Федеральное агентство по образованию

Омский государственный технический университет

Кафедра «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация»

Методические указания к проведению лабораторных работ по курсу «Проектирование и эксплуатация магистральных газопроводов»

для студентов специальности 130501 очной и заочной форм обучения

Омск 2007

Методические указания предназначены для студентов специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» при изучении ими дисциплины «Проектирование и эксплуатация магистральных газопроводов».

Методические указания содержат перечень лабораторных работ, постановку задачи, теоретические положения, описание лабораторной установки, методику проведения работ и обработки результатов, а также контрольные вопросы и список рекомендуемой литературы.

Техника безопасности при проведении лабораторных работ

Проведение лабораторных работ должно осуществляться в соответствии со следующими правилами.

Следует помнить, что все лабораторные установки находятся под напряжением 220 и 380 В. Включать силовое оборудование, не ознакомившись с описанием технологических схем установок и без разрешения руководителя, запрещается.

При проведении работ с компрессором запрещается создавать в установке давление выше 1,0 МПа (10 кгс/см²). Длительная работа компрессора приводит к его перегреву.

Перед началом работы студенты обязаны тщательно изучить теоретический материал, разобраться в технологической схеме установки и порядке проведения экспериментов. Затем, получив необходимые указания и разрешение преподавателя, лабораторная установка подготавливается к работе, и проводятся опытные измерения.

После проведения экспериментов установка приводится в исходное состояние и отключается от силовой сети. Все краны и вентили на технологических линиях должны быть установлены в положение «закрыто».

Студенты обязаны поддерживать в помещении лаборатории чистоту и порядок. После окончания лабораторной работы студенты представляют преподавателю отчет.

Ознакомившись с настоящей инструкцией, каждый студент расписывается в журнале по технике безопасности.

Лабораторная работа № 1 «Исследование работы магистрального газопровода»

1. Цель работы:

Теоретическое и экспериментальное определение закономерности распределения давления в газопроводе.

2. Основные положения и расчетные зависимости

Магистральным газопроводом (МГ) называется трубопровод, предназначенный для транспорта газа из района добычи или производства в район его потребления.

Основными его элементами являются линейная часть, компрессорные станции, начальные и конечные пункты, подземные хранилища газа.

Линейная часть включает в себя собственно трубопровод, состоящий из одной или нескольких параллельных «ниток»; трубопроводную арматуру; переходы через искусственные и естественные препятствия, линию связи, устройства электрохимической защиты трубопровода от коррозии и т.д.

Компрессорные станции – комплекс зданий и сооружений, предназначенных для подготовки и компримирования газа с целью его перемещения по линейной части газопровода с заданной производительностью. Компрессорные станции оборудуются, как правило, центробежными нагнетателями, обеспечивающими рабочее давление до 7,5 МПа.

Начальный пункт (обычно совмещаемый с головной компрессорной станцией) включает в себя установки по подготовке газа к транспорту (очистка от механических примесей; удаление конденсата, углекислого газа, сероводорода; осушка).

Конечный пункт – обычно газораспределительная станция (ГРС). Их в системе МГ несколько. ГРС служит для обеспечения требуемого давления в газораспределительной сети и включает в себя установки снижения давления газа, очистки газа от механических примесей; осушки, подогрева, одоризации, замера температуры и расхода газа.

Подземные хранилища служат для компенсации сезонной неравномерности потребления газа и сооружаются вблизи крупных потребителей.

При установившемся режиме течения при отсутствии отбора массовый расход газа в произвольном сечении газопровода остается постоянным во времени, т.е.

, (1.1)

где - плотность газа в i-м сечении газопровода;

F_i - площадь i-гo сечения газопровода;

u_i - скорость течения газа в i-м сечении газопровода.

В основе всех гидравлических расчетов лежит теоретическая формула массового расхода газа

, (1.2)

где Р_Н, Р_К – соответственно абсолютное давление в начале и в конце трубопровода длиной L, внутренним диаметром D;

λ – коэффициент гидравлического сопротивления;

z – коэффициент сжимаемости газа при параметрах течения газа на участке длиной L;

R – газовая постоянная транспортируемого газа;

Т – средняя температура газа, на участке длиной L.

При проектировании и эксплуатации магистральных газопроводов чаще пользуются понятием «объемный расход», который приведен к стандартным условиям (Т_ст = 293 К; Р_ст = 101325 Па). Этот расход называют также «коммерческим». На основании уравнения состояния объемный (коммерческий) расход можно выразить уравнением

, (1.3)

где р_ст – плотность газа при стандартных условиях ( Р_ст , Т_ст );

R_В – газовая постоянная воздуха;

Δ – относительная плотность газа по воздуху.

С учетом (1.3) имеем

, (1.4)

где

.

Из выражения (1.4), заменив L на х и Р_х на Р_х, можем найти давление в любой точке газопровода:

(1.5)

или

, (1.6)

приняв для краткости

. (1.7)

Это уравнение определяет падение давления газа в трубопроводе при заданном расходе.

Для магистральных газопроводов принято считать, что G не изменяется по длине трубопровода и, следовательно, зависимость Р² от х имеет линейный характер (рис. 1.1, а).

Рис. 1.1 Распределение квадратов давлений Р² (а) и давлений Р (б) по длине газопровода

Из выражения (1.6) получаем уравнение распределения давления по длине газопровода:

. (1.8)

С учетом выражений (1.4) и (1.7) имеем

, (1.9)

тогда уравнение (1.8) может быть представлено в виде

, (1.10)

т.е. давление в любом сечении х есть функция Р_Н, Р_К и отношения x/L.

Линия, описываемая уравнением (1.10), является параболой.

Из характера этой кривой видно (рис. 1.1,б), что градиент давления увеличивается по длине газопровода, т.е. гидравлический уклон не постоянен. В начале газопровода, когда давление высокое, плотность газа велика. Вследствие этого удельный объем газа мал, и скорость движения газа небольшая. По мере удаления газа от начала трубопровода давление уменьшается, что приводит к увеличению удельного объема газа и, как следствие, - к увеличению скорости его движения, так как массовый расход постоянен. Это приводит к росту потерь давления на трение, которые пропорциональны квадрату скорости.