Наклонный газопровод

Рассмотрим установившееся движение газа в наклонном газопроводе постоянного диаметра D и протяженностью L (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Расчетная схема наклонного газопровода

Движение газа в наклонном газопроводе описывается систе­мой уравнений:

удельной энергии ; (2.57)

неразрывности ; (2.58)

состояния . (2.59)

Для наклонного газопровода

. (2.60)

Умножив левую и правую части уравнения удельной энергии (2.57) на 2²и выразив, с учетом (2.58) и (2.60) получим

. (2.61)

Выразим плотность газа из уравнения состояния . Тогда выражение (2.61) примет вид

. (2.62)

Умножим все слагаемые (2.62) наzRT и, группируя их, получим

. (2.63)

Обозначив и, запишем урав­нение удельной энергии в виде

. (2.64)

Разделяя переменные, проинтегрируем выражение (2.64)

. (2.65)

Производная знаменателя правой части выражения (2.65) равна

, (2.66)

то есть достаточно умножить числитель (2.65) наи будем иметь дифференциал знаменателя. Следовательно, правая часть (2.65) представляет собой интеграл вида. Интегрируя (2.65) в указанных пределах, получим

. (2.67)

Потенцируя и освобождаясь от знаменателя, получим

, (2.68)

откуда

. (2.69)

Массовый расход газа в наклонном газопроводе составит

.(2.70)

Если рассматриваемый участок газопровода восходящий (y>0), то величина, следовательно, активная движущая сила

при прочих равных условиях уменьшается, то есть перекачка на подъем создает дополнительное противодавление. Кроме того, на восходящем участке газопровода возрастает сопротивление трению, так как множитель

Таким образом, массовый расход газа в восходящем газопроводе будет меньше, чем в горизонтальном газопроводе при прочих равных условиях. Для газопроводов, идущих под уклон, массовый расход газа наоборот будет больше, чем в горизонтальном газопроводе.

Рельефный газопровод

Рассмотрим газопровод, состоящий из nнаклонных участков с осредненным постоянным уклоном (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Расчетная схема рельефного газопровода

Для каждого наклонного участка справедливо соотношение

(2.71)

В целом для рельефного газопровода .

Исключая неизвестные значения давления в узловых точках профиля трассы, для всего газопровода в целом можно записать

. (2.72)

Обозначив выражение в скобках

,(2.73)

выразим из (2.72) значение массового расхода газа для негоризонтального (рельефного) газопровода

.(2.74)

Значение _НГможно упростить. Полагая, что отметка начальной точки газопроводаy_Н=0 ;и, окончательно получим

.(2.75)

Величина _НГ не зависит от G, а определяется в соответствии с геометрическими размерами участков и свойств перекачиваемого газа при средних значениях давления и температуры.

Выразим значение a_yчерез относительную плотность газа по воздуху

.(2.76)

С учетом (2.76) объемная производительность (коммерческий расход в млн. м³/сут) рельефного газопровода составит

.(2.77)

Температура Т и коэффициент сжимаемости zпринимаются средними по длине участка газопровода.

2.3.7. Коэффициент гидравлического сопротивления.

Коэффициент эффективности

Закономерности изменения гидравлического сопротивления для капельной жидкости и для газа одни и те же. Поэтому нет принципиальных различий в расчете коэффициента гидрав­лического сопротивления для нефтепроводов и газопроводов. Как и для капельной жидкости, коэффициент гидравлического сопротивления при перекачке газа является функцией числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности стенки трубы. В настоящее время для расчета коэффициента сопротивления трения отраслевыми нормами проектирования [13] рекомендуется универсальная формула ВНИИГаза

,(2.78)

которая по своей структуре аналогична известной формуле Альтшуля зля зоны смешанного трения.

В магистральных газопроводах наиболее распространен квадратичный режим течения газа. Режим смешанного трения возможен при неполной загрузке газопровода. Режим гидравлически гладких труб характерен для распределительных газопроводов малого диаметра (газовые сети в населенных пунктах).

Из формулы (2.78) следуют частные случаи:

• в зоне гидравлически гладких труб при

;(2.79)

• в зоне квадратичного трения при

.(2.80)

Как и в нефтепроводах, режим течения газа характеризуется числом Рейнольдса

,(2.81)

где Q – коммерческий расход газа, млн. м³/сут ;

D – внутренний диаметр газопровода, м;

– динамическая вязкость газа, Пас.

Переходное (от смешанного трения к квадратичному трению) значение числа Рейнольдса определяется по формуле

.(2.82)

По данным ВНИИГаза среднее значение эквивалентной шероховатости стенки трубопровода рекомендуется принимать k_Э=0,03 мм.

Для учета местных сопротивлений на линейной части газопровода рекомендуется принимать коэффициент гидравлического сопротивления на 5% больше коэффициента сопротивления трения _ТР. Величина коэффициента гидравлического сопротивления газопровода рассчитывается из выражения

,(2.83)

где E– коэффициент гидравлической эффективности газопровода.

Коэффициент гидравлической эффективности характеризует уменьшение производительности в результате повышения гидравлического сопротивления газопровода, вызванного образованием скоплений влаги, конденсата и выпадением гидратов. Согласно нормам ОНТП 51-1-85, для расчета значение коэффициента гидравлической эффективности принимается равным 0,95 при наличии на газопроводе устройства для периодической очистки внутренней полости трубопровода, а при отсутствии указанных устройств принимается равным 0,92.

Коэффициент гидравлической эффективности в процессе эксплуатации определяется для каждого участка между КС не реже одного раза в год. По величине Eсудят о загрязненности линейной части газопровода. При превышении указанных значений Е необходимо проводить очистку полости газопровода. Скопления воды и конденсата удаляют продувкой. Если это не приводит к необходимому эффекту, по газопроводу пропускают очистные поршни.