Глава 24 Транспорт газу

24.1. Лінійна частина газопроводу

Транспорт газу на далекі віддалі з місця видобутку до споживачів здійснюється по магістральних газопроводах (МГ), які є енерго- і капіталомісткими підприємствами. Ос­новні елементи МГ - компресорні станції (КС) і лінійна частина (ЛЧ).

Дільниця газопроводу між двома КС називається лінійною дільницею (ЛД). Основними параметрами ЛД є її пропускна здатність, яка вимірюється максимальною кількістю газу, що може бути перекачана по ЛД за одиницю часу.

Пропускна здатність газопроводу. Пропускна здатність лінійної дільниці газопроводу, взята при стандартних умовах і виміряна за добу, може бути обчислена з основного рівняння газопроводів

(24.1)

де — внутрішній діаметр труб, м; — довжина лінійної дільниці, м; — відносна густи­на газу за повітрям; — середня температура газу в трубах на дільниці, К; — ко­ефіцієнт надстисливості газу, визначений для середніх значень (по довжині дільниці) тиску і температури; — відповідно значення максимального початкового і мінімального кінцевого тисків на дільниці, Па; — коефіцієнт гідравлічного опору трубоп­роводу;

Середнятемпература газу в трубопроводі на дільниці може бути визначена на основі відомої залежності Щухова:

(24.2)

де — температура газу на початку дільниці, К; — зведена температура навколишнь­ого середовища, К, яка з врахуванням ефекту Джоуля-Томсона може бути записана у виг­ляді

(24.3)

538

— коефіцієнт дросель-ефекту Джоуля-Томсона; — середній тиск на дільниці газо­проводу.

(24.4)

- температура грунту в непорушеному тепловому стані;

(24.5)

- повний коефіцієнт теплопередачі від газу до навколишнього середовища, ккал/м² • год • град; - зовнішній діаметр газопроводу, мм; - ізобарна тепломісткість га­зу, ккал/кг • град; - витрата газу, млн • м³/добу.

Залежність температури газу від довжини газопроводу може бути знайдена з формули

(24.6)

З врахуванням (24.6) на основі (24.2) можна одержати для середньої температури газу в газопроводі залежність

(24.7)

де — температура газу в кінці дільниці газопроводу.

Коефіцієнт надстисливості газу при середніх значеннях тиску і температури може бути визначений з номограм або за однією з наступних формул:

(24.8)

(24.9)

де =1-1,68 +0,78 +0,0107 ; ^{, -} зведені значення тиску і темпера­тури; — середньокритичні значення тиску і тем­ператури для даного складу газу.

Коефіцієнт гідравлічного опору газопроводу для зони змішаного тертя і шорстких труб при турбулентному режимі може бути знайдений за формулою ВИДІ газу

(24.10)

де - еквівалентна шорсткість труб, мм. Згідно з даними [1] = 0,03 mm.; Re — число Рейнольдса, яке можна обчислити за формулою

Re = 17,75·10³ (24.11)

- абсолютна в'язкість, Па • с.

Залежність (24.1) не дає змоги однозначно виявити пропускну здатність дільниці газо­проводу, оскільки ряд параметрів правої частини залежить від витрати газу. Тому для виз­начення пропускної здатності слід застосовувати ітераційний алгоритм.

539

1. Задають тиски на початку і в кінці дільниці і початкову температуру газу діаметр газопроводу і його довжину а також фізичні властивості газу і

2. У першому наближенні довільно приймають значення витрат газу

3. Обчислюють середній тиск і середню температуру газу (24.4) і (24.2).

4. Знаходять коефіцієнт надстисливості газу (24.8) і (24.9).

5. Шукають число Рейнольдса (24.11).

6. Визначають коефіцієнт гідравлічного опору (24.10).

Для врахування втрат в місцевих опорах і гідравлічної ефективності газопроводу вно­сять поправку

= 1,05

7. Уточнюють пропускну здатність газопроводу (24.1).

8. Якщо абсолютне значення різниці задовільняє необхідну точність розра­хунків то процес закінчують. В іншому випадку повертаються до п.З, задавшись новим (обчисленим у п.7) значенням витрати газу.

Значно спрощується методика визначення пропускної здатності газопроводу за умови, якщо рух відбувається в зоні шорстких труб при турбулентному режимі. В цьому випадку коефіцієнт гідравлічного опору не залежить від числа Рейнольдса і основне рівняння газо­проводів набуває вигляду

(24.12)

де - коефіцієнт, що враховує відхилення режиму руху газу від зони шорстких труб і виз­начається з графіків (рис.24.1).

Для виявлення межі між зоною змішаного тертя і зоною шорстких труб при турбулент­ному режимі знаходять граничне число Рейнольдса

(24.13)

Якщо Re > то можна використовувати залежність (24.12), взявши при цьому = 1.

У загальному випадку при наближеному обчисленні можна вважати, що середня тем­пература газу в трубопроводі = 1/3 + 2/3 і алгоритм розрахунку такий.

1. Визначають середній тиск (24.4) і знаходять коефіцієнт настисливості газу (24.8) або (24.9).

Рис. 24.1. Визначення коефіцієнта режиму

2. Приймаючи = 1, знаходять пропускну здатність (24.12).

3. За обчисленим значенням витрати газу (п.2) і заданим діаметром газопроводу знаходять ко­ефіцієнт з графіка (див.рис.24.1).

4. Уточнюють пропускну здатність з врахуван­ням режиму руху

При розрахунках газопроводів з пересіченним профілем траси в формулах (24.1) і (24.12) замінюють кінцевий тиск його зведеним значен­ням та істинну довжину її зведеним значенням Вказані зведені величини визначають за форму­лами:

540

(24.14)

(24.15)

де - різниця геодезичних відміток кінця і початку траси газопроводу; - геодезичні відмітки початку і кінця /-Ї нахиленої дільниці газопроводу та її довжина.

Складні газопроводи. З метою збільшення пропускної здатності газопроводу виникає необхідність прокладки лупінгу- Відношення пропускної здатності газопроводу після її збільшення до початкової величини Q називають ступенем збільшення пропускної здат­ності

(24.16)

При заданому ступені збільшення пропускної здатності та відомих внутрішніх діаметрах магістралі і лупінгу його відносна довжина може бути знайдена з формули

(24.17)

Збільшення пропускної здатііості (відносне) в результаті прокладки лупінгу відомої до­вжини і діаметра може бути обчислене зі залежності

(24.18)

Якщо лупінг прокладається, щоб підняти тиск в кінці газопроводу з до , то в цьо­му випадку доижина лупішу (відносна)

(24.19)

де - еквівалентний діаметр газопроводу з лупінгом.

Під еквівалентним діаметром складної системи газопроводів розуміють діаметр такого простого газопроводу, який при рівній з системою довжині мав би ту ж пропускну здатність. Для визначення еквівалентного діаметра газопровод!» (при умові, що рух газу проходить в зоні шорстких труб при трубу леї Ітному режимі) існують рекурентні формули:

при паралельному з'єднанні газопроводів

+ ... ; (24.20)

при послідовному з'єднанні ділі.ниць газопроводу

+ ... , (24.21)

541

де ... - довжини кожної з дільниць сталого діаметра; - загальна довжина,

4-... .

Залежності (24.20) і (24.21) дають змогу визначити еквівалентний діаметр довільної складної системи газопроводів.

Гідравлічна ефективність. Гідравлічна ефективність характеризує процес старіння га­зопроводу. Вона характеризується коефіцієнтом гідравлічної ефективності, який представ­ляє собою відношення фактичної пропускної здатності газопроводу на певний момент часу його експлуатації до її проектного значення,

(24.22)

Значення фактичної і проектної пропускної здатності в (24.22) повинні бути визначені при однакових параметрах режиму. Тому, використовуючи (24.1), одержуємо

(24.23)

де -теоретичне (проектне) і фактичне значення коефіцієнта гідравлічного опору.

Для визначення коефіцієнта гідравлічної ефективності проводять обстеження газопро­воду, в результаті якого вимірюють при стаціонарній роботі газопроводу монохронно тиски на початку і в кінці газопроводу, температури на початку і в кінці газопроводу, температуру навколишнього середовища та фактичну витрату газу. Крім цього, вважа­ються відомими всі геометричні параметри газопроводу і склад газу, що транспортується. При наявності вказаних вимірів розрахунок ведуть в такому порядку.

1. Визначають число Рейнольдса з (24.11).

2. Знаходять теоретичне значення коефіцієнту гідравлічного опору з (24.10).

3. Шукають середній тиск з (24.4).

4. Обчислюють середню температуру з (24.7).

5. Знаходять коефіцієнт надстисливості газу при середніх тиску та температурі з (24.8) або (24.9)

6. Визначають фактичне значення коефіцієнта гідравлічного опору

(24.24)

7. Знаходять коефіцієнт гідравлічної ефективності з (24.23).

Обстеження газопроводів показують, що коефіцієнт гідравлічної ефективності протягом значного проміжку часу змінюється за законом, близьким до експоненціального,

(24.25)

де - початкове значення коефіцієнта ефективності (при =0); - коефіцієнт старіння газопроводу.