Определение расстояния между компрессорными станциями

Пользуясь формулой пропускной способности газопровода

, (15)

выразим длину линейного участка между компрессорными станциями

, (16)

где D_ВН – внутренний диаметр газопровода, м;

р_Н и р_К – соответственно давления в начале и в конце линейного участка газопровода, МПа;

λ – коэффициент гидравлического сопротивления;

Z_СР – средний по длине коэффициент сжимаемости газа Z_СР = f (р_СТ, Т_СР);

Δ – относительная плотность газа.

Длина последнего участка газопровода L_К с учетом его аккумулирующей способности также определяется по формуле (16), приняв давление в конце перегона р_К = р΄_К (р΄_К – давление газа в конце газопровода).

Полагая, что рабочее давление в газопроводе равно номинальному давлению нагнетания ЦН (по паспортным данным ЦН), вычисляется толщина стенки газопровода [3, (1.16)]

,

где n_p – коэффициент надежности по нагрузке;

р_Н – рабочее давление в трубопроводе;

R₁ – расчетное сопротивление металла трубы, МПа [3, (1.17)].

Вычисленное значение толщины трубопровода δ округляется в большую сторону до стандартной величины δ_Н из рассматриваемого ассортимента труб
[3, прил. Г].

Для расчета расстояния между КС можно принять ориентировочное значение средней температуры, например

, (17)

где Т ₀ – температура окружающей среды на глубине заложения газопровода;

Т_Н – температура газа на входе в линейный участок, которую можно принять равной 303–313 К.

Давление в начале газопровода определяется по формуле [8]

р_Н = р_НАГ – (δр_ВЫХ + δр_ОХЛ) = р_НАГ – Δр_НАГ , (18)

где δр_ВЫХ – потери давления в трубопроводе между компрессорным цехом и узлом подключения к линейной части магистрального газопровода (без учета потерь давления в системе охлаждения транспортируемого газа);

δр_ОХЛ – потери давления в системе охлаждения газа, включащие и его об­вязку.

Для охлаждения газа в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) следует принимать δр_ОХЛ = 0,06 МПа. При отсутствии охлаждения газа δр_ОХЛ = 0.

Потери давления могут быть приняты по таблице 3.

Таблица 3

Потери давления газа на КС [8]

Давление в газопроводе (избыточное), МПа	Потери давления газа на КС, МПа
на всасывании ΔрВС	На нагнетании δрвых
при одноступенчатой очистке газа	при двухступенчатой очистке газа
5,40	0,08	0,13	0,07
7,35	0,12	0,19	0,11
9,81	0,13	0,21	0,13

Давление в конце участка газопровода

(19)

где Δр_ВС – потери давления газа на входе КС с учетом потерь давления в подводящих шлейфах и на узле очистки газа (принимается по табл. 3).

Коэффициент гидравлического сопротивления λ определяется по формуле

, (20)

где Е_Г – коэффициент гидравлической эффективности, принимается по результатам расчетов диспетчерской службы в соответствии с отраслевой методикой; при отсутствии этих данных коэффициент гидравлической эффективности принимается равным 0,95, если на газопроводе имеются устройства для периодической очистки внутренней полости трубопровода, а при отсутствии указанных устройств, принимается равным 0,92.

Коэффициент сопротивления трению для всех режимов течения газа в газопроводе определяется по формуле

, (21)

где k_Э – эквивалентная шероховатость труб; для монолитных труб без внутреннего антикоррозионного покрытия принимается равной 3 · 10^{-5 м;}

D_ВН – внутренний диаметр трубопровода, м;

Re – число Рейнольдса, которое определяется по формуле:

, (22)

где Q – производительность газопровода, млн м³/сут;

D_ВН – внутренний диаметр газопровода, м;

μ – коэффициент динамической вязкости, Па·с.

Если производительность газопровода неизвестна, то в первом приближении можно принять квадратичный режим течения газа и λ_ТР определить как

. (23)

Коэффициент сжимаемости газа определяется по формуле

, (24)

где значения приведенных давления и температуры при р = р_СР и Т = Т_СР определяются как:

; (25)

; (26)

. (27)

Среднее давление в газопроводе можно определить по формуле

. (28)

Вычислив расстояния между КС по формуле (16), определяем требуемое число компрессорных станций:

. (29)

После округления найденного числа КС n₀ до целого значения n (как правило, в большую сторону), уточняем значения расстояний между КС

. (30)

В случае если на КС установлены ГПА с приводом от газовой турбины или двигателя внутреннего сгорания, то часть транспортируемого газа будет потребляться на собственные нужды и производительность МГ будет от участка к участку снижаться, что приведет к изменению параметров участков МГ.

Рекомендуется учет расхода топливного газа производить при длине газопровода более 500 км.

Для такого газопровода производительность каждого участка можно выразить как

, (31)

где – производительность i- го участка;

Q – производительность поступления газа на первую КС;

Q_ТГ – объем потребляемого КС топливного газа;

i – номер КС по ходу газа.

Используя уравнение пропускной способности участка можно записать следующее соотношение длин участков с различной производительностью

, или . (32)

Тогдадля принятогочисла КС можно записать длину газопровода как сумму длин участков его составляющих:

, (33)

где l – средняя длина участка между КС.

. (34)

При принятом числе КС из (33) определяется средняя длина участка между КС. Затем, пользуясь формулой (32), рассчитывают длину всех промежуточных участков и определяют длину конечного участка.

1.3. Уточненный тепловой и гидравлический
расчет участка газопровода
между двумя компрессорными станциями

Уточненный тепловой и гидравлический расчет участка газопровода между двумя компрессорными станциями производится с целью определения давления и температуры газа в конце рассматриваемого участка.

Абсолютное давление в конце участка газопровода определяется из формулы расхода (15) при средних значениях температуры и давления газа на линейном участке, которые определяются методом последовательных прибли­жений.

. (35)

Уточненный расчет участка газопровода выполняется в следующем порядке:

1) в качестве первого приближения значения принимаются λ и Z_СР, найденные из предварительного определения расстояния между КС. Значение Т_СР определяется по формуле (17);

2) по формуле (35) определяется в первом приближении значение р_К;

3) определяется уточненное среднее давление р_СР по формуле (28);

4) по формулам (25) и (26) с учетом средних значений давления и температуры определяются средние приведенные давление р_ПР и температура Т_ПР.

Для расчета конечного давления во втором приближении вычисляются уточненные значения Т_СР, λ и Z_СР. Для этого при определении Т_СР будем использовать величины средней удельной теплоемкости С_Р, коэффициента Джоуля-Томсона D_i и коэффициента а_t, вычисленные для значения р_СР и Т_СР первого приближения;

5) удельная теплоемкость газа С_р (кДж/(кг·К)) определяется по формуле

; (36)

6) коэффициент Джоуля-Томсона D_i (К/МПа) вычисляется по формуле

; (37)

7) средняя температура газа рассчитывается по формуле

, (38)

где а_t – коэффициент (1/км), рассчитываемый по формуле

, (39)

где К_СР – средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/(м²·К);

8) коэффициент сжимаемости Z_СР определяется по формуле (24);

9) коэффициент динамической вязкости рассчитывается по формуле

; (40)

10) число Рейнольдса вычисляется по формуле (22);

11) коэффициент сопротивления трению λ_ТР и коэффициент гидравлического сопротивления λ вычисляются по формулам (21) и (20);

12) определяем конечное давление во втором приближении по форму­- ле (35);

13) если полученный результат отличается от предыдущего приближения более, чем на 1 %, имеет смысл уточнить расчеты, выполняя третье приближение, начиная с пункта 3. Если результат удовлетворяет требованиям точности расчетов, переходим к следующему пункту;

14) уточняется среднее давление по формуле (28);

15) определяется конечная температура газа

. (41)

На этом тепловой и гидравлический расчет участка газопровода заканчивается.

Значение коэффициента теплопередачи К_СР в выражении (39) для подземных газопроводов (без тепловой изоляции), следует определять по формулам ОНТП 51–1–85[8].

Расчетное значение коэффициента теплопередачи можно определить также по формуле

, (42)

где D – внутренний диаметр газопровода, м;

– базовый коэффициент теплопередачи для газопровода диаметром 1 м.

При ориентировочных расчетах допускается принимать:

• для песка = 1,1–2,4 Вт/(м²·К);

• для суглинка = 1,05–1,65 Вт/(м²·К);

• для смешанного грунта = 1,27–1,34 Вт/(м²·К).