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 р_н, 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 р_н и р_к.

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 v_i;

- диаметр основного и обводного трубопроводов D_н, м;

- длина основного и обводного трубопроводов l, км;

- начальная и конечная точки врезки обводного трубопровода на трассе, км;

- начальное давление для заданного участка МГП р_нач, 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 d_п, мм;

- изменение параметров работы трубопроводов после восстановительных работ.

Расчетные уравнения:

- молекулярная масса газа:

,

где Mr_i – молекулярная масса газа, i – компонент газа;

v_i - 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.

Mr_{воздуха} = 29;

- критические и приведенные параметры газа:

, ;

, ,

где , - критические параметры i-го компонента газа (приложение);

v_i - объемная доля i-го компонента в газе;

, - рабочие параметры в трубопроводе;

- средняя динамическая вязкость газа:

,

где _i – динамическая вязкость i-го компонента газа, Пас (приложение);

v_i - объемная доля i-го компонента в газе;

* - перевод вязкости  = 10 [Пас];

- средняя теплоемкость газа, :

,

где С_i – теплоемкость i-го компонента газа, (приложение);

- средняя температура газа в трубопроводе:

,

где t_о – температура окружающей среды, С;

t_н – температура входа газа в трубопровод, С;

К – коэффициент теплопередачи, ;

D_вн – внутренний диаметр газопровода, мм;

L – длина участка, км;

_в – относительная плотность по воздуху;

С_ср – 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;

Т_ср – средняя температура газа в газопроводе, К;

Z_ср – средний коэффициент сжимаемости газа в трубопроводе;

L - длина участка, км.

Коэффициент сжимаемости Z_ср 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 q_факт > q_пер, то имеем режим квадратичного трения, при q_факт < q_пер – 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 D_э, l_э – эквивалентные диаметр и длина трубопровода при наличии участков с разными диаметрами, мм, км соответственно;

n – число участков с разными D_i;

- местные сопротивления. При расчетах МГП местные сопротивления учитываются дополнительной эквивалентной длиной, гидравлическое сопротивление которой равно сумме местных сопротивлений:

,

l_{расчет.} = l_{действ.} + ,

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 V_i – геометрический объем отдельной, м³;

р_ср – среднее рабочее давление на участке, кгс/см²;

Т_ср – средняя рабочая температура на участке, К;

Z_ср – 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;

S_с – площадь сечения отверстия, м².

Если , то имеет место докритический режим истечения, скорость истечения меньше местной скорости звука.

Время истечения равно:

;

- коэффициент гидравлической эффективности трубопровода:

.