4. Расчет параметров перекачки газа
Расчет параметров перекачки включает ряд нижеследующих задач.
Задача 1.
При заданных параметрах перекачки газа по МГП определить давление в конце участка во время нормальной эксплуатации трубопровода.
Задача 2.
При наличии обводного трубопровода определить величину рн, если необходимо сохранить заданную производительность и сделать выводы о возможности или невозможности перекачки по данному варианту.
Задача 3.
При наличии обводного трубопровода определить производительность перекачки при сохранении рн и рк.
Задача 4.
Определить объем газа, сбрасываемого из участка трубопровода, подлежащего замене, и время истечения.
Задача 5.
Рассчитать гидравлическую эффективность работы трубопровода после восстановительных работ.
Исходные данные для расчета:
- состав газа, % объемный или объемная доля vi;
- диаметр основного и обводного трубопроводов Dн, м;
- длина основного и обводного трубопроводов l, км;
- начальная и конечная точки врезки обводного трубопровода на трассе, км;
- начальное давление для заданного участка МГП рнач, МПа;
- температура окружающей среды t, С;
- шероховатость стенки , мм;
- коэффициент теплопередачи К, ;
- пропускная способность трубопровода q, млн ;
- отношение D/R для обводного трубопровода;
- коэффициенты надежности n1, k1, k2, m;
- предел прочности стали в, МПа;
- коэффициенты местных сопротивлений ;
- диаметр перепускного патрубка dп, мм;
- изменение параметров работы трубопроводов после восстановительных работ.
Расчетные уравнения:
- молекулярная масса газа:
,
где Mri – молекулярная масса газа, i – компонент газа;
vi - объемная доля i-го компонента газа;
- плотность газа при стандартных условиях:
,
где 293, 273 – температура газа при стандартных и нормальных условиях, К;
22,4 – объем 1 кмоль газа, м3;
- относительная плотность газа по воздуху:
,
где г ст.у., в ст.у. – плотность газа и воздуха при стандартных условиях, кг/м3.
Mrвоздуха = 29;
- критические и приведенные параметры газа:
, ;
, ,
где , - критические параметры i-го компонента газа (приложение);
vi - объемная доля i-го компонента в газе;
, - рабочие параметры в трубопроводе;
- средняя динамическая вязкость газа:
,
где i – динамическая вязкость i-го компонента газа, Пас (приложение);
vi - объемная доля i-го компонента в газе;
* - перевод вязкости = 10 [Пас];
- средняя теплоемкость газа, :
,
где Сi – теплоемкость i-го компонента газа, (приложение);
- средняя температура газа в трубопроводе:
,
где tо – температура окружающей среды, С;
tн – температура входа газа в трубопровод, С;
К – коэффициент теплопередачи, ;
Dвн – внутренний диаметр газопровода, мм;
L – длина участка, км;
в – относительная плотность по воздуху;
Сср – средняя теплоемкость газа, ;
- среднее давление газа в трубопроводе:
;
- пропускная способность трубопровода в смешанной системе размерностей:
, млн м3/сут,
где D – внутренний диаметр, мм;
- давление в начале, конце участка МГП, ;
- коэффициент гидравлических потерь;
в – относительная плотность по воздуху;
Тср – средняя температура газа в газопроводе, К;
Zср – средний коэффициент сжимаемости газа в трубопроводе;
L - длина участка, км.
Коэффициент сжимаемости Zср определяется по графику, представленному на рис. 4.
Рис. 4 – Зависимость коэффициента сжимаемости природного газа
от давления в приведенных условиях
- режим движения потока газа:
,
где D –диаметр трубопровода, мм;
- динамическая вязкость газа, .
Если qфакт > qпер, то имеем режим квадратичного трения, при qфакт < qпер – режим смешанного трения;
- коэффициент гидравлических потерь :
при смешанном трении
,
где Re – критерий Рейнольдса;
- шероховатость стенки трубопровода;
при квадратичном трении
;
- критерий Рейнольдса в смешанной системе размерностей:
,
где q – пропускная способность трубопровода, млн м3/сут;
- эквивалентный диаметр в смешанной системе размерностей:
,
где Dэ, lэ – эквивалентные диаметр и длина трубопровода при наличии участков с разными диаметрами, мм, км соответственно;
n – число участков с разными Di;
- местные сопротивления. При расчетах МГП местные сопротивления учитываются дополнительной эквивалентной длиной, гидравлическое сопротивление которой равно сумме местных сопротивлений:
,
lрасчет. = lдейств. + ,
где i – коэффициент местного сопротивления;
- давление в точке врезки:
;
- толщина стенки трубопровода (СНиП 2.05.06-85):
,
где n – коэффициент надежности по давлению;
R1 – расчетное сопротивление стали
;
m – коэффициент, определяемый категорией участка трубопровода;
k1, k2 – коэффициенты надежности по назначению, по материалу;
- коэффициент гидравлической эффективности:
,
где факт – фактический коэффициент гидравлических потерь, определяемый из уравнения пропускной способности трубопровода;
теор – теоретический коэффициент гидравлических потерь, определяемый по вышеприведенным уравнениям как функция режима движения потока газа в трубопроводе;
- запас газа на участке МГП:
,
где Vi – геометрический объем отдельной, м3;
рср – среднее рабочее давление на участке, кгс/см2;
Тср – средняя рабочая температура на участке, К;
Zср – средний коэффициент сжимаемости газа на заданном участке МГП;
- время истечения.
Если , то режим истечения критический, при котором скорость истечения равна местной скорости звука, р* - абсолютное давление в трубопроводе.
Время снижения давления в трубопроводе объемом газа V от давления р* до давления р1 определяется по уравнению:
,
где k – показатель адиабаты;
T* - температура в трубопроводе, К;
Sс – площадь сечения отверстия, м2.
Если , то имеет место докритический режим истечения, скорость истечения меньше местной скорости звука.
Время истечения равно:
;
- коэффициент гидравлической эффективности трубопровода:
.