1.3 Определение пропускной способности газопровода

1.3.1 Физические свойства природного газа

Таблица 1.4 - Средний состав газа на входе в газопровод

Компоненты	%-ое содержание	Молекулярный вес	Ткр, К	Ркр, МПа
СН4	95,9	16,04	190,9	4,73
С2Н6	2,6	30,07	305,3	4,98
С4Н10	0,2	58,12	425	3,45
N2	1,1	28,02	125,6	3,46
СО2	0,2	44	304,3	7,28

Молекулярная масса газа (1.12)

где Х_i–весовая концентрация i–го компонента; _i–молекулярный вес i–го компонента

Газовая постоянная

(1.13)

где R₀ – универсальная газовая постоянная

Относительная плотность газа по воздуху

(1.14)

где _в – молекулярная масса воздуха (_в =28,96 кг/кмоль)

Плотность газа при нормальных условиях

(1.15)

где _в – плотность воздуха (_в =1,293 кг/м³)

Критические параметры газа

(1.16)

(1.17)

1.3.2 Проверка пропускной способности газопровода

Начальное давление на линейном участке между КС

(1.18)

где P_наг – давление на выходе из нагнетателя; δР_ВЫХ - потери давления в трубопроводе между компрессорным цехом и узлом подключения к линейной части магистрального газопровода (δР_ВЫХ ≤ 0,08 МПа согласно СТО Газпром 2-3.5-051-2006).

Конечное давление на линейном участке между КС

(1.19)

где Р_вс – давление на входе в нагнетатель; ∆Р_вс - потери давления газа на входе КС с учетом потерь давления в подводящих шлейфах и на узле очистки газа (∆Р_вс ≤ 0,12 МПа согласно СТО Газпром 2-3.5-051-2006).

Средняя температура газа на линейном участке

(1.20)

где Т₀ - температура окружающей среды на глубине заложения газопровода, Т₀ =278 К, Т_н - температура газа на входе в линейный участок (303 – 313 К) принимаем Т_Н=303 K.

Коэффициент сопротивления трению в первом приближении

_(1.21)

где k_э- эквивалентная шероховатость труб, k_э=3·10^-5м

Коэффициент гидравлического сопротивления

(1.22)

где Е₁ - коэффициент гидравлической эффективности, газопровод будет оборудован устройствами для очистки внутренней полости (Е₁ =0,95).

Среднее давление на линейном участке

(1.23)

Коэффициент сжимаемости определим по приведенным параметрам, рассчитанным для средних параметров газа в трубопроводе

(1.24)

где ;

Пропускная способность однониточного участка газопровода без учёта рельефа трассы газопровода (при 293,15 К и 0,1013 МПа)

(1.25)

где l – длина участка газопровода l = 285 км.

Заданная пропускная способность газопровода q = 45 млн.м³/сутки, что меньше рассчитанной величины. Условие выполняется.

1.4 Уточненный тепловой и гидравлический расчет газопровода

Принимаем в качестве первого приближения значения λ = 0,01; Т_СР = 290,5 К; Z_СР = 0,844 из первого этапа вычислений

Определяем значение Р_к в первом приближении

(1.26)

Среднее давление в трубопроводе

(1.27)

Средние значения приведенного давления и температуры

Удельная теплоемкость газа

(1.28)

где ;

;

;

.

Коэффициент Джоуля-Томсона

(1.29)

где ;

;

;

.

Рассчитываем коэффициент а по формуле

(1.30)

где К_ср — средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, К_ср = 1 Вт/(м²·К).

Средняя температура с учетом теплообмена с окружающей средой и коэффициента Джоуля-Томсона

(1.31)

Уточненные значения приведенной температуры Т_ПР и коэффициента сжимаемости Z_cp

(1.32)

где ;

Коэффициент динамической вязкости

(1.33)

;

;

;

;

(1.34)

Коэффициенты λ_ТР и λ (k_э=3·10^-5м)

(1.35)

Конечное давление во втором приближении по формуле :

(1.36)

Относительная погрешность определения конечного давления составляет

Полученный результат меньше 3%, расчет можно считать законченным. Общие результаты расчетов представлены в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Результаты теплового и гидравлического расчета газопровода

Наименование параметра	Значение
Начальное давление рН, МПа	7,72
Конечное давление рк, МПа	6,48
Среднее давление рср, МПа	7,138
Средняя температура Тср, К	290,5
Теплоемкость газа Ср, Дж/(кг·К)	2706
Коэффициент Джоуля-Томсона Di, К/Мпа	4,107
Параметр а, км-1	3,79·10-3
Средний коэффициент сжимаемости Zср	0,875
Динамическая вязкость газа µ, Па·с	12,66·10-6
Число Рейнольдса Re	30,69·106
Коэффициент сопротивления трения λтр	9,4·10-3
Коэффициент гидравлического сопротивления λ	0,0105

1.5 Средняя скорость движения газа в газопроводе и суточная потеря газа при истечении его из отверстия в теле трубы

Среднюю скорость движение газа определим по номограмме (рисунок 1.1) для следующих условий:

– среднее давление газа в трубопроводе Р_ср = 7,138 МПа;

– внутренний диаметр трубы D_вн=118,4 см;

– расход газа .

По номограмме находим .

Согласно СТО Газпром 2-3.5-051-2006 скорость газа не должна превышать 20 м/с, данное требование выполняется.

Суточную потерю газа определим при эквивалентном размере образовавшейся неплотности 1 см². Среднее давление газа в трубопроводе Р_ср=7,137 МПа, средняя температура Т_ср=295,19 К скоростью газа в трубопроводе пренебрегаем.

Критическое отношение давлений для газа (считаем газ – метан, показатель адиабаты k = 1,31)

(1.37)

Имеющийся перепад давлений больше критического, поэтому истечение газа происходит со скоростью равной местной скорости звука в газе.

Массовый секундный и массовый суточный расходы вытекающего газа

(1.38)

где показатель рода газа

(1.39)

Рисунок 1.1 – Номограмма для определения средней скорости движения газа в газопроводе