Определение диаметра газопровода и числа компрессорных станций

Расчет выполняется в следующем порядке:

1) По известному составу определяются основные физические свойства газа:

- плотность газа при стандартных условиях

, (5.1)

где

- объемная (мольная) доля i-того компонента смеси, имеющего плотность ρ_i,

n-число компонентов смеси;

- относительная плотность газа по воздуху

(5.2)

- плотность воздуха при одних и тех же условиях;

- молярная масса газа по формуле 5.3:

(5.3)

- молярная масса i -того компонента смеси

- псевдокритическая температура газовой смеси

, (5.4)

где - абсолютная критическая температура i-того компонента смеси;

- псевдокритическое давление газовой смеси

(5.5)

- абсолютное критическое давление i-того компонента смеси;

- газовая постоянная

, (5.6)

- универсальная газовая постоянная, =8314,3 Дж/(кмоль·К)

В соответствии с табл. 5.3 принимается ориентировочное значение диаметра газопро­вода. В настоящее время магистральные газопроводы проектируются на рабочее давление Р = 7,5 МПа.

Таблица 5.3 - Ориентировочные значения пропускной способности газопровода в за­висимости от его условного диаметра и рабочих давлений

Dy, мм	Годовая производительность Qгод, млрд. м^3/год
РНАГ=5,5 МПа; Рвс=3,8 МПа	РНАГ=7,5 МПа; Рвс=5,1 МПа
	1,6...2,0	2,2...2,7
	2,6... 3,2	3,4...4,1
	3,8...4,5	4,9...6,0
	5,2...6,4	6,9...8,4
	9,2...11,2	12,1...14,8
	14,6... 17,8	19,3...23,5
	21,5...26,4	28,4...34,7

Рассчитывается оценочная пропускная способность газопровода (коммерческий рас-

ход, млн. м ³/сут)

(5.7)

где к_н = к_ро· к_эт · к_нд - оценочный коэффициент пропускной способности газопровода;

к_ро - коэффициент расчетной обеспеченности потребителей, к_ро =0,95;

к_эт - коэффициент учета экстремальных температур, к_эт =0,98;

к_нд - оценочный коэффициент надежности газопро­вода, зависящий от длины и диаметра газопровода, учитывающий необходимость компенса­ции снижения пропускной способности газопровода при отказах линейных участков и обо­рудования КС, принимаемый в соответствии с табл. 5.4.

Таблица 5.4Оценочные величины коэффициентов надежности газопровода к_нд

Общая длина газопровода, км	Диаметр газопровода, мм
	0,99	0,99	0,99	0,99
	0,99	0,98	0,98	0,98
	0,98	0,98	0,98	0,97
	0,98	0,97	0,97	0,96
	0,97	0,97	0,96	0,95
3000 и более	0,97	0,96	0,95	0,94

Выбирается тип центробежного нагнетателя и привода. По паспортным данным ЦН определяют номинальные давления всасывания Р_вс и нагнетания Р_НАГ.

Полагая, что рабочее давление Р в газопроводе равно номинальному давлению на­гнетания, вычисляют толщину стенки δ₀ газопровода по формуле

(5.8)

где п_р=1,1(коэффициент надежности по нагрузке);

расчетное сопротивление металла вычисляют по формуле

(5.9)

где т_у - коэффициент условий работы трубопровода, зависящий от его категории: (т_у=0,9 для трубопроводов III и IY категорий, т_у=0,75 для трубопроводов I и II категорий, т =0,6 для трубопроводов категории В (сведения о распределении участков по категориям даны в [3, табл. 2.3],

К₁ - коэффициент надежности по материалу, определяемый по табл.2.4 [3];

К_н - коэффициент надежности по назначению трубопровода, зависящий

от его диаметра, а для газопроводов и от его рабочего давления (см. табл. 2.5 [3]).

Вы­численное значение толщины стенки δ₀ округляется в большую сторону до стандартной ве­личины δ из рассматриваемого сортамента труб, после чего определяется значение внут­реннего диаметра D.

Определяют давления в начале и в конце линейного участка газопровода

;

По формуле (5.10) рассчитывают среднее давление в линейном участке газопровода:

. (5.10)

Величина среднего давления в газопроводе, вычисленная по формуле (5.10), всегда выше среднеарифметической: с увеличением разности Р_н и будет возрастать и разница этих значений.

Для расчета расстояния между КС задаются в первом приближении ориентировочным значением средней температуры на линейном участке

Т_СР =0,5(Т_Н+Т₀), (5.11)

где Т_н - начальная температура на входе в линейный участок. В первом приближении можно принять Т_н =293...303 К (20...30° С); Т₀ - температура окружающей среды на уровне оси газопровода.

При Р = Р_ср и Т =Т_СР по формулам (5.l2) рассчитывают приведенные температуру Т_пр и давление Р_пр.

; (5.12)

По формуле (5.13) определяют коэффициент сжимаемости

(5.13)

Полагая в первом приближении режим течения квадратичным, рассчитывают коэф­фициенты гидравлического сопротивления λ_тр и λ:

, (5.14)

(5.15)

где к_э =0,03 (по рекомендации ВНИИГаз) - значение эквивалентной шероховатости

стенки газопровода; Е - коэффициент гидравлической эффективности газопровода, Е =0,95 при наличии на газопроводе устройств для периодической очистки внутренней полости тру­бопровода, а при отсутствии указанных устройств E=0,92.

Определяется среднее ориентировочное расстояние между КС

(5.16)

Определяется число компрессорных станций

которое округляется до целого п_кс (как правило в большую сторону).

Уточняется расстояние между КС

(5.17)

На этом первый этап технологического расчета газопровода завершается.

5. 1.2 Уточненный тепловой и гидравлический расчет участка газопровода между двумя компрессорными станциями

Абсолютное давление в конце участка газопровода определяется из формулы коммер­ческого расхода

(5.18)

В этом уравнении величина рассчитывается по универсальной формуле ВНИИГаза при средних значениях температуры и давления:

(5.19)

К - коэффициент, зависящий от размерностей величин, равный

(5.20)

При использовании смешанной системы единиц D (м), Т (К), Р (МПа), L (км) и Q (млн. м³/сут) значение коэффициента К составляет К = 105,087.

Уточненный расчет участка газопровода выполняется в следующем порядке:

1 В качестве первого приближения принимаются значения , Z и Т_ср из предвари­тельных вычислений.

2 По формуле (5.18) определяется первое приближение величины Р_к.

3 По формуле (5.10), с использованных известных значений Р_н и Р_к, определяется уточненное среднее давление Р_СР.

4 По формуле (5.12) определяются средние приведенные давление Р_пр и температура Т_ПР.

5 Для расчета конечного давления во втором приближении вычисляется уточненное значение Т_СР. Для этого используют величины средней удельной теплоемкости С_p, коэффи­циента Джоуля-Томсона Di и коэффициента a_i вычисленные при найденных значениях Р_ср и Т_ср первого приближения по формулам:

С_р =1,695 + 1,838·10^-3Т_СР+1,96·10⁶ (Р_СР-0,l)/Т³_СР;

;

,

где К_cp - средний на участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружаю­щую среду, определяемый в зависимости от способа прокладки газопровода в соответствии с [3, табл.4.1].

6 По формулам (5.12), (5.21) и (5.l3) при Р = Р_ср иТ = Т_ср вычисляют Р_пр, Т_пр, μ и Z_CT во втором приближении.

Динамическая вязкость газа (Па∙с) определяют по формуле

(5.21)

7 По формулам (5.22), (5.19) и (5.23) определяют значения Re, и ,

(5.22)

(5^2

3/

где Q- коммерческий расход газа, млн.м³ /сут;

D - внутренний диаметр газопровода, м;

μ_г - динамическая вязкость газа, Па·с.

Переходное (от смешанного трения к квадратичному) значение числа Рейнольдса оп­ределяют по формуле

(5.23)

ВНИИГаз рекомендует принимать среднее значение эквивалентной шероховатости стенки газопровода равным к_э = 0,03 мм.

8 По формуле (5.18) определяют конечное давление Р_К во втором приближении.

9 Если полученный результат отличается от предыдущего более чем на 1 %, то необ­ходимо уточнить расчеты, выполнив третье приближение, начиная с п.З. Если же результат удовлетворяет требованиям точности расчетов, то переходим к следующему пункту

10 По формуле (5.l0) уточняется среднее давление Р_СР.

11 При х = l_КС по формуле (5.24) определяют температуру газа Т_к в конце линейного
участка

(5.24)

где Р_СР - среднее давление на участке газопровода, вычисляемое по формуле (5.10);

Di - коэффициент Джоуля-Томсона, рассчитываемый по формуле (5.25) для средних значений давления и температуры на линейном участке газопровода.

Для природных газов с содержанием метана 85% и более отраслевыми нормами реко­мендуется зависимость

(5.25)

где с_Р средняя изобарная теплоемкость газа, определяемая для средних значений температуры и давления в процессе дросселирования.

На этом тепловой и гидравлический расчет участка газопровода заканчивается.

Дата добавления: 2015-10-02