Гидравлический расчет

Значение коэффициента гидравлического сопротивления  рассчитывается в зависимости от режима движения газа и шероховатости труб по тем же формулам, что и для нефтепровода.

Для гидравлических гладких труб  не зависит от шероховатости внутренней поверхности трубы и рассчитывается по формуле:

=0.067(158/Re)^0.2 = 0.1844/ Re^0.2 (5.89)

При квадратичном режиме течения  не зависит от Re, и является функцией относительной шероховатости:

=0.067(2/d)^0.2 (5.90)

По универсальной формуле ВНИИ газа:

=0.067(158/Re+2/d)^0.2 (5.91)

Значение числа Re для смеси газов:

, (5.92)

где _с – вязкость смеси газов;

_с – плотность смеси газов в условиях трубопровода, кг/м³.

, (5.93)

где _о – плотность смеси газов при Н.У., кг/м³;

Р_ср и Р_о – соответственно среднее давление в трубопроводе и барометрическое, Па;

Т_ср и Т_о – соответственно средняя температура перекачки и температура абсолютного нуля (273.15 К).

Т.к. в газопроводах закон падения давления по длине имеет нелинейный характер, то среднее давление определяется как среднеинтегральное (5.94).

(5.94)

Упрощение: по данным ВНИИ газа для новых труб  = 0.03мм. Тогда из (5.90):

=0.03817/d^0.2. (5.95)

При технических расчетах  (с учетом местных сопротивлений) можно принимать =(1.03-1.05)_ТР. (5.96)

Обычно течение газа происходит при высоких скоростях, когда сопротивление определяется только шероховатостью труб (квадратичная зона). Т.к. шероховатость не зависит от диаметра трубопровода, можно считать, что  зависит только от диаметра газопровода.

Одной из формул типа  = (d), получившей широкое распространение, является формула Веймаута:

=0.009407/ (5.97)

Формула Веймаута (5.97) может использоваться при ориентировочных расчетах диаметра и пропускной способности простого газопровода. В этом случае расчетные формулы имеют вид:

, (5.98)

(5.99)

Из формулы (5.88) можно получить выражение для определения длины L, диаметра d и конечного давления Р₂ при известном начальном Р₁:

. (5.100)

Изменение температуры газа по длине газопровода

(5.101)

где a = kD/GC_р;

Т_о – температура окружающей среды;

Т₁ – начальная температура газа;

L – расстояние до рассматриваемой точки;

D_h – коэффициент Джоуля-Томсона, К/МПа.

Первое слагаемое характеризует внешний теплообмен, второе – изменение температуры газа за счет эффекта Джоуля-Томсона, третье – изменение температуры газа в зависимости от наклона газопровода.

К

Рис.5.9. Изменение давления газа по длине газопровода

ак следует из этого уравнения, за счет эффекта Джоуля-Томсона температура транспортируемого реального газа может быть даже ниже температуры окружающего грунта.

Когда эффект Джоуля-Томсона не учитывается, D_h=0, и считается, что газопровод горизонтальный, Z=0, из этого уравнения непосредственно следует формула Шухова для расчета температуры газа в трубопроводе.

При расчете по формуле Шухова температура газа никогда не может быть ниже температуры грунта.

При отсутствии внешнего теплообмена между газом и грунтом, т.е. в условиях идеальной теплоизоляции газопровода, температура транспортируемого газа изменяется только за счет эффекта Джоуля-Томсона и изменения наклона газопровода.