Расчет сложных газопроводов

Любую сложную газопроводную систему можно разбить на элементы, к каждому из которых можно применить расчетные зависимости для простых газопроводов при выполнении в узловых точках следующих условий: равенство давлений, сохранение массы газа (уравнение неразрывности) и его теплосодержания.

При использовании данного способа рассчитываемый участок разбивается на подучастки с постоянным диаметром. Расчет производится последовательным переходом от одного подучастка к другому по направлению течения газа. Давление и температура газа в конце предыдущего подучастка являются начальными для последующего участка. Такой поэтапный способ расчета является наиболее точным, но достаточно трудоемким.

Во многих случаях процесс расчета сложного трубопровода ускоряется посредством приведения его к фиктивному простому эквивалентному трубопроводу. Простой газопровод будет эквивалентен сложной газопроводной системе, если у него и у системы будут одинаковы все параметры перекачки (расходы, давления в начале и в конце, температуры, теплофизические характеристики перекачиваемого газа), т.е. при различии в геометрических размерах потери на трение в эквивалентном газопроводе будут такими же, как и в сложной системе.

Расчет сложного трубопровода можно заменить расчетом простого, используя понятия эквивалентного диаметра или коэффициента расхода.

Эквивалентным диаметром D_ЭК называется диаметр простого трубопровода, имеющего пропускную способность, равную пропускной способности реального трубопровода при прочих равных условиях.

В этом случае уравнение пропускной способности участка примет вид

, (1)

где р_Н и р_К – абсолютное давление газа в начале и в конце участка, Па;

λ – коэффициент гидравлических сопротивлений;

z – среднее значение коэффициента сжимаемости газа;

Т – средняя температура газа в участке, К;

L – длина участка, м;

Δ – относительная плотность газа.

.

При использовании смешанной системы единиц D в м, Т в К, производительность в млн м³/сут, давление в МПа и длина в км, коэффициент К будет учитывать помимо величин, указанных выше, еще и переходные коэффициенты, и его значение составит 105,087.

Коэффициентом расхода k_p называют отношение пропускной способности реального трубопровода к пропускной способности эталонного трубопровода Q ₀ с произвольно выбранным эталонным диаметром D ₀ при прочих равных условиях:

. (2)

Для случая простого трубопровода

, (3)

где D_i и λ_i – диаметр и коэффициент гидравлического сопротивления простого трубопровода;

D ₀ и λ ₀ – диаметр и коэффициент гидравлического сопротивления эталонного трубопровода.

При квадратичном режиме течения газа, полагая, что шероховатость труб одинакова, имеем

. (4)

В этом случае уравнение пропускной способности участка примет следующий вид:

. (5) Эталонный диаметр принимается, исходя из удобства расчетов. Удобно принимать в качестве эталонного диаметр, доминирующий в сложном трубопроводе, можно использовать D ₀ = 0,7 м или D ₀ = 1,0 м, по отношению к которым имеются таблицы коэффициентов расхода для других диаметров.

Численные значения k_Р для любых D / D ₀ приведены в таблице 1 (D и D ₀ – внутренние диаметры). Если D / D ₀ > 1, то вычисляется величина, обратная k_Р (1/ k_P), по обратному отношению диаметров (D ₀/ D).

2. Зависимости для определения эквивалентного диаметра и коэффициента расхода

2.1. Последовательное соединение

В случае квадратичного режима течения в участке эквивалентный диаметр трубопровода определяется по формуле

, (6)

где l _i и D_i – длина и внутренний диаметр подучастка.

Коэффициент расхода определяется зависимостью

, (7)

где k_Рi – коэффициент расхода подучастка.

2.2. Параллельное соединение

Для случая квадратичного режима течения эквивалентный диаметр трубопровода (при одинаковых длинах всех ветвей) определяется по формуле

. (8)

Коэффициент расхода определяется зависимостью

. (9)