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:

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