2.1 Уточнений тепловий і гідравлічний розрахунок ділянки газопроводу між двома компресорними станціями

Уточнений тепловий і гідравлічний розрахунок ділянки газопроводу між двома компресорними станціями проводиться з ціллю визначення тиску і температури газу в кінці ділянки, яка розглядається.

Абсолютний тиск в кінці ділянки газопроводу визначається за формулою:

.

(2.24)

В даній рівності обчислюється за формулою (2.14) з врахуванням коефіцієнта динамічної в’язкостіμ при середніх значеннях температури і тиску газу на лінійній ділянці, які визначаються методом послідовних наближень.

Порядок подальшого розрахунку буде наступний:

1. Приймаються в якості першого наближення значення та Z_cp, які знаходяться із попереднього визначення відстані між КС. Значення Т_ср визначається за формулою (2.10).

2. Зформулою (2.24) в першому наближенні визначається значення р_к.

3. За формулою (2.21) визначається середній тиск р_ср.

4. За формулами (2.18) та (2.19) з врахуванням середніх значень тиску і температури визначаємо середній приведений тиск р_пр і температуру Т_пр.

Для розрахунку кінцевого тиску у другому наближенні обчислюються уточнені значення Т_ср, та Z_cp. Для цього, при знаходження Т_ср, будемо використовувати величини середньої питомої теплоємності С_р, коефіцієнта Джоуля-Томсона D_i і коефіцієнта α_і, які обчислюються для значень р_ср і Т_ср першого наближення.

5. Питома теплоємність газу С_р (кДж/(кг*К)) обчислюється за формулою:

   .

   (2.25)

6. Коефіцієнт Джоуля-Томсона D_i (К/МПа) обчислюється за формулою:

   .

   (2.26)

7. Середня температура газу обчислюється за формулою:

,

(2.27)

де α_t – коефіцієнт (1/км), який обчислюється за формулою:

,

(2.28)

K_cp – середній на лінійній дільниці загальний коефіцієнт теплопередачі від газу в навколишнє середовище, Вт/(м²К).

8. Коефіцієнт стиску Z_ср обчислюється за формулою (2.17).

9. Коефіцієнт динамічної в’язкості обчислюється за формулою:

   .

   (2.29)

10. Число Рейнольдса обчислюється за формулою (2.15).

11. Коефіцієнт опору тертя λ_тр і коефіцієнт гідравлічного опору λ обчислюються відповідно за формулами (2.14) та (2.13).

12. Визначаємо кінцевий тиск у другому наближенні за формулою (2.24).

13. Якщо отриманий результат відрізняється від попереднього наближення більш ніж на 1%, то має місце уточнення розрахунків, виконуючи третє наближення, починаючи з пункту 3. Якщо результат задовольняє умови точності розрахунків, то переходимо до наступного пункту.

14. Уточнюємо середній тиск за формулою (2.21).

15. Визначаємо кінцеву температуру газу:

.

(2.30)

На цьому тепловий і гідравлічний розрахунки ділянки газопроводу завершуються.

Значення коефіцієнта теплопередачі К_ср у формулі (2.28) для підземних газопроводів (без теплової ізоляції) необхідно обчислювати за формулою:

,

(2.31)

де

,

(2.32)

λ_гр – коефіцієнт теплопровідності грунту, Вт/(м·К);

D_з – зовнішній діаметр газопроводу;

h₀ – глибина залягання осі газопровода від поверхні грунту, м;

δ_сн – товщина снігового покриву, м;

λ_сн – коефіцієнт теплопровідності снігового покрив, допускається приймати залежності від типу снігу: сніг свіжовипавший λ_сн = 0,1 Вт/(м·К); сніг утоптаний λ_сн = 0,35 Вт/(м·К); сніг таючий λ_сн = 0,64 Вт/(м·К);

α_в – коефіцієнт тепловіддачі від поверхні грунту в атмосферу, Вт/(м²·К):

,

(2.33)

де υ – швидкість вітру, м/с.

Для практичних розрахунків, коефіцієнт теплопровідності грунту λ_гр може бути обчислений за наступними емпіричними формулами:

для піску:

,

(2.34)

для суглинка:

,

(2.35)

для змішаного грунту (пісок, глина, суглинок, супісок, піщаник):

,

(2.36)

де ω_гр – вологість грунту, %;

Т_гр – температура грунту на глибині залягання осі газопроводу, К;

ρ_гр – густина грунту, т/м³.

Розрахункове значення коефіцієнта теплопередачі можна обчислити також за формулою:

,

(2.37)

де D – внутрішній діаметр газопроводу, м;

- базовий коефіцієнт теплопередачі для газопровода діаметром 1 м.

При приблизних розрахунках допускається приймати: для піску Вт/(м²·К); для суглинка Вт/(м²·К); для змішаного грунту Вт/(м²·К).