Магистральды газ құбырының технологиялық есебі

Магистральды газ құбырының технологиялық есебінің алғышарттарына жылына айдалатын Q _жыл газдың стандарттық көлемі, құбыр трассасының ұзындығы L _тр, айдалатын газ қоспасының физиккалық–химиялық қасиеттері, трассаның бастапқы және соңғы нивелирлік биіктіктерінің айырмасы Δ z, қоршаған ортаның температурасы, ұсынылатын компрессор агрегаттарының жұмыстық сипаттамалары, газ құбыры мен компрессор стансаларының қаржылық параметрлері. Осындай алғышарттарды біле отырып, компрессор стансаларының (КС) санын, олардың орналасу жерлерін, құбырдың ішкі және сыртқы диаметрлерін білуге болады.

Магистральды газ құбырындағы КС санын табу үшін ең алдымен газдың тәуліктік коммерциялық шығынын газ құбырының Q _жыл жылдық өткізу қабілеті арқылы табады:

, (1.24)

мұндағы k _и= k ₁ k ₂ k ₃– газөткізгіштің өткізу қабілетін бағалау коэффициенті, k ₁– көтеріңкі газ сұраныс коэффициенті (k ₁=0,95), k ₂– төтенше температура коэффициенті (k ₂=0,98), k ₃– магистральды газөткізгіштің сенімділік коэффициенті (ол газ құбырының ұзындығы мен диаметріне, компрессор стансаларының қондырғыларына байланысты табылады).

Магистральды газ құбырының гидравликалық есептеулерінде практикалық есептеу формулалары қолданылады, бұл формулаларда өлшем бірліктер СИ жүйесінен басқа. Мысалы газдың тәуліктік коммерциялық шығынының өлшем бірлігі [ Q _т]= млн.м³/тәулік ретінде алынады.

Тәуліктік коммерциялық шығынның өтпелі (аумалы) мәні:

, (1.25)

немесе құбырдың ішкі бетінің кедір–бұдырлығының k _э = 0,03мм мәні үшін:

, (1.26)

Бұл жердегі өлшем бірліктер [ D ]= [ k _э] =мм, [ μ ] =Па∙с, [ Q _а]= млн.м³/тәулік болады.

Сонда компрессор стансаларының аралығы мынадай формуламен табылады:

, (1.27)

Мұндағы

егер Q _т <Q _а болса (ағын 2 аумақта), (1.28)

егер Q _т ≥ Q _а (ағын 3 аумақта). (1.29)

Өлшем бірліктер [ D ]= мм, [ L ] =км, [ Q _т] = [ Q _а] = млн.м³ / тәулік.

φ–коэффициенті газ құбырларындағы құдықтарға қойылатын төселімнің әсерін ескереді (төселім жоқ болса φ=1, ұзындығы 12м құбыр үшін φ=0,975, 6м құбыр үшін φ=0,95). Е –коэффициенті құбырдың ішкі бетінің нақты жағдайын сипаттайды және экспериментік әдіспен табылады.

Егер ағын 2 аумақта жүрсе, онда жергілікті кедергілерді ескеретін үйкелістен болатын λ гидравликалық кедергі коэффициентін табу керек. Ол үшін алдымен 2 аумақтағы үйкелістен болатын гидравликалық кедергі коэффициенті есептеледі: . Сонда λ =(1,02÷1,05)·λ_тр. Әдетте λ =1,035·λ_тр, k _э = 0,03мм деп алатындықтан, λ гидравликалық кедергі коэффициентін табу үшін мынадай өрнекті қолдануға болады (1,035·0,067≈0,0693):

. (1.30)

Практикалық есептеулер үшін Рейнольдс саны былайша анықталады:

. (1.31)

(1.27) формуламен КС аралық ұзындығын тапқандағы р _н қысым КС – ның шығысындағы, немесе аралықтың басындағы қысым, ал р _к – КС – ның кірісіндегі, немесе аралықтың соңындағы газдың қысымы. Олар таңдалып алынған компрессор агрегаттарының сипаттамалары арқылы есептеледі.

Газ құбырының бойындағы аралық компрессор стансаларының есептік саны:

. (1.32)

мұндағы L _п – газ құбырының соңғы аралығының ұзындығы (соңғы аралықта КС жоқ), ол әртүрлі әдістермен анықталады. Егер бізге соңғы аралықтың газ жинақтау қабілеті ең үлкен болуы керек болса, онда соңғы аралықтың ұзындығы мынадай өрнектен табылуы кажет:

, (1.33)

бұл жерде р _{н max} және р _{к min} – қысымдардың практикадан табылған тәулік ішіндегі ең үлкен және ең кіші мәндері. Соңғы аралықтың осындай ұзындығына сәйкес магистральды газ құбырының соңғы аралығының газ жинақтау қабілеті мына формуламен анықталады:

. (1.34)

Әдетте п ₀ газ айдау стансаларының саны бөлшегі бар сан (аралас сан) түрінде табылады, оны үлкен жақын п бүтін санға дейін дөңгелектейміз (п ≥ п ₀). Осы бүтін санға сәйкес КС аралығы ұзындығының нақты мәні мынадай болады:

. (1.35)

Осындай L ≤ L ₀ аралыққа сәйкес келетін аралықтың соңындағы қысымның нақты мәні бастапқы берілген р _к қысымнан көп болып шығады (р _кф≥ р _к):

. (1.36)

Температураның орташа мәні алдында (1.16) көмегімен жуықтап табылған болатын, оның дәл мәні былайша есептеледі:

. (1.37)

; (1.38)

[ Q _т] = млн. м³ /тәулік, [ L ]=км, [ D ] =мм. – КС – нан шыққан кездегі бастапқы температура, – газ құбырын қоршаған орта температурасы, Шу – Шухов параметрі, D – газ құбырының ішкі диаметрі, k – газдан қоршаған ортаға жылу берілу коэффициенті, D_i – Джоуль–Томсон коэффициенті, р _н және р _к – КС–ның L аралығының басы мен аяғындағы газ қысымдары. Бұл жерде мынадай қиындық бар. T _ор мәні L арқылы (немесе Q _т арқылы) дәл анықталу керек, ал олар әзірге табылған жоқ. Сондықтан 1–жуықтауда жоғарыда көрсеткендегідей, деп алып, L (немесе Q _т) мәндерін жуықтап табамыз. Сосын осы мәндер көмегімен келесі жуықтауда T _ор мәнін тағы бір табамыз. Егер екі қатар есептелген жуықтаулардағы T _ор мәндерінің айырмасы 5 К шамасынан аз болмай шықса, онда жуықтау процессін жалғастыра береміз.

Жалпы жағдайда р _н және р _к қысымдар, сол сияқты аралықтағы бастапқы Т _н (газдың компрессор агрегаттарынан шыққан кездегі температурасы арқылы) және Т _к соңғы (немесе КС шығысы мен кірісіндегі) температуралар өзара байланысты. Егер КС – дағы газдың сығылу дәрежесі ε болса, онда

(1.39)

және

, (1.40)

мұндағы T _ш – газдың компрессор агрегаттарынан шыққан кездегі температурасы, ол тым жоғары болса (жоғары температура құбыр қабырғасына түсетін температуралық кернеуді арттырады, құбыр оқшаулатқышын бұзуы мүмкін, ең ақырында (1.35)–өрнекке сәйкес тіпті құбырдың өткізу қабілетін төмендетеді, құбыр мәңгі мұз қабаты арқылы өтсе, онда оны ерітеді), оны жасанды түрде төмендетеді: Т _н ≤ T _ш. Егер Т _н белгісіз болса, онда алғашқы жуықтауда Т _н≈ T _ш деп алуға болады; т –политропа көрсеткіші, ол табиғи газдар үшін 1,25–1,4 аралықтарында өзгереді, орташа есепте т =1,32 деп алуға болады. Газдың КС аралығы соңындағы температурасы:

. (1.41)

Газдан қоршаған ортаға жылу берілу коэффициенті жуық шамамен төмендегі формула бойынша есептеледі [6]:

, (1.42)

мұндағы [ D ] =мм, k_b – жылу берілу коэффициентінің 700 мм құбыр үшін есептелетін тіректік мәні, жерасты құбыры үшін ол мән құбырдың жоғарғы жасаушысынан жердің бетіне дейінгі h тереңдікке және грунттың λ _гр жылу өткізу коэффициентіне тәуелді (1.1 – сурет).

Грунттың жылулық физикалық сипаттамалары 2.3 – кестеде берілген.

Егер аралық ұзындығы мен қысымдардың мәндері алдын–ала белгілі болса, онда газ құбырының коммерциялық тәуліктік (көлемдік) өткізгіштік қабілетін төмендегі практикалық есептеу формуласымен табамыз (коммерциялық шығын формуласы):

, (1.43)

Бұл есепте қосымша тағы бір қиындық бар. Q _т және Q _a мәндерін алдын–ала салыстыру мүмкін емес. Сондықтан Q _т ≥ Q _a деп алып, Q _т мәнін (1.21) мен (1.43) – өрнектер арқылы есептейміз де, Q _т және Q _a мәндерін қайта салыстырамыз. Егер Q _т ≥ Q _a шарты орындалса, есеп шығарылып бітті, ал орындалмаса, онда Q _т мәнін (1.16) мен (1.43) – өрнектер арқылы қайта табамыз.

Егер п ₀ газ айдау стансаларының аралас санын кіші п бүтін санға дөңгелектесек (п ≤ п ₀), онда осы бүтін санға сәйкес КС аралығы ұзындығының нақты мәні L ≥ L ₀ болып шығады да, Q _т мәні р _кф= р _к жағдайында (1.43)–өрнекке сәйкес жобадағыдан аз болып табылады.

Магистральды газ құбырының технологиялық жобалау нормаларына сәйкес аралықта бастапқы пунктке қатысты нивелирлік биіктік айырмасы 100 метрден артық нүкте болса, онда есепті нивелирлік биіктіктер айырмасын ескере отырып шығару керек (рельефті газ құбырының есебі). Егер аралықтың нивелирлік биіктіктерінің айырмасын ескермеген кездегі компрессор стансаларының аралығы L және құбыр трассасының көлденең кескіні п _р түрлі көлбеуден тұратын қисық болса (немесе сынық қисық түріндегі), онда осы шама нивелирлік биіктіктердің айырмасын ескерген жағдайда жуықтап былайша есептеледі (1.2–сурет):

, (1.44)

мұндағы

– (1.45)

–биіктікке түзету коэффициенті;

, (1.46)

, . (1.47)

Немесе , .

L ₁, L ₂,…, L_{n p} – көлбеу бөліктердің әрқайсысының ұзындығы, ал z ₁, z ₂,…, z_{n p} – әрқайсысының бастапқы пунктке қатысты сәйкес нивелирлік биіктігі (z ₀=0 деп алынған; 1.2–суретте n p=5; L_{n p}= L ₅; z_{n p}= z ₅). –трассаның бастапқы және соңғы пункттерінің биіктік айырмасы.

Сол сияқты биіктіктердің айырмасын ескерген жағдайдағы газ құбырының коммерциялық тәуліктік (көлемдік) өткізгіштік қабілеті:

, немесе . (1.48)

Ал биіктіктердің айырмасын ескерген жағдайдағы аралық соңындағы қысым:

. (1.49)

Соңғы аралық үшін

, (1.50)

бұл жердегі

. (1.51)

Егер n _p=1 болса, онда z ₁=Δ z, , β ₁= β,

Магистральды газ құбырының трассасы төмендегі суреттегідей болсын дейік.

Яғни х ₁– х ₀= х ₂– х ₁= х ₃– х ₂=...= L ₁= ; z ₀= z ₂= z ₄=...=0, z ₁= z ₃= z ₅=...= h _p. Бұл жағдайда

мұндағы n p – ұзындықтары бірдей рельеф сынықтарының жалпы саны (жоғарыдағы суретте n p= 8).

Сонда , ,

Қызық нәтижелер шықты: егер рельеф сынықтарының жалпы саны тақ болса, онда нәтиже олардың санына байланыссыз, n _p=1 болғандағыдан айырмашылығы жоқ. Ал рельеф сынықтарының жалпы саны жұп болса, онда айырмашылық тек β= 0 екендігінде.

Биіктіктердің айырмасын ескерген жағдайдағы газ құбырының коммерциялық тәуліктік (көлемдік) өткізгіштік қабілетінің салыстырмалы түрдегі өзгерісі:

.

Дата добавления: 2015-07-14