Потери давления газа на КС
| Давление в газопроводе (избыточное), МПа | Потери газа на КС, МПа | ||
| на всасывании ΔPвс | на нагнетании δPвых | ||
| при одноступенчатой очистке | при двухступенчатой очистке | ||
| 5,40 | 0,08 | 0,13 | 0,07 |
| 7,35 | 0,12 | 0,19 | 0,11 |
| 9,81 | 0,13 | 0,21 | 0,13 |
Давление в конце участка газопровода:
, (1.12)
где ΔPвс – потери давления газа на входе КС с учётом потерь давления в подводящих шлейфах и на узле очистки газа.
Коэффициент гидравлического сопротивления λ определяется по формуле:
, (1.13)
где Ег – коэффициент гидравлической эффективности, принимается по результатам расчётов диспетчерской службы в соответствии с отраслевой методикой; при отсутствии этих данных коэффициент гидравлической эффективности принимается равным 0,95, если на газопроводе имеются устройства для периодической очистки внутренней полости трубопроводов, а при отсутствии указанных устройств, принимается равным 0,92.
Коэффициент сопротивления трению для всех режимов течения газа в газопроводе определяется по формуле:
, (1.14)
где кэ – эквивалентная шероховатость труб; для монолитных труб без внутреннего антикоррозионного покрытия принимается равной 3·10-5м; Dвн – внутренний диаметр трубопровода, м; Re – число Рейнольдса, которое определяется по формуле:
, (1.15)
где Q – производительность газопровода, млн.м3/сут; μ – коэффициент динамической вязкости, Па·с.
В первом приближении можно принять квадратичный режим течения газа и λтропределить как:
(1.16)
Коэффициент сжимаемости газа определяется по формуле:
, (1.17)
где значения приведённых давления и температуры при Р=Рср и Т=Тср определяется как
(1.18)
(1.19)
(1.20)
Средненее давление в газопроводе
(1.21)
Вычислив расстояние между КС, определяем требуемое число компрессорных станций:
. (1.22)
После округления найденного числа КС no до целого значения n (как правило, в бо́льшую сторону), уточняем значения расстояния между КС
. (1.23)
Уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями.
Уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями производится с целью определения давления и температуры газа в конце рассматриваемого участка.
Абсолютное давление в конце участка газопровода определяется из формулы расхода:
. (1.24)
В этом уравнении величина λ определяется из формулы (1.14) с учётом коэффициента динамической вязкости μ при средних значениях температуры и давления газа на линейном участке, которые определяются методом последовательных приближений.
Порядок дальнейшего расчёта:
1) Принимается в качестве первого приближения значения λ и Zср, найденные из предварительного определения расстояния между КС. Значение Тср определяется из уравнения (1.10).
2) По формуле (1.24) определяется в первом приближении значение Рк.
3) Определяется среднее давление Рср по формуле (1.21).
4) Из соотношений (1.18) и (1.19) с учётом средних значений давления и температуры определяются средние приведённые давление Рпр и температура Тпр.
Для расчёта конечного давления во втором приближении вычисляются уточнённые значения Тср, λ и Zср. Для определения Тср используется величина средней удельной теплоёмкости Ср, коэффициент Джоуля-Томсона Di и коэффициент at, вычисленные для значений Рср и Тср первого приближения.
5) Удельная теплоёмкость газа Ср (кДж/(кг·К)) определяется:
. (1.25)
6) Коэффициент Джоуля-Томсона Di (К/МПа)
. (1.26)
7) Средняя температура газа рассчитывается по формуле:
. (1.27)
где аt – коэффициент (1/км), рассчитываемый, как
; (1.28)
Кср – средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/(м2·К).
8) Коэффициент сжимаемости Zср находим по формуле (1.17).
9) Коэффициент динамической вязкости рассчитывается:
10) Число Рейнольдса определяем по формуле (1.15).
11) Коэффициент сопротивления трению λтр и коэффициент гидравлического сопротивления λ вычисляют по формулам (1.14) и (1.13).
12) Определяется конечное давление во втором приближении (1.24).
13) Если полученный результат отличается от предыдущего приближения более, чем на 1%, имеет смысл уточнить расчёты, выполняя третье приближение, начиная с шага №3. Если результат удовлетворяет требованиям точности расчётов, переходим к следующему шагу.
14) Уточняется среднее давление по формуле (1.21).
15) Определяется конечная температура газа.
(1.30)
Значение коэффициента теплопередачи Кср в выражении (1.28) для подземных газопроводов (без тепловой изоляции), следует определять по формуле:
, (1.31)
где 
; (1.32)
λгр – коэффициент теплопроводности грунта грунта, Вт/(м·К); Dн – наружный диаметр газопровода, м; hо – глубина заложения оси газопровода от поверхности грунта, м; δсн – толщина снежного покрова, м; λсн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, допускается принимать в зависимости от состояния снега; снег свежевыпавший λсн=0,1Вт/(м·К); снег уплотнённый λсн=0,35Вт/(м·К); снег тающий λсн=0,64Вт/(м·К); ав – коэффициент теплопередачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/(м2·К); ав=6,2+4,2·V; V – скорость ветра, м/с.
Пример
Выполнить расчёт магистрального газопровода, для перекачки Qг=30,7млрд.м3/год протяжённостью L=1210км. По газопроводу транспортируется газ следующего состава:
| Компонент | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | C5H12 | CO2 | N2 |
| Объёмная доля, % | 90,0 | 5,0 | 3,0 | 0,7 | 0,6 | 0,4 | 0,3 |
Средняя температура грунта на глубине заложения оси газопровода составляет То=278°К, средняя температура воздуха Твозд=283°К. Газопровод прокладывается в смешанных грунтах (Кср=1Вт/(м3·К)).
Выбрать рабочее давление, определить количество компрессорных станций и расстояние между ними. Выполнить уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями.
Решение