Гидравлический расчет магистрального газопровода

При выполнении гидравлического расчета газопровода определяют падение давления в газопроводе и расстояния между КС при заданных значениях пропускной способности газопровода и других исходных данных. Пропускной способностью газопровода называется максимальное количество газа, которое может быть перекачано за сутки при поддержании в начале участка максимально возможного давления по условиям прочности газопровода и минимально допустимого давления в конце участка, устанавливаемого от его назначения. Например, минимально допустимое давление перед газораспределительной станцией (ГРС) выбирают из условия надежной работы ее оборудования и газового хозяйства потребителей, а перед КС – с учетом характеристики установленных на ней компрессорных машин и обеспечения перекачки ими заданного количества газа при максимальном по условиям прочности газопровода давлении нагнетания.

 

1. Определяется расчетная суточная пропускная способность газопровода, млн. м³/ сут.

q = Q_г / (365k_и),

где Q_г – годовой расход газа, т.е. количество газа, поступающего в газопровод в течение года (при 20°C и 760 мм ртутного столба» 0,1 МПа), млн.м³ /год;   

k_и – оценочный коэффициент использования пропускной способности газопровода

 

                                       k_и = k₁k₂k₃ ,                                                                                   (23)

где k₁ – коэффициент повышенного спроса газа, k₁ = 0,95;

  k₂ – коэффициент экстремальных температур, k₂ = 0,98;

  k₃ – коэффициент надежности, учитывающий отказы линейной части и оборудования КС магистрального газопровода; k₃ принимают по ОНТП 51-1 – 85 в зависимости от диаметра и длины газопровода и установленного оборудования на КС.

 

Для сложных газотранспортных систем k_и = 0,875 ¸ 0,92

 

2. Задаются диаметром газопровода и толщиной стенки

трубопровода по таблице 5 и таблице 1.

  D и d, мм

 

Таблица 5.Ориентировочные значения диаметра газопровода

Dy, мм	Годовая производительность Qг, млрд.м3/год
	Pнаг=5.5 МПа Рвс =3,8 МПа	Pнаг=7.5 МПа Рвс =5.1 МПа
500	1,6-2,0	2,2-2,7
600	2,6 - 3,2	3,4-4,1
700	3,8-4,5	4,9-6,0
800	5,2 - 6,4	6,9 - 8,4
1000	9,2 -11,2	12,1-14,8
1200	14,6 -17,8	19,3 - 23,5
1400	21,5-26,4	28,4-34,7

 

 

3. Определяется внутренний диаметр газопровода, мм

                               d = D – 2d                                                                                                       

4. Определяется средняя температура газа в газопроводе, °С

 

                      t_ср = t_гр + ((t_н - t_гр)·(1- e^-X))X,                                                                               

 

где  t_гр – температура грунта на глубине залегания газопровода,

  t_н – начальная температура газа,

  е – основание натурального логарифма, е = 2,72.

 

5. Определяется среднее давление газа в газопроводе, МПа,

 

p_ср = 2/3(p_н + p_к²/ (p_н + p_к))

где p_н - начальное давление в газопроводе,

  p_к - конечное давление в газопроводе. 

 

6.Определяются приведенные параметры газа: приведенная температура Т_пр и приведенное давление р_пр

Т_пр = Т_ср / Т_кр

р_пр = p_ср / р_кр

где Т_кр – критическая температура газа, К. Это такая температура, выше которой ни при каком повышении давления нельзя сконденсировать пар (перевести в жидкое состояние),

T_кр = 192,24 К;

р_кр – критическое давление газа, МПа. Это такое давление, выше которого нельзя испарить жидкость ни при каком повышении температуры, р_{к р} = 4,68 МПа.

7.Определяется число Рейнольдса Re

Re = 17,75×10³qD /(md),

 

где q - суточная пропускная способность газопровода,

        D - относительная плотность газа - это отношение плотности газа к плотности воздуха при одинаковых условиях,

D = 0,44 кг/м³;

  m - динамическая (абсолютная) вязкость газа,   

         d – внутренний диаметр газопровода,

Если Re > 2300, то режим движения газа турбулентный.

8.Определяется закон сопротивления (зона трения), для чего находится условная пропускная способность q_пер, млн. м³/ сут.

 

q_пер = 0,0408d ^2,5m / D,

 

Так как q < q_пер, то закон сопротивления (зона трения) переходный.

 

9. Определяется коэффициент гидравлического сопротивления при трении газа о стенки газопровода

 

При переходном законе сопротивления                 

l_тр = 0,067(158 / Re + 2k_э /d)^0,2,

 

где k_э – эквивалентная шероховатость стенок труб, мм.

10. Определяется коэффициент гидравлического сопротивления с учетом местных потерь напора, принимаемых в размере 2 – 5 % от линейных потерь напора.

                                                   l = аl_тр,                                                                           (32)

 

где а – коэффициент, учитывающий местные потери напора в газопроводе. Рекомендуется

 

а = 1,02 ÷ 1,05.

 

11. Построение графика изменения давления в магистральном газопроводе

 

Для решения задач, связанных с распределением компрессорных станций (КС) по трассе магистрального газопровода или устройством ответвлений, необходимо знать характер распределения давления по магистральному газопроводу.При движении газа по магистральному газопроводу давление в нем падает, изменяясь от начального р_н в начале магистрального газопровода до конечного давления р_к в конце магистрального газопровода. Давление р_х в любой произвольной точке газопровода, находящейся на расстоянии  х от начала магистрального газопровода, МПа

 

р_х =Ö р_н² - (р_н² - р_к²)x / l                                                                                                                    

 

Таблица 4 – Расчетные данные для построения гидравлической характеристики магистрального газопровода

Расстояние от начала газопровода х, км.	0	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200	218
Давление на расстоянии х от начала газопровода рх,, МПа	7,43	7,27	7,12	6,96	6,8	6,63	6,46	6,28	6,1	5,92	5,72	5,55

 

Графически падение давления в газопроводе по длине происходит по параболической кривой. Для ее построения задаются значениями длины участка газопровода х и определяют давление в конце этого участка р_х