸0,012 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
¬1,43 |
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¬0,8 |
|
|
|
¯ |
|
|||||
0,208¸0,6883 |
0,401 |
¸ |
384 |
¸ 1 0,012 ¸ |
|
0,401 |
26,4¸0,012 |
° |
1,305. |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
283 |
® |
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
283 |
® |
|
|
|
|
|
° |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
Скорость звука |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
283¸1,305¸0,9842¬0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Wзвук 18,591¸ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
427м/с. |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
0,6883 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
® |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Определим скорость истечения газа по формуле (21) |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
¬ |
k 1 ¯ |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
P |
|
|
¡ |
|
|
|
k |
|
° |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
¡ |
|
|
2 |
|
|
° |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Wг |
|
2¸ |
|
|
¸ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
¸ 1 |
|
|
|
|
° |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 Sф ¡ |
|
|
P1 ® |
|
|
° |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,305 1 ¯ |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
1,305 |
|
|
401325 |
¡ |
|
|
101325 |
¬ |
|
1,305 |
° |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° 571м/с , |
|||||||
Wг 2¸ |
|
|
¸ |
|
|
|
|
|
|
¸¡1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
|
|
|||||
|
|
1,305 1 |
|
2,9 |
|
|
401325 |
® |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
|
|
|
|
где фактическая плотность газа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Sф S¸ |
T1 ¸Pа |
|
|
0,6883¸ |
|
|
|
293¸0,4 |
|
2,9, |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
Tг ¸Pатм ¸Z |
|
|
|
|
|
|
283¸0,1¸0,9842 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
где ρ — абсолютная плотность газа, кг/м3; Ратм — давление приведения, МПа;
T1 — температура приведения, К;
Ра — абсолютное давление газа, МПа; Tг — температура газа, К;
Z — коэффициент сжимаемости газа.
Режим истечения газа — критический (Wг>Wзвук). Расчет объёма выброса газа через ПСК.
75
Так как режим истечения газа критический, расчет объёма выброса газа через ПСК проводим по формуле (22)
Vкр 296¸S¸Pа ¸U 296¸0,001256¸4,09¸1800 2737м3 ,
где S= π r2 = 3,14 0,022= 0,001256 м2.
Приложение 5
Пример расчета объёма выброса природного газа вследствие проведения обслуживания и ремонтных работ на ГРП
При проведении плановых работ на ГРП (входное давление избыточное Рг = 0,3МПа) в соответствии с регламентом обслуживания, в течение 20 мин произведены работы по настройке и регулировке оборудования с выбросом природного газа через продувочную свечу (d= 20мм). Определить объём потерь природ-
ного газа при обслуживании.
Исходные данные:
Pг = 0,300 МПа; Ратм = 0,101 МПа; Тг = 283К (+100С); Тв = 293К (+200С);
t =20 мин. = 1/3 час; d = 0,02м;
ρ = 0,6881.
Расчет:
Объём выброса, м3, находим по формуле (27)
Vгрп.об 9,24¸d |
2 |
¸t ¸ |
Pатм Pг |
¸ |
Pг |
, |
|
Tг |
Sф |
где фактическую плотность газа, кг/м3, находим по формуле
Sф S¸ |
Tв ¸Pа |
0,6881¸ |
293¸ 0,3 0,101 |
2,89 |
, |
|
Tг ¸Pатм ¸Z |
283¸0,101¸0,9842 |
|||||
|
|
|
|
где ρ — абсолютная плотность газа, кг/м3; Ратм — давление приведения, МПа;
Tв — температура воздуха, К;
Ра — абсолютное давление газа, МПа; Tг — температура газа, К;
Z — коэффициент сжимаемости газа (см. расчет Приложение 4), тогда объём выброса
Vгрп.об 9,24¸0,022 ¸ |
1 |
¸ |
101325 300000 |
¸ |
300000 570м3 . |
|
|
|
283 |
||||
3 |
|
|
2,89 |
|||
77
Приложение 6
Пример расчета объёма выброса природного газа в атмосферу при аварии на газопроводе, связанной с частичным раскрытием газопровода
В результате повреждения газопровода низкого давления (абсолютное давление Ра =106325 Па, температура газа Тг=+100С) образовалось отверстие 3×4 см. Рассчитать объем выброса природного газа, если выброс газа продолжался 30 минут при температуре воздуха +200С, и рассчитать объём газа, израсходованного на продувку и заполнение газопровода после устранения повреждения (L — протяженность га-
зопровода между отключающими устройствами 1км, dу= 80мм).
Исходные данные:
Ра =106325Па; Тг=283К; τ = 1800 сек L = 1000м;
dу = 0,08м.
Данные из паспорта качества газа: ρ = 0,6882кг/м3;
μ =1,2%.
Расчет:
Определим режим истечения газа:
1.1. Определим скорость звука в природном газе, Wзвук формула (19)
Wзвук 18,591¸ Tг ¸Sk¸Z ¬®0,5 ,
где коэффициент сжимаемости формула (4)
Z1 10,2¸Pа 6 ¸ 0,00345¸+ 0,000446 0,015 ¸
¸1,3 0,0144¸ Tг 283,2 ,
относительная плотность газа формула (5)
+ |
S |
|
0,6882 |
0,5714; |
|
|
|||
1,2044 |
1,2044 |
|
||
78
Z = 1–((10,2 ∙ 0,106–6) ∙ (0,00345 ∙ 0,5714–0,000446) + 0,015) ∙ ∙ (1,3–0,0144 ∙ (283–283,2)) = 0,9902;
находим коэффициент адиабаты по формуле (20)
k 1,556¸ 1 0,074¸0,012 3,9¸10 4 ¸283¸ |
1 0,68¸0,012 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
¬1,43 |
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¬0,8 |
|
|
|
¯ |
|
||||
0,208¸0,6882 |
|
0,106 |
|
384 |
¸ 1 0,012 ¸ |
0,106 |
|
26,4¸0,012 |
° |
1,305. |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
¸ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
283 ® |
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
283 ® |
|
|
|
|
° |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
Скорость звука |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¬0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
283¸1,305 |
¸0,9902 |
|
|
|
|
428м/с . |
|
|
||||||||||||||||||||
Wзвук 18,591¸ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6882 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
® |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1.2. Определим скорость истечения газа по формуле (21) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
¬ |
k 1 ¯ |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
P |
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
k |
° |
; |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
¡ |
|
|
2 |
|
|
|
|
° |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Wг |
|
|
|
2¸ |
|
|
|
¸ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¸ 1 |
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 Sф ¡ |
|
|
|
P1 |
® |
|
|
|
° |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,305 1 ¯ |
|
|
|
|||||
|
|
|
1,305 |
|
|
|
106325 |
|
|
¡ |
|
|
|
101325 |
¬ |
1,305 |
° |
|
|
|
||||||||||||||||
Wг 2¸ |
|
|
|
¸ |
|
|
|
|
|
¸ |
¡1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
115м/с, |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
|
||||||
|
|
|
1,305 1 |
|
|
0,763 |
|
|
|
|
|
|
106325 |
® |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
¡ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
° |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¢ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
± |
|
|
|
||
где фактическая плотность газа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Sф S¸ |
|
T1 ¸Pа |
|
|
|
0,6882¸ |
|
|
|
|
|
293¸0,106 |
|
0,763, |
|
|
||||||||||||||||||||
Tг ¸Pатм ¸Z |
283¸0,1¸0,9902 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
где ρ — абсолютная плотность газа, кг/м3; Ратм — давление приведения, МПа;
T1 — температура воздуха, К;
Ра — абсолютное давление газа, МПа; Tг — температура газа, К;
Z — коэффициент сжимаемости газа.
Режим истечения газа некритический Wг<Wзвук.
Так как режим истечения газа некритический, то объём выброса, Vвыбр., м3, определяем по формуле (23)
Vвыбр 110¸S¸Pа ¸U 110¸0,0012¸1,081¸1800 257м3 ,
79
где S = h ∙ L =0,03 ∙ 0,04 = 0,0012 м2.
Рассчитаем объём природного газа, необходимого на продувку и заполнение газопровода, Vпр, м3, по формуле (24)
Vпр 0,00357¸Vп ¸Pа ,
Tг
где Ра — абсолютное давление газа в газопроводе, Па; Tг — температура газа, °С;
Vп — объем полости газопровода, м3 (между отключающими устройствами)
Vп = L ∙ π ∙ r2 = 1000 ∙ 3,14 ∙ 0,042 = 5,024м3,
тогда
Vпр 0,00357¸5,024¸106325 6,74м3. 283
Ниже приведен порядок расчета объёма выброса при частичном раскрытии газопровода и при критическом режиме истечения газа. Давление газа в газопроводе избыточное Рг = 11,7 кгс/см2 = 1147000 Па,
остальные исходные данные из вышеуказанного примера.
Исходные данные:
Рг =11,7 кгс/см2 = 1147000 Па; Тг=283К;
Т1= 293К; τ = 1800 с;
L= 1000 м; dу = 0,08 м.
Данные из паспорта качества газа: ρ= 0,6867кг/м3;
ρог= 0,6867 ∙ 1,07326 = 0,737 кг/м3; μ =1,2%;
Расчет:
Определим режим истечения газа:
1.1. Определим скорость звука в природном газе, Wзвук, формула (19)
Wзвук 18,591¸ Tг ¸Sk¸Z ¬®0,5 ,
где коэффициент сжимаемости формула (4)
80