книги / Трубопроводный транспорт нефти, нефтепродуктов и газа

X G 2 Z R

Обозначив А г = 2 D F 2 а и интегРируя левую часть уравне­

ния (4.48) от Ридо Pv а правую от Тидо Тк , получим

С учетом (4.53) зависимость для определения массового рас­ хода газа примет вид

n-D™ Г P Ï - PÏ

Значение <рн всегда больше единицы, следовательно, массо­ вый расход газа при изменении температуры по длине газопро­ вода (неизотермическом режиме течения) всегда меньше, чем при изотермическом режиме при Т0 = idem. Произведение Т0• <рн на­ зывается среднеинтегральной температурой газа в газопроводе.

При значениях числа Шухова Шу > 4 течение газа в трубопро­ воде можно считать практически изотермическим при Т0 = idem. Такой температурный режим возможен при перекачке газа с не­ большими расходами по газопроводам малого (менее S00 мм) диаметра на значительное расстояние.

Влияние изменения температуры газа проявляется при значе­ ниях числа Шухова Шу < 4, то есть в подавляющем большинстве случаев. Чем больше диаметр газопровода, тем меньше интен­ сивность теплообмена между газовым потоком и окружающей средой. Конечная температура газа определяется методом по­ следовательных приближений, из-за чего теплогидравлический расчет газопровода становится итерационным процессом.

При перекачке газа наличие дроссельного эффекта приводит к более глубокому охлаждению газа, чем только при теплообме­ не с грунтом. В этом случае температура газа может даже опус­ титься ниже температуры TQ(рис. 4.7).

Рис. 4.7. Влияние эффекта Джоуля —Томсона на распределение температуры газа подлине газопровода:

1—без учета Di; 2 —с учетом Di

164

С учетом эффекта Джоуля —Томсона закон изменения тем­ пературы по длине газопровода принимает вид

где Рср —среднее давление на участке газопровода, вычис­ ляемое по формуле (4.40); Di —коэффициент ДжоуляТомсона, рассчитываемый по формуле (4.15) для сред­ них значений давления и температуры на линейном участке газопровода.

Средняя температура газа ТСРна участке газопровода опреде­ ляется по формуле

Значение коэффициента теплопередачи КСР в выражении (4.42) в зависимости от способа прокладки газопровода следует определять по формулам, приведенным в табл. 4.1.

Для практических расчетов при подземной и наземной про­ кладке коэффициент теплопроводности грунта Хгр может быть рассчитан по следующим эмпирическим формулам:

для песка

для смешанного грунта (песок, глина, суглинок, супесь, песча­ ник, известняк)

103-lgЛ,р = -920,27 +13,9• (Огр+ 3,26•Ту +18,6• Ргр - 0,36 • Û£ , (4.59)

где а>гр —влажность грунта, %; Т —температура грунта на глубине заложения оси газопровода, К; ргр —плотность грунта, т/м3.

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи при подземной прокладке газопровода без тепловой изоляции можно определить также по формуле

\ 0,9

/

Расчетные значения среднего коэффициента теплопередачи КСР (Вт/м2) для различных способов прокладки магистрального газопровода

газопровода, м; t0 - ширина насыпи в сечении на уровне оси трубы; dH- характерный размер насыпи, м; беи- толщина снегового покрова, м;

Лоэ -Ьо+Лгр \— I - эквивалентная глубина заложения оси газопровода, м;

\а* Лен)

«J t

*D.

Коэффициенты теплопроводности Вт/(м*К): Хш- теплоизоляции; Хгр- грунта; Х&,- снегового покрова (допускается принимать для свежевыпавшего снега ДсИ= 0,1 Вт/(м-К); для уплотненного снега Л с= 0,35 Вт/(м-К); для тающего снега Лог=0,64 Вт/(м-К) )___________

для предотвращения повреждения противокоррозионной изоляции газопровода (битумная изоляция плавится при тем­ пературе 60...80 °С, пленочное изоляционное покрытие от­ слаивается);

для увеличения производительности магистрального газо­ провода. Например, для участка газопровода протяженнос­ тью £кс= 100 км, диаметром D = 1420 мм, с толщиной стен­ ки S = 17,5 мм, по которому перекачивается газ плотностью рсг= 0,7 кг/м3 при Ри= 7,5 МПа, Рк= 5,2 МПа, Тн—303 К, производительность (коммерческий расход) составляет Q = 101,42 млн м3/сут. При снижении начальной темпе­ ратуры до Тн= 298К, производительность газопровода уве­ личится до Q = 102,69 млн м3/сут, то есть на 1,25 %.

Охлаждение газа на компрессорных станциях в настоящее время производится с помощью аппаратов воздушного охлаж­ дения газа (АВО газа). Установка охлаждения газа должна быть общей для всех газоперекачивающих агрегатов компрессорно­ го цеха, иметь коллекторную обвязку и обводную линию. Коли­ чество АВО газа выбирается исходя из расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха, среднегодовой температуры грунта и оптимальной среднегодовой температуры охлаждения газа. Последняя принимается на 10... 15 °С выше расчетной сред­ негодовой температуры наружного воздуха.

В районах с холодным климатом для участков с многолетне­ мерзлыми грунтами перекачиваемый газ должен быть охлажден до температуры грунта. Стабильный уровень температуры обес­ печивается станциями охлаждения газа, которые размещают­ ся на площадках компрессорных станций с выделением их в от­ дельную производственную зону. Охлаждение газа до заданного уровня производится в испарителях холодильной установки по­ сле предварительной очистки и охлаждения в АВО газа компрес­ сорной станции.

на пропускную способность газопровода

Рассмотрим элемент профиля трассы газопровода АВС, со­ стоящий из двух равновеликих ветвей —восходящей АВ и нис-

168

ходящей ВС (рис. 4.9). Начальная и конечная высотные отмет­ ки элемента профиля одинаковы (zA= z j . Поскольку давление газа по длине газопровода снижается, то и плотность газа также уменьшается. Поэтому масса газа Mv заключенная в участке АВ, больше массы газа М2на участке ВС. Следовательно, сила тяжес­ ти, которую необходимо преодолеть для перемещения массы газа по участку АВ, больше силы тяжести, способствующей дви­ жению массы газа по участку ВС.

В

М-\ > М2

Рп > Ргг.

Рис. 4.9. Расчетная схема элемента профиля газопровода

Наоборот, если начальный участок является нисходящим, а конечный восходящим (на рис. 4.9 пунктирной линией по­ казан элемент профиля АВС, зеркально отображающий эле­ м е н т н о , энергия, способствующая движению газа по первому участку АВ'будет превышать энергию, затрачиваемую на подъем газа по участку В С.

Таким образом, при расчете газопроводов, проходящих в ус­ ловиях сильно пересеченной местности, в общем случае необхо­ димо учитывать не только начальную и конечную высотные от­ метки, но и высотные отметки промежуточных точек трассы.

Согласно нормам технологического проектирования газо­ проводов, влияние рельефа следует учитывать в тех случаях, ког­ да на трассе имеются точки, расположенные выше или ниже на­ чального пункта газопровода более чем на 100 м. Расчет в таком случае следует выполнять с учетом слагаемого g • dz в уравне­ нии удельной энергии. При этом отметка начальной точки га­ зопровода принимается равной нулю (zH= 0). Отметки характер-

169