Гулина, Тян, ред_верстка

С.А. ГУЛИНА В.К. ТЯН

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

МАГИСТРАЛЬНОГО

ГАЗОПРОВОДА

Учебноепособие

Самара Самарский государственный технический университет

2015

0

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Трубопроводный транспорт»

С.А. ГУЛИНА В.К. ТЯН

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

МАГИСТРАЛЬНОГО

ГАЗОПРОВОДА

Учебноепособие

Самара Самарский государственный технический университет

2015

1

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГТУ

УДК 662.9(075.8)

ББК 39.76я73

Г 94

Гулина С.А.

Г 94Проектирование магистрального газопровода: учебное пособие/

С.А. Гулина, В.К.Тян.– Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. – 105 с.

Рассмотрены вопросы проектирования линейного участка магистрального газопровода под конкретные условия эксплуатации. Изложена методика гидравлического, теплового и прочностного расчетов линейного участка газопровода. На основе экономического обоснования проводится выбор технологической схемы компрессорного цеха и рассчитываются режимные параметры его оборудования.Предлагаемый материал необходим при выполнении курсового и дипломного проектирования студентам, обучающимся по очной, заочной и дистанционной формам понаправлению 131000.62 «Нефтегазовое дело»(бакалавры и магистры), а также может быть использован при обучении специалистов на курсах повышения квалификации.

Рецензент канд.техн. наук А.А.Гашенко

УДК 662.9(075.8)

ББК 39.76я73

Г 94

©С.А.Гулина, В.К.Тян,2015 © Самарский государственный

технический университет, 2015

2

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Т	К	температура
Р	Па	давление
h	Дж/кг	удельная энтальпия
S	Дж/кгК	энтропия
G	кг/с	массовый расход
R	Дж/кгK	газовая постоянная
Ср	Дж/кгK	удельная массовая теплоемкость
Di	K/МПа	коэффициента Джоуля-Томсона
Z	–	коэффициент сжимаемости
k	–	показатель изоэнтропы (адиабаты)
n	–	показатель политропы
v	м3/кг	удельный объѐм
ρ	кг/м3	плотность
πКЦ	–	степень повышения давления
QК	млнм3/сут.	коммерческая производительность МГ
σК	МПа	кольцевые напряжения
σ1	МПа	продольные напряжения
	–	коэффициент поперечной деформации
		(коэффициент Пуассона)
Е0	МПа	модуль упругости
N	Вт	мощность
n	об/с	частота вращения
v	м2/с	кинематическая вязкость
α	Вт/м·К	коэффициент теплоотдачи
λ	Вт/м·К	коэффициент теплопроводности
ki	Вт/м2·К	коэффициент теплопередачи

3

	–	изоэнтропический (адиабатный) коэффициент
s		полезного действия
ТПР	–	приведенная температура
РПР	–	приведенное давление
F	м2	площадь
D	м	диаметр
t	м	толщина стенки трубопровода
		СОКРАЩЕНИЯ

ГПА – газоперекачивающий агрегат; ГТД – газотурбинный двигатель; ГТУ – газотурбинная установка; МГ – магистральный трубопровод

КПД – коэффициент полезного действия; КЦ – компрессорный цех; ПГ – природный газ; СТ – свободная турбина;

ЦБН – центробежныйнагнетатель.

4

ВВЕДЕНИЕ

Газовая промышленность России является крупной энергетической отраслью промышленности. Производственная основа газовой промышленности – единая система газоснабжения (ЕСГ). ЕСГ выполняет функцию извлечения углеводородов из недр и передачу их в товарном виде потребителям. Система магистральных газопроводовпредставляет собой большую, сложную, непрерывно развивающуюся техническую систему, предназначенную для транспортирования природного газа от источников к потребителям.Она связывает около 300 газовых промыслов с более чем 1500 крупными потребителями газа. По этой системе транспортируется более 500 млрд м3 газа в год.В 2010 г. протяженность магистральных газопроводов составляла более 120 тыс. км, из них 60 тыс. км – газопроводы диаметром 1420 мм (средний диаметр около 1200 мм). Мощность парка газоперекачивающих агрегатов (ГПА) достигала 40 млн кВт.

При проектировании газопровода необходимо учитывать, что он находится в режимно-технологической взаимосвязи с объектами единой системы газоснабжения (газовые месторождения, другие газопроводы, подземные хранилища газа (ПХГ), компрессорные станции (КС) и т.п.). Обеспечение бесперебойным газоснабжением потребителей – вот главный технологический критерий проектирования газопроводов.Проектирование магистрального газопровода (МГ) производится с учетом схем развития и размещения газовых месторождений, схем размещения производственных сил по экономическим районам и в соответствии с технико-экономическим обоснованием, подтверждающим экономическую целесообразность и необходимость строительство газопровода. Необходимо учитывать перспективы развития зоны газопотребления и снабжения для размещения головных, линейных и конечных компрессорных станций по трассе газопровода.

На практике проектирование трубопровода делится на два этапа: технический проект и рабочие чертежи.На этапе технического проек-

5

та производятся все необходимые изыскания и изучение геологических запасов газа, принимаются основные технические решения по проектируемым объектам (на основе гидравлического, теплового, прочностного расчетов, выбор наиболее выгодных параметров трубопровода и число компрессорных станций), определяется общая стоимость строительства и технико-экономические показатели, рассматриваются вопросы социально-бытовой сферы, плана строительства, календарных сроков и очередности пуска объектов магистрального газопровода.

Встрогом соответствии с утвержденным техническим проектом разрабатываются чертежи трассы и объектов транспорта газа.

По рекомендациям [11] при проектировании магистрального газопровода должны определяться его системная надежность, отражающая влияние проектируемого газопровода на надежность ЕСГ.Надежность проектируемого магистрального газопровода достигается сооружением межниточных перемычек на линейной части газопроводов,прокладки параллельных ниток и лупингов на особо ответственных участках трассы (переходы через водные преграды, горные участки) и др.

Вданном учебном пособии рассмотрены этапы определения основных параметров магистрального газопровода под конкретные условия эксплуатации, с учетом опыта проектирования уже действующих МГ.

6

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Исходнымиданными для проектного расчета магистрального газопровода являются:

1)состав технологического газа, который зависит от газового месторождения;

2)необходимая производительность магистрального газопровода QК, млн м3/сут.;

3)рабочее даление в трубопроводе, определяемое прочностью

материала трубы, РН, кПа.

В прил. 1 в табл.П1.2 – 5 приведены составы и характеристики природных газов различных месторождений природного газа. В данной работе выполняютсягидравлический,тепловой и прочностнойрасчеты линейного участка газопровода, находящегося между компрессорными цехами (КЦ).Проводитсявыбор технологической схемы КЦи основного оборудования КЦс экономическим обоснованием, рассчитываютсярежимы работы газоперекачивающего агрегата (ГПА).При выполнении соответствующих расчетовпоказатели, характеризующие физические свойства природного газа, следует определять по ГОСТ 30319.0-96иГОСТ 30319.3-96. Для эксплуатируемых магистральных газопроводов исходные данные для расчетов следует определять исходя из фактических условий работы МГ.

1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА

Пропускной способностью газопровода Q, млнм3/сут., называется количество газа, которое может быть передано по газопроводу при стационарном режиме, максимальном использовании располагаемой мощности газоперекачивающих агрегатов(ГПА) и заданных расчетных параметрах в начале и в конце газопровода, рабочем давлении по трассе, гидравлической эффективности, температуре окружающего воздуха и грунта, температуре охлаждения газа и т.п.

7

Следует различать оценочную и проектную пропускную способность магистральных газопроводов. Оценочной пропускной способностью магистрального газопровода называется ориентировочное значение пропускной способности, определяемое в начальной стадии проектирования газопровода для последующего расчета возможных технологических вариантов транспорта газа.Проектной пропускной способностью магистрального газопровода называется пропускная способность, соответствующая оптимальному технологическому варианту.

Коммерческой производительностью магистрального газопровода, QК (млрд м3/г., млрд м3/кварт., млрд м3/мес.), называется количество транспортируемого по газопроводу газа, определенного при условии Т = 293,15 К иР = 0,1013 МПа. Пропускная способность для каждого из расчетных периодов Qкi определяется на основе гидравлических расчетов при средних для периода заданных расчетных параметрах.Производительность магистрального газопровода QК вычисляют по формуле

			n
Q	К	Н	(Q	t	) 10 3 ,
к			Кi	i
			i 1

гдеQкi–коммерческая производительность газопровода магистрального газопровода (в расчетный период при 293,15 К и 0,1013 МПа);ti – продолжительность рассматриваемого периода (год, квартал, месяц); Kи – коэффициент использования пропускной способности. Для про-

	n
ектируемого газопровода величина	(QКi ti ) 10 3 задана за суточный
	i 1

период (см. прил. 1).

Коэффициент использования пропускной способности Kи вычисляют по рекомендациям [11] формуле

Kи = Kро·Kэт·Kнд,

гдеKро– коэффициент расчетной обеспеченности газоснабжения потребителей. Он учитывает необходимость увеличения пропускной способности газопроводапри увеличениипотребления газа, т. е.для обеспечения дополнительных поставокобъемов газа потребите-

8

лям.Повышенный спрос на газ может быть обусловлен похолоданиями в течение отопительного сезона (понижением температуры атмосферного воздуха относительно среднемесячных многолетних значений), а также возможным опережением потребности народного хозяйства в газе по сравнению с прогнозом. Следует принимать Kро = 0,95;

Kэт– коэффициент экстремальных температур, определяет необходимость компенсации снижения пропускной способности газопровода, связанного с влиянием высоких температур окружающей среды. Следует принимать Kэт = 0,98 – для газопроводов протяженностью более 1000 км, Kэт = 1,0 – для газопроводов менее 1000 км;

Kнд– коэффициент надежности газопровода. Он определяет необходимость компенсации снижения производительности газопровода из-за вынужденных простоев и ремонтно-технического обслуживания. Значения коэффициентапринимается в соответствии с рекомендациями [9] по табл. П1.8. При определении Kнд необходимо учитывать полную протяженность газопровода, даже в том случае, если проектируется его отдельный участок.

При необходимости, если есть отводы на проектируемом линейном участке газопровода, пропускная способность отводаqc, млн м3/сут., определяется как

qc	24Qч	10 6	,
	К Н

где Qч– расчетное часовое потребление газа, м3/ч, определяемое по совмещенному графику газопотребления всеми потребителями, расположенными за рассчитываемым линейным участком.

Коэффициент использования пропускной способности для отводов следует определять по формуле

Kи = Kро·Kнд.

При этом следует приниматьКро = 0,95, Кнд = 0,99.

9