24. Изменение давления по длине газопровода

Рассмотрим участок газопровода протяженностью l_кс, с дав­лением в начале и конце участка соответственно равными Р_н и Р_к (рис 4.3).

Рис. 4.3. Расчетная схема газопровода

Если газопровод не имеет сбросов и подкачек, то массовый расход газа в нем неизменен.

распределения давления по длине газо­провода

-Среднее давление в газопроводе

Среднее давление газа в газопроводе необходимо для опреде­ления его физических характеристик, а также для нахождения количества газа, заключенного в объеме трубопровода.

Поскольку изменение давления по длине газопровода проис­ходит по закону параболы (рис. 4.5), то среднее давление необ­ходимо определять как его среднеинтегральное значение

После интегрирования получим

-Влияние рельефа трассы на пропускную способность г\да. ABCиз двух ветвей - восходящей АВ и нисходящей ВС . Нач. и кон.-я высотные отметки (z_A = z_c). Поскольку давление газа по длине газопровода снижается, то и плотность газа также уменьшается. Поэтому масса газа M₁ в участке АВ, больше массы газа М₂ на участке ВС.

Т. о., необходимо учитывать не только нач. и кон.-ю высотные отметки, но и высотные отметки промеж.-х точек трассы.

Влияние рельефа следует учитывать в тех случаях, когда на трассе имеются точки, расположенные выше или ниже нач.-го пункта г\да более чем на 100 м. Расчет в таком случае следует выполнять с учетом слагаемого g•dz в ур.-ии удельной энергии. При этом отметка нач. точки г\да принимается равной нулю (z_B=0). Отметки характерных точек профиля, находящихся выше нач. точки, будут иметь положительные значения, ниже — отрицательные. Рассмотрим некоторые частные случаи расчета негоризонтальных г\дов.

25.Расход газа в г\де. При установившемся реж. работы г\да (без отборов и подкачек) массовый расход г. в любом его сечении остается неизменным, т.е.

где F—площадь живого сечения г\да; р₁,w - соответственно плотность и средняя скорость движения г. в рассматриваемом сечении; 1...п — индексы соответственно 1-го и n-го произвольных сечений.

Г. явл. сжимаемой средой, с удалением от КС (и соотв.-м падением давления) его плотность уменьшается. Это приводит к возрастанию скорости движения г. Ур.-е баланса удельной энергии м. записать только в диф. форме

В большинстве случаев м. пренебречь силами инерции

и разностью геодезических отметок g • dz.

Ур.-е энергии м. переписать в виде

В случае изотерм. установившегося движения г. воспольз. ур.-м состояния

ур.-м неразрывности

ур.-м Дарси-Вейсбаха

где Т - температура г.; х - продольная координата для произвольного сечения; D – внутр. диаметр г\да.

В рез.-те выражение м. представить в виде

или

Интегрируя левую часть ур.-я от Р_н до Р_к, а правую от 0 до l_кс и освобождаясь от минуса, получим

где Р_н, Р_к - соответственно давление в нач. и конце участка г\да; 1_КС - длина линейного участка г\да м\ду КС.

Параметры Рейнольдса определяют по формуле

где Q,G — соотв.-нно объемная и массовая произв.-ть г\да.

движении г. вел.-на параметра Re, а след.-но, и значение коэф.-та гидравл. сопр.-я λ по длине г\да остаются практически неизменными. Например,

Если известны давления в нач. и конце участка г\да, ур.-е м. решить относит. массового расхода газа

где ρ_ст - плотность г. при станд. условиях; Z_CT – коэф. сжимаемости г. при станд. условиях, Z_CT=1

-Температурный режим в г\де При стационарном изотермич. движении г. массовый расход в г\де составляет

Фактически движение г. в г\де всегда явл.-ся неизотермическим. В процессе компримирования г. нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в т\д г. составляет порядка 20...40 °С, что существенно выше температуры окруж. среды (Т₀). Практически температура г. становится близкой к температуре окруж.-ей среды лишь у г\дов малого диаметра (Dу < 500 мм) на удалении 20...40 км от КС, а для г\дов большего диаметра всегда выше Т₀. Кроме того, следует учесть, что транспортируемый по т\ду г. явл.-ся реальным газом, которому присущ эффект Джоуля — Томсона, учит.-ий поглощение тепла при расширении г.

При изменении температуры по длине г\да движение г. описывается системой уравнений:

1)удельной энергии

2)неразрывности

3)состояния

4)теплового баланса

Рассмотрим в первом приближении ур.-ие теплового баланса без учета эффекта Джоуля — Томсона. Разделяя переменные и интегрируя ур.-ие теплового баланса получим:

(1)

где а_t — расчетный коэф.-т

К_ср - средний на участке полный коэф. теплопередачи от г. в окруж. среду.

Величина произведения а_t •l_KC безразмерна и наз.-ся числом Шухова

Решая ур.-ие относит. температуры г. в конце г\да, получим

Рассмотрим влияние изменения температуры г. на производ.-ть г\да

Умножив обе части ур.-ия удельной энергии на ρ_Г² и заменив величину dh на формулу Дарси—Вейсбаха

получим

Выразим плотность г. в левой части выражения из ур.-ия состояния

произведение р_г • w из урав-я неразр..-ти

dх. из уравнения теплового баланса

ур.-е удельной энергии принимает вид

Обозначив

и интегрируя левую часть ур.-ия от P_H до P_K а правую от T_H до Т_K , получим

Произведя интегрирование в указанных пределах, получим

где φ_H—поправочный коэф., учит.-щий изменение температуры по длине г\да (неизотермичность газового потока),

зависимость для опред.-ия массового расхода газа примет вид

Значение φ_н всегда больше единицы, следовательно, массовый расход г. при изменении температуры по длине г\да всегда меньше, чем при изотермическом режиме. Произведение Т₀ • ф_н называется среднеинтегр.-ой температурой г. в г\де.

С учетом эффекта Джоуля — Томсона закон изменения температуры по длине г\да принимает вид

где Р_СР — среднее давление на участке г\да; D_i — коэф. Джоуля— Томсона.

Средняя температура г. Т_СР на участке г\да определяется по формуле

значение коэф.-та теплопередачи при подземной прокладке г\да:

где D - внутренний диаметр г\да, м; К — базовый коэф.-нт теплопередачи для г\да диаметром 1 м.

26.Оценка эффектив.-сти перемычек. Системы маг. транспорта г. сооружаются многониточными, что позволяет сделать их работу более надежной.

Рассмотрим участок многониточного г\да длиной l, состоящий из п труб диаметром D

Ф.-ла в случ. аварии на г\де

Пусть на участке длиной l₁ газ перекачивается по всем п «ниткам», а на остальной длине перегона - по (п—р) «ниткам». Определим изменение производительности системы в этом случае.

Находим D эквив.-ти длиной в l.

при

Диаметр газопровода, эквивалентного всей системе

где l^- - относительная длина участка с n работающими нитками»

Расход г. до и после аварии

Чем чаще установлены перемычки, тем в меньшей степени пострадает производительность многониточного г\да при отказах нар «нитках».

27.Основные этапы технологического расчета магистрального газопровода Целью режимно-технол.-го расчета газопровода явл.-ся решение след.-х задач: определение диаметра гп\ровода; опред.-е необх.-го кол.-ва компрессорных станций и расстановка их по трассе г\провода; расчет режимов работы КС; уточненный гидравлический и тепловой расчет линейных участков и режимов работы и промежуточных КС до конечного пункта г\провода.

Для выполнения технол.-го расчета г\да необ-ходимы след.-е исходные данные: компонентный состав транспор-тируемого природного газа; годовая производительность газопровода Q_p млрд м³/год; протяженность г\провода L и условия прокладки, профиль; трассы, климатические и теплофизические данные по ней

Определение диаметра газопровода и числа компрессорных станций Расчет выполняется в следующем порядке.

1) Опред. основные физ. свойства г.: плотность г. при станд.-х условиях р_СТ; относит. плотность г. по воздуху ∆; молярная масса газа М_Г; псевдокритические температура Т_ПК и давление Р_пк ; газовая постоянная R.

2) В соотв.-ии с табл. прин.-ся ориентировочное значение диаметра г\да. В настоящее время маг.-е г\ды проектируются на раб. давление Р = 7,5 МПа. Проектирование г\дов на раб. давление Р = 5,6 МПа производится только для случаев соединения проектир.-х г\дов с системой существующих г\дов такого же раб. давления.

3) Рассчитывается оценочная пропускная способность г\да (коммерческий расход, млн м³/сут)

где оценочный коэф. пропускной способности г\да; к_ю – коэф.-т расчетной обеспеченности потребителей, к_т — 0,95; к_ЭТ – коэф. учета экстремальных температур, к_эт= 0,98; к_нд - оценочный коэф. надежности г\да, завис.-й от длины и диаметра г\да.

4)Выбир.-ся тип ЦН и привода. Опред. номин. давления всасыв. и нагнетания.

5)Вычисляется толщина стенки δ_о г\да. Коэф. надеж.-ти по нагрузке приним.-ся равным n_p =1,1. Вычисл.-е знач.-е δ_о округляется в большую сторону до стандартной величины δ из рассм.-го сортамента труб, после чего опред.-ся значение внут.-его диаметра D.

6)Опред.-ся давления в начале и в конце линейного участка г\да

7)Рассчитывается среднее давление в линейном участке г\да.

8)Для расчета расстояния м\у КС задаемся в первом приближении ориентир.-ым знач.-ем сред. температуры на линейном участке

где Т_н — нач.-я температура на входе в лин.-ый уч.-ок. В первом приближении можно принять Т_н =293...303 К (20...30 °С); Т_о-температура окруж. среды на уровне оси г\да.

9)При Р = Р_ср и Т = Т_ср рассчитываются приведенные температура Т_пр и Р_пр.

10)Опред.-ся коэф. сжимаемости Z_cp.

11)Полагая в первом приближении режим течения газа квадратичным, рассчит.-ся коэф. гидравл.-го сопротивления λ_тр и λ.

12)Определяется среднее ориентировочное расстояние между КС

13)Опред.-ся число КС

кот. округляется до целого п_кс (как правило, в большую сторону).

14) Уточняется расстояние м\ду КС

На этом первый этап техн.-ого расчета г\да завершается.

Уточненный тепловой и гидравл. расчет участка г\да м\ду двумяКС Абсолютное давление в конце участка г\да опред.-ся из формулы расхода

В этом ур.-ии величина λ рассч.-тся с учетом коэф. динамической вязкости (л_Г при средних значениях температуры и давления.

Уточн.-й расчет участка г\да выполняется в следующем порядке:

1)принимаются в качестве первого приближения значения λ и Z_cp и Т_ср из предварительных вычислений;

2)определяется по формуле (4.122) первое приближение величины Р_к;

3)по известным значениям Р_н и Р_к) опред.-ся уточненное сред. давление Р_ср;

4)по формуле (4.11) определяются средние приведенные давление Р_Пр и температура Т_пр;

5)для расчета конечного давления во втором приближении вычисляется уточненное значение Т_ср: для этого используют величины средней удельной теплоемкости С_р, коэф.-та Джоуля-Томсона Di и коэф.-та a_t.

где Кср-средний на уч.-ке общий коэф. теплопередачи от г. в окруж. среду

6)во втором приближении при Р = Р_ср иТ=Т_СР вычисл.-тся Р_пр ,Т_пр, µ и Z_Cp.;

7)опред.-ся значения Re, λ_{т р} и λ;

8)определяется конеч. давление Р_к во втором приближении;

9)Если полученный результат отличается от предыдущего приближения более чем на 1 %, имеет смысл уточнить расчеты, выполняя 3-е приближение, нач. с п.3, а если рез.-т удовл.-ет требованиям точности расчетов, переходим к след.-му пункту;

10)уточняется среднее давление Р_СР;

11)при х=l_кс опред/-ся температура г Т_к в конце линейного участка.

Расчет режима работы КС Исход. данными для расчета режима работы КС явл. :давление и температура г. на входе в КС (равные уточн.-м знач. давления и температуры в конце линейного участка);

- температура окруж.-го воздуха Т_юзд;

- физич.-ие свойства г. (р_ст, Р_пк, Т_пк ,R).

По паспортным данным ЦН необх. знать: Q – номин. производ.-ть ЦН при станд. условиях; номин. мощность ГПА; номин.-ую частоту вращения вала ЦН; диапазон возможных частот вращения ротора ЦН; привед.-ую характ.-ку ЦН.

Порядок расчета:

1)опред.-м давление Р_к и темпер.-ру Т_к г. на входе в ЦН; 2)опред.-ся плотность р_вс и коэф.-нт сжим.-ти г. Z_K при условиях всасывания; 3)определяется требуемое кол.-во нагнетателей m_m = Q_KC/Q_H, которое округляется до целого значения; 4)рассч.-тся производ.-сть нагнетателя при условиях всасывания; 5)задаваясь номин.-м значением давления нагнетания Р_наг вычисляется требуемая степень повыш. давления ε; 6)с помощью построенной линии расчетных режимов опред.-ся значения Q_np, η_пол и [N_i/ρ_ВС]_ПС ; 7)вычисляется фактическая частота вращения ротора

кот.-я должна удовлетворять условию

8)вычисляется внут.-я мощность N_i, потребляемая ЦН; 9)рассчит.-ся мощность на муфте привода N_e; 10)вычисляется располагаемая мощность ГПА

где N_e^H — номинальная мощность ГПА; k_N — коэф.-т тех.-го состояния по мощности; к_0БЛ — коэф.-нт, учит.-ий влияние системы противообледенения (при отключенной системе к_ОБЛ= 1); к_у- коэф.-нт, учит.-й влияние системы утилизации тепла; k_t — коэф.-нт, учитывающий влияние атмосферного воздуха на мощность ГПА; Т_возд, Т_возд^н- соответственно фактич.-я и номинальная температура воздуха, К.

Знач.-я N_e^H, к_N , к_0БЛ, к_у, к_t Т_юзд^н прин.-ся по справочным данным о ГПА.

11) производится сравнение N_e и N_e^p, при этом должно выпол.-ся учловие

(при несоблюдении увел.-ть число т_ЦН на единицу и повторить расчет режима работы КС нач. с п.4); 12)определяется температура газа на выходе из ЦН

где к–показ.-ль адиабаты пр. г. к=1,31.

Далее послед.-но рассчит.-ся линейные участки и режимы работы остальных КС.

28.Определение расхода и эквивалентного диаметра при послед. случае соединения участков. Однониточный газопровод с участками различного диаметра

Рассмотрим однониточный г\д с участками различн. диаметра с постоянным линейным коммерческим расходом Q.

Воспользуемся формулой для опред. пропускной способности простого г\да

Для каждого из участков сложного г\да можем записать

Выразим из полученных равенств разности квадратов давлений, имея в виду, что Q₁ = Q₂ =... = Q_n = Q

Проведя почленное сложение данных выражений в предположении получаем

Для эквивалентного г\да выражение имеет вид

Т. как левые части и равны, то, следовательно, равны и правые. После сокращения одинаковых сомножителей получ. ур.-е связи параметров эквивалентного и реального г\дов

При квадратичном режиме в соответствии с величина λ_i обратно пропорциональна D_i^0,2. Следовательно, можем переписать в виде

В соотношении сразу 2 неизвестные величины: l_э и D_э.

Задаваясь одной из них, например l_э = ∑l_i легко найти вторую.