Расчет параметров газа, определение режима течения газа

Для определения расчетных параметров газа необходимо провести следующие расчеты:

1.Определить средние параметры газа, используя расчетные параметры смеси газа и следующие зависимости:

Молекулярная масса

(4.1)

Газовая постоянная

(4.2)

где Дж / (кг ∙ град) - универсальная газовая постоянная

- относительная плотность по сравнению с воздухом

- динамическая вязкость смеси

- средняя плотность смеси

- кинетическая вязкость

- средняя критическая температура

- среднее критическое давление

2.Средния температура газа Т_ср для труб d=1020 мм и выше определяется с учетом эффекта Джоуля – Томпсона.

(4.3)

(4.4)

где: Т_ср – температура грунта на глубине заложения газопровода, К;

a – параметр Шухова;

Т_н – температура газа в начале расчетного участка газопровода, К;

L – длина расчетного участка, км;

e – основание натурального логарифма, равное 2,718;

С_р – удельная теплоемкость газа, Дж/К;

D_кс – средний для расчетного газопровода коэффициент Джоуля – Томпсона, К/МПа;

k – коэффициент теплоотдачи от газа в грунт, Вт/м²;

D_н – наружный диаметр, мм;

Р_ср – среднее давление в газопроводе, МПа;

Р_н и Р_к – давление в начале и в конце трубопровода, МПа;

Q – объемная производительность трубопровода, млн.м³/сутки.

3.Среднее давление в газопроводе:

(4.5)

4.Коэффициент сжимаемости газа z определяется в зависимости от приведенных параметров Р_пр, Т_пр по графикам:

(4.6)

(4.7)

или по формуле

(4.8)

где: Т_ср и Р_ср – средние температура и давление газа;

Т_кр и Р_кр – средние критические температура и давление газа.

Природа гидравлического сопротивления для газа и капельной жидкости одна и та же. Поэтому нет принципиальных различий между формулами, определяющими коэффициент гидравлического сопротивления для газопроводов и нефтепроводов. Однако при расчете магистральных газопроводов обычно пользуются специальными формулами. Число таких формул велико, и порой трудно решить, какой из них следует отдать предпочтение. После появления универсальных формул , учитывающих как число Рейнольдса, так и относительную шероховатость труб (k/D), стали пользоваться формулой

(4.9)

При режиме гладкого трения, когда ,

(4.10)

При квадратичном режиме, когда

(4.11)

В частном случае, когда k = 0,03 мм, λ определяют по формуле

(4.12)

Квадратичный режим движения газа – обычный для магистральных нефтепроводов. Режим смешанного трения бывает при неполной загрузке газопровода. Режим гладкого трения характерен для распределительных газопроводов в населенных пунктах.

Переход от режима смешанного трения к квадратичному происходит при числе Рейнольдса, рассчитываемому по формуле:

(4.13)

Если Re>Re_пер, то режим квадратичный.

Число Рейнольдса удобно представить в следует представить в следующем виде:

(4.14)

выразив Q в млн.м³/сутки, D – в мм и μ – в Па·с

(4.15)

Из формул (4.14 и 4.15) можно получить выражения для расхода соответствующего Re_пер:

(4.16)

Режим считается квадратичным, если Q > Q_пер.

Определение расстояния между КС:

· для квадратичного режима:

(4.17)

где: φ – коэффициент, учитывающий наличие в газопроводе подкладных колец ( при отсутствии подкладных колец φ=1, при расстоянии между подкладными кольцами 12 м φ= 0,975 и при расстоянии между подкладными кольцами 6 м φ=0,95);

Е – коэффициент учитывающий состояние внутренней поверхности труб (Е = 0,9÷1,1);

· для переходного режима:

(4.18)

Для новых труб α, φ, Е =1.

Зная расчетное расстояние между КС, определяют их число по формуле:

(4.19)

полученное число станций (при необходимости) округляют до целого числа n и определяют фактическое расстояние l_Ф между КС:

(4.20)

Расчет параметров КС и ГМК

Потребляемую мощность и производительность ГПА определяют по загрузочным характеристикам, при их отсутствии – расчетным путем.

Объемная производительность (м³/мин).

(4.21)

где: V_h – рабочий объем цилиндра;

n – частота вращения компрессора;

λ_г – коэффициент герметичности, равный 0,977;

λ_т – коэффициент температуры, равный 0,95÷0,98;

z_н, z_к – коэффициенты сжимаемости газа при условиях соответственно на входе и выходе компрессора;

α_c – суммарный относительный объем мертвого пространства

Рабочий объем цилиндра (м³) для компрессора:

Одинарного действия:

(4.22)

Двойного действия:

(4.23)

где: i – число цилиндров компрессора;

D – диаметр компрессорного цилиндра;

d_ш – диаметр штока компрессорного цилиндра;

S – ход поршня компрессорного цилиндра.

Потребляемая мощность (ВТ) поршневого ГПА.

(4.24)

где: C_инд – коэффициент потери индикаторной мощности за счет гидравлического сопротивления;

η_мех – механический КПД компрессора, равный 0,9÷0,95;

Р_вх – давление на входе;

n – частота вращения вала;

к – показатель адиабаты.

Потребляемая мощность N_e должна находиться в пределах располагаемой мощности N_e^p

Располагаемую мощность газомоторного привода поршневого ГПА в зависимости от условий работы определяют по формуле

(4.25)

где: P_S – парциальное давление водяных паров, зависящих от относительной влажности и температуры воздуха на входе двигателя;

Значение не должно превышать значение при получении большого значения принимаем .