курсовая / первая часть

1.ОПРЕДЕЛЕНИИ ПАРАМЕТРОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ

1.1 Постановка задачи

Объект исследования (термодинамическая система) – участок газопровода между двумя компрессорными станциями, по которому осуществляется подача природного газа (рис.1.1). Необходимо определить изменение термодинамических параметров газа (p,T, ρ, w) по длине трубопровода.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема газопровода

Исходные данные:

D =– диаметр трубопровода;

- начальная скорость течения газа (выбираем предварительно );

- давление газа на входе в трубопровод , МПа;

- температура газа на входе в трубопровод, ;

- степень падения давления газа по длине трубопровода;

- длина трубопровода, м;

- давление газа в конце трубопровода, МПа;

- коэффициент гидравлического трения в трубопроводе.

Расчетный состав природного газа [4] и необходимые термодинамические свойства его компонентов приведены в таблице 1.1.

Термодинамические свойства составляющих природного газа – см. табл. 1.1

Название	Мольный состав	Химическая формула	Мольная масса, кг/кмоль	Критический параметр
				рКР, МПа	ТКР, К	ZКР
Метан	0,9781	СН4	16,043	4,626	190,77	0,290
Этан	0,0050	С2Н6	30,070	4,872	305,33	0,385
Пропан	0,0018	С3Н8	44,097	4,246	370,00	0,277
Н-бутан	0,0016	nС4Н10	58,124	3,789	425,16	0,274
Н-пентан	0,0003	nС5Н12	72,151	3,376	469,77	0,269
Н-гексан	0,0001	nС6Н14	86,171	2,988	507,31	0,264
Двуокись углерода	0	СО2	44,010	7,383	304,20	0,274
Азот	0,0131	N2	28,013	3,400	126,20	0,291

Вариант 69:

D = 1,42 м;

=25˚C;

= 9 МПа;

= 1,7;

ξ = 0,011.

1.2 Термодинамическая модель процесса

Система уравнений одномерного стационарного течения газа :

- уравнения неразрывности; (1.1)

- первый закон термодинамики для открытой однопоточной системы;

, (1.2)

- закон сохранения механической работы;

, (1.3)

- второй закон термодинамики ; (1.4)

- уравнения состояния газа; , (1.5)

- уравнение Вейсбаха-Дарси для гидравлического сопротивления;

, (1.6)

Необходимо принять следующие допущения:

1. Участок трубопровода горизонтальный

2. Течение газа в трубопроводе «медленное» – квадрат числа маха

3. Техническая работа на участке трубопровода отсутствует

4. Поперечное сечение трубопровода постоянно

5. кинетическая энергия

Из системы уравнений 1.1, 1.6 с учетом принятых допущений получим расчетную интегральную систему уравнений.

Из уравнений 1.2 и 1.3

Дж/кг.

(1.7)

А также

(1.8)

(1.9)

Из уравнения (1.1)следует:

(1.10)

Из уравнения 1.4 получаем:

. (1.11)

Уравнение состояния газа: (1.12)

Здесь и – соответственно теплота процесса и энергия диссипации, Дж/кг; h – энтальпия, Дж/кг; s – энтропия, Дж/(кгК); – техническая работа, совершаемая внешними объектами над газом, Дж/кг; – работа, затрачиваемая на преодоление трения в пограничном слое потока, Дж/кг; Н – уровень сечения потока, отсчитанный от нулевой горизонтали, м; G – массовый расход газа, кг/с; z – коэффициент сжимаемости; – средняя температура газа, К.

1.3 Расчет параметров газа

1. Определение параметров газовой смеси.

Используем уравнение Кея определим критическое давление и температуру смеси газов.

Критическое давление смеси:

Pкр = 4,52+0,024+0,0076+0,0061+0,001+0,0003+0,044 = 4,61 Мпа.

Критическая температура смеси:

Ткр = 186,6+1,53+0,67+0,68+0,051+1,65 ≈ 191,2 К.

Удельная газовая постоянная смеси:

;

Молекулярная масса смеси:

μ = 15,69+0,15+0,079+0,093+0,022+0,0086+0,367 = 16,41

Рассмотрим изотермический процесс течения реального газа в трубопроводе.

2. Определяем коэффициент сжимаемости z для режимных параметров на входе и на выходе.

Приведенное давление на входе в трубопровод:

; ;

; ; Т1 = 273+25=298 ;

Приведенное давление и температура на выходе из трубопровода:

; Па;

; ;

; ;

Из диаграммы находим, что

На входе

На выходе

3. Плотность газа

На входе - ;;

На выходе - ;;

Определение термодинамических параметров природного газа по h,S-диаграмме

Для газа с параметрами =9 МПа и =298 К с помощью графика находим значение энтальпии =519 кДж/кг и энтропии =8,67 кДж/кг К

Для газа с параметрами =5,294МПа и =298 К с помощью графика находим значение энтальпии =499 кДж/кг и энтропии =9,05 кДж/(кг К)

Удельный тепловой поток равен разности энтальпий на участке:

; кДж/кг;

; Па;

1.4. Расчет и выбор длины трубопровода

Определяем массовый расход природного газа по условиям на входе:

;

;

Используя уравнение (1.10) получим скорость газа на выходе из трубопровода:

;

Определяем тепловой поток, отводимый от природного газа в трубопроводе:

Из уравнения (1.9) находим расстояние между компрессорными станциями:

1.5. Оценка погрешности идеально-газового приближения

Расчёт трубопровода при условии, что природный газ является идеальным газом.

Рассчитываем идеальный изотермический процесс течения

Записываем из уравнения состояния (1.5)

;

Из уравнения неразрывности (1.1) находим массовый расход течения природного газа

;

Находим скорость течения идеального газа на выходе

;

Находим тепловой поток, отводимый от газа

;

Находим расстояние между станциями

;

1.6. Расчёт погрешности термодинамических параметров реального и идеального газа

Погрешность определения расстояния между станциями:

Погрешность нахождения плотности:

Погрешность определения массового расхода:

Погрешность определения скорости течения идеального газа на выходе:

Результаты расчетов заносим в таблицу:

Течение в газо-проводе	Термодинамические параметры
	р1, МПа	р2, МПа	t1, 0С	t2, 0С	z1	z2	ρ1, кг/м3	ρ2, кг/м3	w1, м/с	G*, кг/с	, МВт	h2-h1, кДж/кг	, кДж/кгК	, км
Изотермическое течение реального газа	9	5,29	25	25	0,85	0,92	70,13	38,4	9,5	894,75	-22,16	-20	0,38	151,2
Изотермическое течение идеального газа	9	5,294	25	25	1	1	59,61	35,06	9,5	1108,05	-17,9	-20	0,38	177,9

Вывод: Изотермическое течение реального газа менее экономично нежели изотермическое идеальное, так как массовый расход меньше, и выше скорость течения газа на выходе. Также расстояние между компрессорными станциями будет меньше, что не выгодно для обслуживания.