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 ΔP_вс – 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 Е_г – 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 к_э – эквивалентная шероховатость труб; для монолитных труб без внутреннего антикоррозионного покрытия принимается равной 3·10^-5м; D_вн – 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 λ_тропределить как:

(1.16)

Коэффициент сжимаемости газа определяется по формуле:

, (1.17)

где значения приведённых давления и температуры при Р=Р_ср и Т=Т_ср 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 n_o 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 Z_ср, найденные из предварительного определения расстояния между КС. Значение Т_ср определяется из уравнения (1.10).

2) По формуле (1.24) определяется в первом приближении значение Р_к.

3) Определяется среднее давление Р_ср по формуле (1.21).

4) Из соотношений (1.18) и (1.19) с учётом средних значений давления и температуры определяются средние приведённые давление Р_пр и температура Т_пр.

Для расчёта конечного давления во втором приближении вычисляются уточнённые значения Т_ср, λ и Z_ср. Для определения Т_ср используется величина средней удельной теплоёмкости С_р, коэффициент Джоуля-Томсона D_i и коэффициент a_t, вычисленные для значений Р_ср и Т_ср первого приближения.

5) Удельная теплоёмкость газа С_р (кДж/(кг·К)) определяется:

. (1.25)

6) Коэффициент Джоуля-Томсона D_i (К/МПа)

. (1.26)

7) Средняя температура газа рассчитывается по формуле:

. (1.27)

где а_t – коэффициент (1/км), рассчитываемый, как

; (1.28)

К_ср – средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/(м²·К).

8) Коэффициент сжимаемости Z_ср находим по формуле (1.17).

9) Коэффициент динамической вязкости рассчитывается:

10) Число Рейнольдса определяем по формуле (1.15).

11) Коэффициент сопротивления трению λ_тр 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 К_ср в выражении (1.28) для подземных газопроводов (без тепловой изоляции), следует определять по формуле:

, (1.31)

где ; (1.32)

λ_гр – коэффициент теплопроводности грунта грунта, Вт/(м·К); D_н – наружный диаметр газопровода, м; h_о – глубина заложения оси газопровода от поверхности грунта, м; δ_сн – толщина снежного покрова, м; λ_сн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, допускается принимать в зависимости от состояния снега; снег свежевыпавший λ_сн=0,1Вт/(м·К); снег уплотнённый λ_сн=0,35Вт/(м·К); снег тающий λ_сн=0,64Вт/(м·К); а_в – коэффициент теплопередачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/(м²·К); а_в=6,2+4,2·V; V – скорость ветра, м/с.

Пример

Выполнить расчёт магистрального газопровода, для перекачки Q_г=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 Т_о=278°К, средняя температура воздуха Т_возд=283°К. Газопровод прокладывается в смешанных грунтах (К_ср=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