Тепловой расчет газопроводов

18.6.1 Теплотехническим расчетом устанавливается температурный режим магистральных газопроводов, исходя из условия обеспечения их нормальной работы при минимальных затратах на их строительство и эксплуатацию.

18.6.2 Определение теплового режима газопроводов необходимо для прогноза пропускной способности газопровода, выбора расстояния между КС, выявления зон гидратообразования и величины термических напряжений в трубах, а также для обоснования наиболее эффективного способа прокладки и уровня охлаждения газа.

18.6.3 Тепловые расчеты газопроводов выполняют по отдельным расчетным участкам, на протяжении которых расход газа и условия его теплообмена не изменяются.

18.6.4 При тепловых расчетах газопроводов за расчетный период принимают сутки, месяц, квартал, год.

18.6.5 Температуру газа Т в любой точке однониточного газопровода при любом способе прокладки вычисляют по формуле

, (18.20)

где ,

Т_о - расчетная температура окружающей среды, К;

Т_н – температура газа в начале участка газопровода, К; при отсутствии охлаждения газа на КС температуру Т_н следует принимать равной температуре газа на выходе из компрессорного цеха, при наличии охлаждения газа величина Т_н должна приниматься равной температуре газа на выходе из системы охлаждения;

Р_н, Р_к – соответственно, начальное и конечное абсолютные давления газа на участке, МПа;

Р_ср – среднее давление газа на участке, МПа;

х – расстояние от начала газопровода до рассматриваемой точки, км;

d_н – наружный диаметр газопровода, мм;

К_ср – средний на участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/м²·К;

С_р – средняя изобарная теплоемкость газа, кДж/кг·К;

D_i – среднее на участке значение коэффициента Джоуля-Томсона, К/МПа;

q - пропускная способность газопровода, млн.м³/сут;

D - относительная плотность газа по воздуху;

L - длина участка газопровода, км.

18.6.6 Среднюю температуру газа на участке газопровода Т_ср вычисляют по формуле

(18.21)

18.6.7 Среднюю изобарную теплоемкость природного газа С_р в диапазоне температур 250 - 400 К, при давлениях до 15 МПа вычисляют по формуле

, (18.22)

где

,

,

, ;

, ,

,

,

,

.

18.6.8 Среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона D_i для природных газов с содержанием метана более 80 % в диапазоне температур 250 - 400 К, при давлениях до 15 МПа вычисляют по формуле

, (18.23)

где

,

,

,

.

18.6.9 Выбор расчетной температуры окружающей среды Т_о и коэффициента теплопередачи К_ср производится в зависимости от способа прокладки газопровода – подземного, надземного, наземного.

18.6.10 При подземной прокладке газопровода значение Т_о должно приниматься равным среднему за рассматриваемый период значению температуры грунта Т_гр на глубине заложения оси трубопровода в естественном тепловом состоянии.

18.6.11 При надземной прокладке газопровода расчетную температуру внешней среды T_o вычисляют по формуле

, (18.24)

где

, (18.25)

- коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью трубопровода, Вт/м²·К, определяется по СНиП 23-02 [112];

– средняя температура атмосферного воздуха расчетного календарного периода, К;

Q_cум – суммарная солнечная радиация, Вт/м²;

v – скорость ветра, м/с;

d_н – наружный диаметр газопровода, мм;

n - коэффициент, учитывающий условия работы газопровода: при наличии снежного покрова следует принимать n = 2,6, а при отсутствии - n = 1,6.

Значения , Q_cум, v следует определять в соответствии со СНиП 23-01 [9].

18.6.12 При наземной прокладке газопровода расчетную температуру окружающей среды Т_о вычисляют по формуле

, (18.26)

где

, (18.27)

К_н = [ R_из + R_гр ]^-1, (18.28)

, (18.29)

, (18.30)

, (18.31)

, (18.32)

, (18.33)

, (18.34)

где d_н - наружный диаметр газопровода без изоляции, мм;

d_из - наружный диаметр теплоизолированного газопровода, мм;

К_в, К_н - коэффициенты теплопередачи от газопровода вверх и вниз, соответственно, Вт/м²·К;

- естественная температура грунта на глубине h ₀, К, определяют экспериментально или в соответствии со справочниками по климату РФ;

d_к – диаметр эквивалентного кольца насыпи, м;

l_н, l_в – ширина насыпи в сечении ее основания и в верхней части, соответственно, м;

l ₀ - ширина насыпи в сечении на уровне оси трубы, м, вычисляют по формуле

;

h_н - высота насыпи, м;

h ₀ - глубина заложения оси трубы (расстояние от поверхности насыпи до оси трубы), м;

a _вн - коэффициент теплоотдачи от поверхности насыпи в воздух, Вт/м²·К, определяют по формуле

,

где v, м/с; d_н, мм; d _сн - толщина снежного покрова, м;

l _сн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/м·К, допускается принимать в зависимости от состояния снега: снег свежевыпавший – 0,1 Вт/м·К; снег уплотненный – 0,35 Вт/м·К; снег тающий – 0,64 Вт/м·К;

l _гр - коэффициент теплопроводности грунта насыпи, Вт/м·К.

Величину коэффициента l _гр определяют в зависимости от температуры грунта и температурного режима газопровода. При положительных температурах грунта ( > 273 К) и газа (T > 273 К) значение коэффициента теплопроводности должно приниматься для грунта в талом состоянии l _Т; при отрицательных температурах грунта ( < 273 К) и газа (T < 273 К) значение коэффициента теплопроводности должно приниматься для грунта в мерзлом состоянии l _М. Значения коэффициентов теплопроводности талых l _Т и мерзлых l _М грунтов следует определять в соответствии со СНиП 2.02.04 [113].

Расчетную температуру окружающей среды для наземного газопровода без теплоизоляции определяют так же, как и для газопровода с теплоизоляцией, принимая R_из = 0, d_из = d_н.

18.6.13 Коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду К_ср для подземных газопроводов вычисляют по формуле

, (18.35)

, (18.36)

,

где R_из - термическое сопротивление изоляции трубопровода, м²·К/Вт, определяется согласно требованиям п. 18.6.12 настоящих Норм;

h ₀ - глубина заложения оси трубопровода от поверхности грунта, м;

d_н – наружный диаметр газопровода, мм;

a _гр - коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/м²·К;

l _гр - коэффициент теплопроводности грунта, Вт/м·К, определяют согласно требованиям п.18.6.12 настоящих Норм;

l _сн - коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/м·К, определяют согласно требованиям п.18.6.12 настоящих Норм;

a _в - коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/м²·К, определяют по формуле

a _в = 6,2 + 4,2 v. (18.37)

18.6.14 Общий коэффициент теплопередачи К_ср от газа в окружающую среду для надземных газопроводов вычисляют по формуле

, (18.38)

где a _н – коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы в атмосферу, Вт/м²·К, определяют согласно требованиям пункта 18.6.11 настоящих Норм;

R_из, Вт/м²·К – определяют согласно требованиям пункта 18.6.12 настоящих Норм.

Значение общего коэффициента теплопередачи нетеплоизолированного надземного газопровода вычисляют так же, как и для газопровода с теплоизоляцией, принимая R_из = 0; d_из = d_н.

18.6.15 Общий коэффициент теплопередачи К_ср от газа в окружающую среду для наземных газопроводов в насыпи вычисляют по формуле

К_ср = 0,5 (К_в + К_н), (18.39)

где К_в и К_н – коэффициенты теплопередачи от газопровода вверх и вниз, соответственно, Вт/м²·К, определяют согласно требованиям пункта 18.6.12 настоящих Норм.

18.6.16 Расчет стационарных тепловых режимов газопроводов на подводных переходах.

Теплообмен подводного газопровода зависит от степени заглубления газопровода в грунт дна и от характера перемещения воды вокруг него.

В стоячей воде теплообмен определяется свободной конвекцией, его направление и интенсивность зависят от перепада температур воды и транспортируемого газа. При наличии подводных течений, их скорость определяет интенсивность теплообмена.

Теплообмен подводного газопровода определяется теплообменом с водой и дном, в зависимости от положения газопровода с учетом его самозаглубления.

18.6.17 Температуру газа в любой точке подводного газопровода вычисляют по формуле (18.20).

18.6.18 Значение коэффициента теплопередачи подводного газопровода, полностью погруженного в грунт, в окружающую среду вычисляют по формуле

. (18.40)

Внутренний коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней стенке газопровода a₁ вычисляют по формуле

. (18.41)

Коэффициент теплоотдачи от трубы в грунт a _гр вычисляют по формуле

, (18.42)

где d_н – наружный диаметр газопровода, мм;

d_вн – внутренний диаметр газопровода, мм;

h – глубина заложения газопровода до оси трубы, м;

d _ст – толщина стенки трубы, мм;

d _из – толщина изоляции, мм;

l _ст, l _из, l _газа – теплопроводность стенки трубы, изоляции, газа, соответственно, Вт/м·К.

18.6.19 Значение коэффициента теплопередачи для подводного газопровода, частично погруженного в грунт, при отсутствии течения вычисляют по формуле

, (18.43)

где К_cp – средний коэффициент теплопередачи по периметру газопровода, Вт/м²·К;

К_ж – коэффициент теплопередачи от газопровода в жидкость, Вт/м²·К;

К_гр – коэффициент теплопередачи от газопровода в грунт, Вт/м²·К;

j - угол охвата трубы грунтом, образуемый двумя лучами, проведенными из центра трубы к точкам пересечения периметра трубы с грунтом дна, град.;

, (18.44)

, (18.45)

, (18.46)

(18.47)

где g = 9,81 м/с²;

n _ж – кинематическая вязкость воды, м²/с;

Pr _ж – параметр Прандтля для воды.

Значение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности газопровода в грунт дна вычисляют по формуле

. (18.48)

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

18.6.20 Значения коэффициентов теплопередачи К_ср, К_ж, К_гр для подводного газопровода, частично погруженного в грунт, при наличии течения вычисляют по формулам (18.43), (18.44), (18.45), соответственно.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в воду a _ж вычисляют по формуле

(18.49)

где w – скорость течения воды, м/с.

Значение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности газопровода в грунт дна a _гр вычисляют по формуле (18.48).

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

18.6.21 Значение среднего коэффициента теплопередачи К_ср для подводного газопровода, зависшего над дном, в стоячей воде вычисляют по формуле

. (18.50)

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в воду a_ж вычисляют по формуле (18.46).

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

18.6.22 Значение среднего коэффициента теплопередачи К_ср для подводного газопровода, зависшего над дном, при наличии течения вычисляют по формуле (18.50).

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в воду a _ж вычисляют по формуле (18.49).

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

Дата добавления: 2015-11-30