Работы участка МГ

Исходные данные:

ü относительная плотность газа по воздуху D = 0,561;

ü диспетчерские данные (усреднённые значения за период стабильного режима работы) – производительность за два часа 5750 тыс. м³;

ü давление и температура газа в начале и в конце участка, соответственно, – 7,17 МПа и 5,74 МПа; 36°С и 19°С;

ü полный коэффициент теплопередачи от газа в грунт к = 2,07 Вт/м²×К;

ü температура грунта 6°С.

Коэффициент гидравлической эффективности Е определяется отношением:

Е = Q_ф / Q_т = [ l_т / l_ф ]^0,5.

При определении теоретической пропускной способности (Q_т) или фактического значения коэффициента гидравлического сопротивления (l_ф) используют диспетчерские данные по абсолютным значениям температуры и давления газа на участке МГ (индекс 1 – для начала участка, индекс 2 – для конца). Расчёт ведётся методом последовательных приближений. Задаваясь средней температурой и режимом давления определяют Q_т. Затем уточняют расчётным путём принятые величины и значение Q_т.

Выполняем расчёт.

1. Задаёмся значением Т_ср:

Т_ср = 1/3× Т₁ + 2/3× Т₂;

Т_ср = 1/3(36 + 273) + 2/3(19 + 273) = 297,667 К.

2. Определяем среднее давление:

Р_ср = 2/3 [ Р₁ + (Р₂² / (Р₁ + Р₂))];

Р_ср = 2/3 [(7,17 + 0,1) + (5,74 + 0,1)² / (7,27 + 5,84)] = 6,588 МПа.

3. Определяем критические, приведённые значения давления и температуры газа и коэффициент сжимаемости z.

Плотность газа в стандартных условиях

r_ст = 1,205× D = 1,205×0,561 = 0,676 кг/м³;

Р_кр = 0,1773(26,831 – r_ст); Р_кр = 4,637 МПа;

Т_кр = 156,24(0,564 + r_ст); Т_кр = 193,738 К;

Р_пр = Р_ср / Р_кр; Р_пр = 1,42; Т_пр = Т_ср / Т_кр; Т_пр = 1,537;

t = 1 – 1,68× Т_пр + 0,78× Т_пр ² + 0,0107× Т_пр ³; t = 0,299;

Z = 1 – (0,0241× Р_пр) / t; Z = 0,886.

4. Задаёмся квадратичной зоной турбулентного режима и определяем расчётное значение коэффициента гидравлического сопротивления. Эквивалентная шероховатость К_э = 0,03 мм.

l = 1,05×0,067(2 К_э / d_э)^0,2 = 1,05×0,067×(2×0,03×10^-3 / 1,396)^0,2 =

=9,417×10^-3.

5. Определяем теоретическую пропускную способность участка:

Q_т = 105,087[(Р₁² – Р₂²) d_э⁵ / l × D × Z × T_ср × l ]^0,5;

Q_т = 105,087[(7,27² – 5,84²)1,396⁵ / 9,417×10^-3×0,886×297,667×0,561×

×95]^0,5 = 91,06 млн. м³/сут.

6. Для проверки принятого значения Т_ср определяем теплоёмкость газа и коэффициент Джоуля-Томсона.

С_р = 1,696 + 1,838×10^-3× Т_ср + 1,96×10⁶×(Р_ср – 0,1) / Т_ср³;

С_р = 2,725 кДж/кг×К;

D_i = (1 / C_р)×((0,98×10⁶ / Т_ср²) – 1,5); D_i = 3,508 К/МПа.

7. Определяем среднюю температуру газа:

Т_ср = Т₀ + ((Т₁ – Т₀) / аl)×(1 – е ^{-а l} ) – (D_i× (Р₁² – Р₂²) / 2аlР_ср)×

×[1 – (1/ аl)×(1 – е ^{-а l} )];

аl = КpD_н l / G×С_р; G = Q×r_ст, кг/с;

G = 5750×10³×0,676 / 2×3600 = 539,86 кг/с;

аl = 2,07×3,14×1,42×95×10³ / 2,725×10³×539,86 = 0,596;

Т_ср = 279 + ((309 – 279) / 0,596)×(1 – е ^-0,596) – 3,508×((7,27² – 5,84²) /

/ (2×0,596×6,588)×[1 – (1/0,596)×(1 – е ^–0,596)] = 299,5 К.

8. Расчётное и принятое (в п. 1) зачения Т_ср имеют большое расхождение (более 0,5 град). Выполняем уточнение характеристик газа (п. 6) и Т_ср (п. 7):

С_р = 1,696 + 1,838×10^-3×299,5 +

+ 1,96×10⁶×(6,588 – 0,1)/299,5³ = 2,72 кДж/кг×К;

D_i = (1 / 2,72)×(0,98×10⁶/299,5² – 1,5) = 3,465 К/МПа.

Уточняем среднюю температуру:

аl = 2,07×3,14×1,42×95×10³ / 2,72×10³×539,86 = 0,597

Т_ср = 279 + ((309 – 279) / 0,597)×(1 – е^-0,597) – 3,465×((7,27² – 5,84²) /

/ (2×0,597×6,588)×[1 – (1/0,597)×(1 – е ^–0,597)] = 299,55 К.

Рис. 7.1. Изменение коэффициента эффективности во времени

Рис. 7.2. Приведённая характеристика нагнетателя НЦ 16/76-1,44

(ГПАЦ-16) при Т_пр=288 К; Z_пр=0,901; R_пр=505,8 Дж/кг×К

Расхождение (299,5 – 299,55) мало. Можно принять Т_ср = 299,5 К

и проверить Т₂.

Т₂ = Т₀ + (Т₁ – Т₀) е ^-аl – Д_i ×((Р₁² – Р₂²)×(1– е ^-аl)) / 2 аlР_ср; Т₂ = 291,8 К.

По диспетчерским данным Т₂ = 292 К, т.е. расхождение допустимо.

9. Уточняем значение Z (п. 3):

Т_пр = 299,5 / 193,738 = 1,546; t = 0,3065; z = 0,888.

10. Проверяем режим движения газа и уточняем l.

Коэффициент динамической вязкости газа:

m = 5,1×10⁶(1+ r_ст (1,1 – 0,25 r_ст))(0,037+ Т_пр (1 – 0,104× Т_пр))×

×(1+ (Р_пр² / 30(Т_пр ×1))); m = 1,205×10^-5 Па×с.

Число Рейнольдса Re = 17,75 QD / d _э m

Re = 17,75×91,06×0,561×10⁵ / 1,396×1,205 = 53,9×10⁶.

Переходное число Re_II = 11(d_э / 2 К_э)^1,5; Rе_II = 39,04×10⁶.

Так как Re > Re_II зона квадратичного закона сопротивления подтверждается.

Проверку режима можно выполнить по переходному значению Q_{пер .}

Q_{пер .} = 1,334× d_э ^2,5×10⁶ (m / D) =1,334×1,396 ^2,5×10⁶ (1,205×10^-5/0,561) =

= 66 млн. м³/сут.

Так как Q > Q_{пер .} принятый режим подтверждается.

11. Уточняем значение l в соответствии с ОНТП 51-1-85 (ч. 1. газопроводы):

l = 1,05×0,067 (158/ Rе + 2 К_э / d_э)^0,2; l = 9,542×10^-3.

12. Уточняем Q_т (п. 5.):

Q_т = 105,087[(7,27² – 5,84²)×1,396⁵ / 9,542×10^-3×0,888×299,5×

×0,561×95]^0,5 = 90,09 млн. м³/сут.

13. Определяем значение Е:

Е = Q_ф / Q_т = 69 / 90,09 = 0,766; Q_ф = 5750×10³×12 = 69 млн. м³/сут.

Пример расчёта изменения Е за три года после пуска МГ в эксплуатацию дан в виде гистограммы на рис. 7.1. В результате ввода в эксплуатацию новых мощностей происходит самоочищение участка и повышение гидравлической эффективности МГ. Одной из причин снижение Е в весенне-летний период является сезонная неравномерность потребления газа. При снижении объёмов поставки газа и, соответственно, скорости его движения вносимые в трубы твёрдые и капельные взвеси накапливаются во внутренней полости МГ. При увеличении скорости перекачки газа, что соответствует осенне-зимнему периоду, когда потребность в газе возрастает, происходит вынос накоплений и самоочищение МГ. Снижение производительности МГ в весенне-летний период может быть вызвано понижением располагаемой мощности ГТУ при увеличении температуры наружного воздуха.