Рассмотрим участок газопровода протяженностью lкс, с давлением в начале и конце участка соответственно равными Рн и Рк (рис 4.3).
Рис. 4.3. Расчетная схема газопровода
Если газопровод не имеет сбросов и подкачек, то массовый расход газа в нем неизменен.
распределения давления по длине газопровода
-Среднее давление в газопроводе
Среднее давление газа в газопроводе необходимо для определения его физических характеристик, а также для нахождения количества газа, заключенного в объеме трубопровода.
Поскольку изменение давления по длине газопровода происходит по закону параболы (рис. 4.5), то среднее давление необходимо определять как его среднеинтегральное значение
После интегрирования получим
-Влияние рельефа трассы на пропускную способность г\да. ABC из двух ветвей - восходящей АВ и нисходящей ВС. Нач. и кон.-я высотные отметки (zA = zc). Поскольку давление газа по длине газопровода снижается, то и плотность газа также уменьшается. Поэтому масса газа M1 в участке АВ, больше массы газа М2 на участке ВС.
|
|
Т. о., необходимо учитывать не только нач. и кон.-ю высотные отметки, но и высотные отметки промеж.-х точек трассы.
Влияние рельефа следует учитывать в тех случаях, когда на трассе имеются точки, расположенные выше или ниже нач.-го пункта г\да более чем на 100 м. Расчет в таком случае следует выполнять с учетом слагаемого g•dz в ур.-ии удельной энергии. При этом отметка нач. точки г\да принимается равной нулю (zB= 0). Отметки характерных точек профиля, находящихся выше нач. точки, будут иметь положительные значения, ниже — отрицательные. Рассмотрим некоторые частные случаи расчета негоризонтальных г\дов.
25.Расход газа в г\де. При установившемся реж. работы г\да (без отборов и подкачек) массовый расход г. в любом его сечении остается неизменным, т.е.
где F —площадь живого сечения г\да; р1,w - соответственно плотность и средняя скорость движения г. в рассматриваемом сечении; 1. ..п — индексы соответственно 1-го и n -го произвольных сечений.
Г. явл. сжимаемой средой, с удалением от КС (и соотв.-м падением давления) его плотность уменьшается. Это приводит к возрастанию скорости движения г. Ур.-е баланса удельной энергии м. записать только в диф. форме
В большинстве случаев м. пренебречь силами инерции
и разностью геодезических отметок g • dz.
Ур.-е энергии м. переписать в виде
В случае изотерм. установившегося движения г. воспольз. ур.-м состояния
ур.-м неразрывности
ур.-м Дарси-Вейсбаха
где Т - температура г.; х - продольная координата для произвольного сечения; D – внутр. диаметр г\да.
В рез.-те выражение м. представить в виде
|
|
или
Интегрируя левую часть ур.-я от Рн до Рк, а правую от 0 до lкс и освобождаясь от минуса, получим
где Рн, Рк - соответственно давление в нач. и конце участка г\да; 1КС - длина линейного участка г\да м\ду КС.
Параметры Рейнольдса определяют по формуле
где Q,G — соотв.-нно объемная и массовая произв.-ть г\да.
движении г. вел.-на параметра Re, а след.-но, и значение коэф.-та гидравл. сопр.-я λпо длине г\да остаются практически неизменными. Например,
Если известны давления в нач. и конце участка г\да, ур.-е м. решить относит. массового расхода газа
где ρ ст - плотность г. при станд. условиях; ZCT – коэф. сжимаемости г. при станд. условиях, ZCT=1
-Температурный режим в г\де При стационарном изотермич. движении г. массовый расход в г\де составляет
Фактически движение г. в г\де всегда явл.-ся неизотермическим. В процессе компримирования г. нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в т\д г. составляет порядка 20...40 °С, что существенно выше температуры окруж. среды (Т0). Практически температура г. становится близкой к температуре окруж.-ей среды лишь у г\дов малого диаметра (Dу < 500 мм) на удалении 20...40 км от КС, а для г\дов большего диаметра всегда выше Т0. Кроме того, следует учесть, что транспортируемый по т\ду г. явл.-ся реальным газом, которому присущ эффект Джоуля — Томсона, учит.-ий поглощение тепла при расширении г.
При изменении температуры по длине г\да движение г. описывается системой уравнений:
1)удельной энергии
2)неразрывности
3)состояния
4)теплового баланса
Рассмотрим в первом приближении ур.-ие теплового баланса без учета эффекта Джоуля — Томсона. Разделяя переменные и интегрируя ур.-ие теплового баланса получим:
(1)
где аt — расчетный коэф.-т
Кср - средний на участке полный коэф. теплопередачи от г. в окруж. среду.
Величина произведения аt • lKC безразмерна и наз.-ся числом Шухова
Решая ур.-ие относит. температуры г. в конце г\да, получим
Рассмотрим влияние изменения температуры г. на производ.-ть г\да
Умножив обе части ур.-ия удельной энергии на ρГ2 и заменив величину dh на формулу Дарси—Вейсбаха
получим
Выразим плотность г. в левой части выражения из ур.-ия состояния
произведение рг • w из урав-я неразр..-ти
dх. из уравнения теплового баланса
ур.-е удельной энергии принимает вид
Обозначив
и интегрируя левую часть ур.-ия от PH до PK а правую от TH до ТK, получим
Произведя интегрирование в указанных пределах, получим
где φH— поправочный коэф., учит.-щий изменение температуры по длине г\да (неизотермичность газового потока),
зависимость для опред.-ия массового расхода газа примет вид
Значение φн всегда больше единицы, следовательно, массовый расход г. при изменении температуры по длине г\да всегда меньше, чем при изотермическом режиме. Произведение Т0 • фн называется среднеинтегр.-ой температурой г. в г\де.
С учетом эффекта Джоуля — Томсона закон изменения температуры по длине г\да принимает вид
где РСР — среднее давление на участке г\да; Di — коэф. Джоуля— Томсона.
Средняя температура г. ТСР на участке г\да определяется по формуле
значение коэф.-та теплопередачи при подземной прокладке г\да:
где D - внутренний диаметр г\да, м; К — базовый коэф.-нт теплопередачи для г\да диаметром 1 м.
26.Оценка эффектив.-сти перемычек. Системы маг. транспорта г. сооружаются многониточными, что позволяет сделать их работу более надежной.
Рассмотрим участок многониточного г\да длиной l, состоящий из п труб диаметром D
Ф.-ла в случ. аварии на г\де
Пусть на участке длиной l 1газ перекачивается по всем п «ниткам», а на остальной длине перегона - по (п—р) «ниткам». Определим изменение производительности системы в этом случае.
Находим D эквив.-ти длиной в l.
|
|
при
Диаметр газопровода, эквивалентного всей системе
где l- - относительная длина участка с n работающими нитками»
Расход г. до и после аварии
Чем чаще установлены перемычки, тем в меньшей степени пострадает производительность многониточного г\да при отказах нар «нитках».
27.Основные этапы технологического расчета магистрального газопровода Целью режимно-технол.-го расчета газопровода явл.-ся решение след.-х задач: определение диаметра гп\ровода; опред.-е необх.-го кол.-ва компрессорных станций и расстановка их по трассе г\провода; расчет режимов работы КС; уточненный гидравлический и тепловой расчет линейных участков и режимов работы и промежуточных КС до конечного пункта г\провода.
Для выполнения технол.-го расчета г\да необ-ходимы след.-е исходные данные: компонентный состав транспор-тируемого природного газа; годовая производительность газопровода Qp млрд м3/год; протяженность г\провода L и условия прокладки, профиль; трассы, климатические и теплофизические данные по ней
Определение диаметра газопровода и числа компрессорных станций Расчет выполняется в следующем порядке.
1) Опред. основные физ. свойства г.: плотность г. при станд.-х условиях рСТ; относит. плотность г. по воздуху ∆; молярная масса газа МГ; псевдокритические температура ТПК и давление Рпк; газовая постоянная R.
2) В соотв.-ии с табл. прин.-ся ориентировочное значение диаметра г\да. В настоящее время маг.-е г\ды проектируются на раб. давление Р = 7,5 МПа. Проектирование г\дов на раб. давление Р = 5,6 МПа производится только для случаев соединения проектир.-х г\дов с системой существующих г\дов такого же раб. давления.
3) Рассчитывается оценочная пропускная способность г\да (коммерческий расход, млн м3/сут)
где оценочный коэф. пропускной способности г\да; кю – коэф.-т расчетной обеспеченности потребителей, кт — 0,95; кЭТ – коэф. учета экстремальных температур, кэт= 0,98; кнд - оценочный коэф. надежности г\да, завис.-й от длины и диаметра г\да.
4)Выбир.-ся тип ЦН и привода. Опред. номин. давления всасыв. и нагнетания.
|
|
5)Вычисляется толщина стенки δ о г\да. Коэф. надеж.-ти по нагрузке приним.-ся равным np =1,1. Вычисл.-е знач.-е δ о округляется в большую сторону до стандартной величины δиз рассм.-го сортамента труб, после чего опред.-ся значение внут.-его диаметра D.
6)Опред.-ся давления в начале и в конце линейного участка г\да
7)Рассчитывается среднее давление в линейном участке г\да.
8)Для расчета расстояния м\у КС задаемся в первом приближении ориентир.-ым знач.-ем сред. температуры на линейном участке
где Тн — нач.-я температура на входе в лин.-ый уч.-ок. В первом приближении можно принять Тн = 293...303 К (20...30 °С); То -температура окруж. среды на уровне оси г\да.
9)При Р = Рср и Т = Тср рассчитываются приведенные температура Тпр и Рпр.
10)Опред.-ся коэф. сжимаемости Zcp.
11)Полагая в первом приближении режим течения газа квадратичным, рассчит.-ся коэф. гидравл.-го сопротивления λ тр и λ.
12)Определяется среднее ориентировочное расстояние между КС
13)Опред.-ся число КС
кот. округляется до целого пкс (как правило, вбольшую сторону).
14) Уточняется расстояние м\ду КС
На этом первый этап техн.-ого расчета г\да завершается.
Уточненный тепловой и гидравл. расчет участка г\да м\ду двумяКС Абсолютное давление в конце участка г\да опред.-ся из формулы расхода
В этом ур.-ии величина λ рассч.-тся с учетом коэф. динамической вязкости (лГ при средних значениях температуры и давления.
Уточн.-й расчет участка г\да выполняется в следующем порядке:
1)принимаются в качестве первого приближения значения λ и Zcp и Тср из предварительных вычислений;
2)определяется по формуле (4.122) первое приближение величины Р к;
3)по известным значениям Рн и Рк) опред.-ся уточненное сред. давление Рср;
4)по формуле (4.11) определяются средние приведенные давление РПр и температура Тпр;
5)для расчета конечного давления во втором приближении вычисляется уточненное значение Тср: для этого используют величины средней удельной теплоемкости Ср, коэф.-та Джоуля-Томсона Di и коэф.-та at.
где Кср- средний на уч.-ке общий коэф. теплопередачи от г. в окруж. среду
6)во втором приближении при Р = Рср иТ= ТСР вычисл.-тся Рпр,Тпр, µ и ZCp.;
7)опред.-ся значения Re, λт р и λ;
8)определяется конеч. давление Рк во втором приближении;
9)Если полученный результат отличается от предыдущего приближения более чем на 1 %, имеет смысл уточнить расчеты, выполняя 3-е приближение, нач. с п.3, а если рез.-т удовл.-ет требованиям точности расчетов, переходим к след.-му пункту;
10)уточняется среднее давление РСР;
11)при х=lкс опред/-ся температура г Тк в конце линейного участка.
Расчет режима работы КС Исход. данными для расчета режима работы КС явл.:давление и температура г. на входе в КС (равные уточн.-м знач. давления и температуры в конце линейного участка);
- температура окруж.-го воздуха Тюзд;
- физич.-ие свойства г. (рст, Рпк, Тпк,R).
По паспортным данным ЦН необх. знать: Q – номин. производ.-ть ЦН при станд. условиях; номин. мощность ГПА; номин.-ую частоту вращения вала ЦН; диапазон возможных частот вращения ротора ЦН; привед.-ую характ.-ку ЦН.
Порядок расчета:
1)опред.-м давление Рк и темпер.-ру Тк г. на входе в ЦН; 2) опред.-ся плотность рвс и коэф.-нт сжим.-ти г. ZK при условиях всасывания; 3)определяется требуемое кол.-во нагнетателей mm = QKC/QH, которое округляется до целого значения; 4)рассч.-тся производ.-сть нагнетателя при условиях всасывания; 5)задаваясь номин.-м значением давления нагнетания Рнаг вычисляется требуемая степень повыш. давления ε; 6)с помощью построенной линии расчетных режимов опред.-ся значения Qnp, ηпол и [Ni/ρВС]ПС; 7) вычисляется фактическая частота вращения ротора
кот.-я должна удовлетворять условию
8)вычисляется внут.-я мощность Ni, потребляемая ЦН; 9)рассчит.-ся мощность на муфте привода Ne; 10)вычисляется располагаемая мощность ГПА
где NeH — номинальная мощность ГПА; kN — коэф.-т тех.-го состояния по мощности; к0БЛ — коэф.-нт, учит.-ий влияние системы противообледенения (при отключенной системе кОБЛ= 1); ку -коэф.-нт, учит.-й влияние системы утилизации тепла; kt — коэф.-нт, учитывающий влияние атмосферного воздуха на мощность ГПА; Твозд, Твоздн- соответственно фактич.-я и номинальная температура воздуха, К.
Знач.-я NeH, кN, к0БЛ, ку, кt Тюздн прин.-ся по справочным данным о ГПА.
11) производится сравнение Ne и Nep, при этом должно выпол.-ся учловие
(при несоблюдении увел.-ть число тЦН на единицу и повторить расчет режима работы КС нач. с п.4); 12)определяется температура газа на выходе из ЦН
где к– показ.-ль адиабаты пр. г. к= 1,31.
Далее послед.-но рассчит.-ся линейные участки и режимы работы остальных КС.
28.Определение расхода и эквивалентного диаметра при послед. случае соединения участков. Однониточный газопровод с участками различного диаметра
Рассмотрим однониточный г\д с участками различн. диаметра с постоянным линейным коммерческим расходом Q.
Воспользуемся формулой для опред. пропускной способности простого г\да
Для каждого из участков сложного г\да можем записать
Выразим из полученных равенств разности квадратов давлений, имея в виду, что Q1 = Q2 =... = Qn = Q
Проведя почленное сложение данных выражений в предположении получаем
Для эквивалентного г\да выражение имеет вид
Т. как левые части и равны, то, следовательно, равны и правые. После сокращения одинаковых сомножителей получ. ур.-е связи параметров эквивалентного и реального г\дов
При квадратичном режиме в соответствии с величина λi обратно пропорциональна Di0,2. Следовательно, можем переписать в виде
В соотношении сразу 2 неизвестные величины: lэ и Dэ.
Задаваясь одной из них, например l э = ∑ li легко найти вторую.