Расчет течения газа в трубопроводе

Содержание

Среднюю скорость движение газа определим по номограмме (рисунок 1.1) для следующих условий:

– среднее давление газа в трубопроводе Р_ср = 7,138 МПа;

– внутренний диаметр трубы D_вн=118,4 см;

По номограмме находим .

Согласно СТО Газпром 2-3.5-051-2006 скорость газа не должна превышать 20 м/с, данное требование выполняется.

Суточную потерю газа определим при эквивалентном размере образовавшейся неплотности 1 см 2 . Среднее давление газа в трубопроводе Р_ср=7,137 МПа, средняя температура Т_ср=295,19 К скоростью газа в трубопроводе пренебрегаем.

Критическое отношение давлений для газа (считаем газ – метан, показатель адиабаты k = 1,31)

Имеющийся перепад давлений больше критического, поэтому истечение газа происходит со скоростью равной местной скорости звука в газе.

Массовый секундный и массовый суточный расходы вытекающего газа

где показатель рода газа

Рисунок 1.1 – Номограмма для определения средней скорости движения газа

1.6 Охранные зоны магистрального газопровода.

Для исключения возможности повреждения трубопроводов (при любом виде их прокладки) устанавливаются охранные зоны. Размеры охранных зон и зон минимальных расстояний объектов МГ, порядок производства в этих зонах любого вида работ определены СТО Газпром 2-2.1-249, СНиП 2.05.06-85* и ВСН 51-1-80.

Рассматриваемый газопровод относится к I-му классу, имеет условный диаметр 1400 мм. Минимальные расстояния от оси газопровода до некоторых объектов представлены в таблице 1.6. Минимальные расстояния от компрессорных и газораспределительных станций данного газопровода до объектов представлены в таблице 1.7.

Таблица 1.6 – Минимальные расстояния от оси газопровода до объектов

Объекты, здания и сооружения

Города и другие населенные пункты; отдельные промышленные и сельскохозяйственные предприятия; отдельно стоящие здания с массовым скоплением людей; железнодорожные станции; аэропорты; морские и речные порты и пристани

Железные дороги общей сети (на перегонах) и автодороги I-III категорий, параллельно которым прокладывается трубопровод

Отдельно стоящие нежилые и подсобные строения; устья бурящихся и эксплуатируемых нефтяных, газовых и артезианских скважин; автомобильные дороги IV, V, III-п и IV-п категорий, параллельно которым прокладывается трубопровод

Кабели междугородной связи и силовые электрокабели

Притрассовые постоянные дороги, предназначенные только для обслуживания трубопроводов

В охранных зонах трубопроводов запрещается производить всякого рода действия, могущие нарушить нормальную эксплуатацию трубопроводов либо привести к их повреждению, в частности:

перемещать, засыпать и ломать опознавательные и сигнальные знаки, контрольно-измерительные пункты;
открывать люки, калитки и двери необслуживаемых усилительных пунктов кабельной связи, ограждений узлов линейной арматуры, станций катодной и дренажной защиты, линейных и смотровых колодцев и других линейных устройств, открывать и закрывать краны и задвижки, отключать или включать средства связи, энергоснабжения и телемеханики трубопроводов;
устраивать всякого рода свалки, выливать растворы кислот, солей и щелочей;
разрушать берегоукрепительные сооружения, водопропускные устройства, земляные и иные сооружения (устройства), предохраняющие трубопроводы от разрушения, а прилегающую территорию и окружающую местность — от аварийного разлива транспортируемой продукции;
бросать якоря, проходить с отданными якорями, цепями, лотами, волокушами и тралами, производить дноуглубительные и землечерпальные работы;
разводить огонь и размещать какие-либо открытые или закрытые источники огня.

Таблица 1.7 – Минимальные расстояния от КС и ГРС газопровода до объектов

Объекты, здания и сооружения

Мосты железных дорог общей сети и автомобильных дорог I и II категорий с пролетом свыше 20 м

Автомобильные дороги IV, V, III-п и IV-п категорий

Лесные массивы пород:

В охранных зонах трубопроводов без письменного разрешения предприятий трубопроводного транспорта запрещается: возводить любые постройки и сооружения, строить коллективные сады с жилыми домами, устраивать массовые спортивные соревнования, соревнования с участием зрителей.

В аварийных ситуациях разрешается подъезд к трубопроводу и сооружениям на нем по маршруту, обеспечивающему доставку техники и материалов для устранения аварий с последующим оформлением и оплатой нанесенных убытков землевладельцам.

Скорость течения газа в трубе. Движение газа по трубам. Основные положения и задачи

Лекции по гидравлике

Методы предотвращения негативных явлений гидравлического удара и его использование

Резкое увеличение давления, сопровождающее гидравлический удар — явление крайне негативное, т.к. гидравлический удар может разрушить трубопровод или какие-либо элементы гидравлических машин, испытывающие эффекты гидравлического удара. По этой причине разрабатываются методы предотвращения гидравлических ударов или уменьшить его негативное влияние. Поскольку мощность гидравлического удара напрямую зависит от массы движущийся жидкости, то для предотвращения гидравлического удара следует максимально уменьшить массу жидкости, которая будет участвовать в гидравлическом ударе. Для этого необходимо запорную арматуру монтировать в непосредственной близости к резервуару. В качестве меры уменьшения негативных последствий гидравлического удара используют замену прямого гидравлического удара на непрямой. Для этого достаточно запорную арматуру на напорных трубопроводах сделать медленно закрывающейся, что позволит уменьшить силу удара. Другой мерой борьбы с

Читать статью Площадь сечения

явлением гидравлического удара является установка на напорных линиях, работающих в условиях

циклической нагрузки специальных компенсаторов с воздушной подушкой, которая принимает на себя удар

Однако в ряде случаев явление гидравлического удара успешно используется. К таким случаям использования гидравлического удара относятся производственные процессы по разрушению материалов и др. Известна специальная конструкция водоподъёмника, базирующаяся на использовании гидравлического удара.

Основной отличительной особенностью движения газа по трубам от движения капельных жидкостей заключается в том, что капельные жидкости характеризуются весьма малой сжимаемостью, а их вязкость практически не зависит от давления. По этой причине для решения большинства практических задач капельные жидкости можно считать не сжимаемыми, что позволяет значительно упростить уравнения движения такой жидкости. При движении газа таких допущений делать нельзя. Поскольку изучение общих решений уравнений газодинамики не является предметом настоящего курса, рассмотрим лишь частные задачи, встречающиеся в практике работы специалистов горных отраслей промышленности. К числу таких первоочередных задач относится изучение движения газов, включая воздух по газопроводам (воздуховодам).

Газ двигается по газопроводу при переменном давлении, т.к. давление изменяется вдоль длины газопровода из-за неизбежных потерь напора по длине трубопровода. По этой причине плотность газа и его вязкость являются величинами переменными и неодинаковы в различных сечениях газопровода. Рассмотрим наиболее простой случай газопровода (воздуховода) собранного из труб одинакового диаметра (простой газопровод S = const ) при установившемся движении газа. Тогда в соответствии с уравнением неразрывности потока газа массовый расход газа вдоль газопровода является величиной постоянной= const. При этом объёмный расход газа будет меняться от одного сечения газопровода к другому, т.к. плотность газа зависит от давления, которое по длине газопровода меняется.

Тогда скорость движения газа также будет меняться вдоль длины газопровода:

При этом должна изменяться и температура газа по длине газопровода, и, как следствие, также и вязкость газа. Однако для решения практических задач движение газа по трубопроводу можно считать изотермическим (небольшие скорости движения, теплоизоляция газопровода, небольшие перепады давления). Это допущение не приведет к серьёзным погрешностям в расчётах, но оно позволяет пренебречь изменением вязкости газа при незначительных колебаниях температуры газа в газопроводе. Т.е. полагаем, что в газопроводе соблюдается условие: Т = const и= const. При таких условиях будет посто-

янным для всего потока и число Рейнольдса, и как следствие будут одинаковым коэффициенты трения и гидравлических сопротивлений по длине потока.

Отметим, что в последнем выражении все величины, входящие в правую часть равенства являются величинами постоянными, отсюда: Re = const и /I = const. По этой причине для определения величины потерь напора и расхода газа можно воспользоваться обычным уравнением Бернулли.

10.2. Основные уравнения газодинамики для установившегося движения газа в простом газопроводе

Запишем уравнение Бернулли в дифференциальной форме:

Последний член уравнения весь мал и его величиной можно пренебречь, тогда для горизонтального газопровода (z = const ) можно записать:

Подставив в последнее уравнение значение средней скорости движения газа, выразив её через массовый расход, получим:

По принятым выше условиям процесс движения газа по газопроводу является изотермическим, тогда подставив в последнее уравнение значение из уравнения Бойля-Мариотта:

Решая последнее уравнение, получим основные расчётные формулу для определения потерь давления в газопроводе и формулу для определения массового расхода газа в газопроводе.

Величина коэффициента трения Л определяется по формулам для жидкости в зависимости от режима её движения или же можно воспользоваться эмпирической формулой ВННИИГаза:

где d- диаметр газопровода в сантиметрах.

Для приближенного расчета движения жидкости или газа по трубам можно отвлечься от весьма сложных деталей этого движения (об этом будет сказано в заключительных главах) и удовольствоваться следующей упрощенной схемой. Примем поток за одномерный, т. е. будем пренебрегать изменением величины и направления скорости, а также изменениями других элементов потока (давления, плотности, температуры и др.) по сечению, перпендикулярному к оси потока; будем лишь учитывать изменение средних по сечениям величин и др. в зависимости от координаты х, определяющей положение сечения вдоль оси трубы. Площадь сечения А будем считать заданной функцией х. Отвлечемся от сил трения внутри жидкости и жидкости о стенку, а также от теплопроводности; иными словами, как повсюду в настоящей главе, будем считать жидкость идеальной.

Начнем с простейшего случая — движения несжимаемой жидкости.

В этом случае из уравнения неразрывности сразу следует

где средняя скорость в некотором начальном сечении с площа

Определение пропускной способности трубопроводов грс. Как рассчитать пропускную способность трубы Максимальная скорость газа в газопроводе высокого давления

Среднюю скорость движение газа определим по номограмме (рисунок 1.1) для следующих условий:

– среднее давление газа в трубопроводе Р ср = 7,138 МПа ;

– внутренний диаметр трубы D вн =118,4 см ;

По номограмме находим
.

Согласно СТО Газпром 2-3.5-051-2006 скорость газа не должна превышать 20 м/с, данное требование выполняется.

Суточную потерю газа определим при эквивалентном размере образовавшейся неплотности 1 см 2 . Среднее давление газа в трубопроводе Р ср =7,137 МПа , средняя температура Т ср =295,19 К скоростью газа в трубопроводе пренебрегаем.

Читать статью DR: в Дании назвали условие, при котором есть смысл ремонтировать Северный поток

Критическое отношение давлений для газа (считаем газ – метан, показатель адиабаты k = 1,31 )

Имеющийся перепад давлений
больше критического, поэтому истечение газа происходит со скоростью равной местной скорости звука в газе.

Массовый секундный и массовый суточный расходы вытекающего газа

где показатель рода газа

Рисунок 1.1 – Номограмма для определения средней скорости движения газа

1.6 Охранные зоны магистрального газопровода.

Таблица 1.6 – Минимальные расстояния от оси газопровода до объектов

Объекты, здания и сооружения

Кабели междугородной связи и силовые электрокабели

Притрассовые постоянные дороги, предназначенные только для обслуживания трубопроводов

перемещать, засыпать и ломать опознавательные и сигнальные знаки, контрольно-измерительные пункты;

открывать люки, калитки и двери необслуживаемых усилительных пунктов кабельной связи, ограждений узлов линейной арматуры, станций катодной и дренажной защиты, линейных и смотровых колодцев и других линейных устройств, открывать и закрывать краны и задвижки, отключать или включать средства связи, энергоснабжения и телемеханики трубопроводов;

устраивать всякого рода свалки, выливать растворы кислот, солей и щелочей;

разрушать берегоукрепительные сооружения, водопропускные устройства, земляные и иные сооружения (устройства), предохраняющие трубопроводы от разрушения, а прилегающую территорию и окружающую местность — от аварийного разлива транспортируемой продукции;

бросать якоря, проходить с отданными якорями, цепями, лотами, волокушами и тралами, производить дноуглубительные и землечерпальные работы;

разводить огонь и размещать какие-либо открытые или закрытые источники огня.

Таблица 1.7 – Минимальные расстояния от КС и ГРС газопровода до объектов

Расчет скорости газа в трубопроводе — Добыча, сбор, подготовка и межпромысловый транспорт газа

Расчет скорости газа в трубопроводе — Добыча, сбор, подготовка и межпромысловый транспорт газа — Нефтегазовый форум Jump to content

Олег Калинин

Дмитрий Загоруйко

Олег Калинин

Константин Любнардович Каприелов

Олег Калинин

Константин Любнардович Каприелов

Олег Калинин

Дмитрий Загоруйко

Олег Калинин

Константин Любнардович Каприелов

Борис Коган

Константин Любнардович Каприелов

Борис Коган

Константин Любнардович Каприелов

Дмитрий Симонов

Дмитрий Загоруйко

Нил Ханнанов

Константин Любнардович Каприелов

Нил Ханнанов

Дмитрий Симонов

1.5 Средняя скорость движения газа в газопроводе и суточная потеря газа при истечении его из отверстия в теле трубы.

Среднюю скорость движение газа определим по номограмме (рисунок 1.1) для следующих условий:

– среднее давление газа в трубопроводе Р_ср = 7,138 МПа;

– внутренний диаметр трубы D_вн=118,4 см;

По номограмме находим .

Согласно СТО Газпром 2-3.5-051-2006 скорость газа не должна превышать 20 м/с, данное требование выполняется.

Критическое отношение давлений для газа (считаем газ – метан, показатель адиабаты k = 1,31)

Массовый секундный и массовый суточный расходы вытекающего газа

где показатель рода газа

Рисунок 1.1 – Номограмма для определения средней скорости движения газа

1.6 Охранные зоны магистрального газопровода.

Таблица 1.6 – Минимальные расстояния от оси газопровода до объектов

Объекты, здания и сооружения

Кабели междугородной связи и силовые электрокабели

Притрассовые постоянные дороги, предназначенные только для обслуживания трубопроводов

перемещать, засыпать и ломать опознавательные и сигнальные знаки, контрольно-измерительные пункты;
открывать люки, калитки и двери необслуживаемых усилительных пунктов кабельной связи, ограждений узлов линейной арматуры, станций катодной и дренажной защиты, линейных и смотровых колодцев и других линейных устройств, открывать и закрывать краны и задвижки, отключать или включать средства связи, энергоснабжения и телемеханики трубопроводов;
устраивать всякого рода свалки, выливать растворы кислот, солей и щелочей;
разрушать берегоукрепительные сооружения, водопропускные устройства, земляные и иные сооружения (устройства), предохраняющие трубопроводы от разрушения, а прилегающую территорию и окружающую местность — от аварийного разлива транспортируемой продукции;
бросать якоря, проходить с отданными якорями, цепями, лотами, волокушами и тралами, производить дноуглубительные и землечерпальные работы;
разводить огонь и размещать какие-либо открытые или закрытые источники огня.

Читать статью Расчет массы газа в трубопроводе

Таблица 1.7 – Минимальные расстояния от КС и ГРС газопровода до объектов

Объекты, здания и сооружения

Мосты железных дорог общей сети и автомобильных дорог I и II категорий с пролетом свыше 20 м

Автомобильные дороги IV, V, III-п и IV-п категорий

Лесные массивы пород:

28. Изменение давления по длине газопровода

Рассмотрим участок газопровода протяженностью L, с давлением в начале P_Ни конце участка P_К(рис 2.3).

Рис. 2.3. Расчетная схема газопровода

Если газопровод не имеет сбросов и подкачек, то массовый расход газа в нем неизменен. На этом основании можно записать

где x,P_X– соответственно расстояние от начального пункта газопровода до произвольного сечения и давление в этом сечении.

Освобождаясь от знаменателей и решая (2.33) относительно Px, получим формулу распределения давления по длине газопровода

Зависимость (2.33) является уравнением параболы (рис. 2.4). По мере удаления от начала газопровода, интенсивность падения давления возрастает. Это объясняется тем, что с понижением давления уменьшается плотность газа. В соответствии с уравнением неразрывности, при уменьшении плотности газа увеличивается скорость его движения, то есть возрастают потери на трение и, следовательно, возрастает гидравлический уклон. Таким образом, потери давления на трение пропорциональны квадрату скорости газа.

Сувеличением расстояния между компрессорными станциями возрастают удельные потери давления, а значит, и потери энергии на перекачку газа. Следовательно, для уменьшения удельных энергозатрат на перекачку газа – одной из основных статей эксплуатационных расходов на газопроводах, целесообразно работать с высокими давлениями на входе КС. Несмотря на то, что при этом возрастает количество компрессорных станций, экономия энергозатрат весьма существенна.

29. Среднее давление в газопроводе

Среднее давление газа в газопроводе необходимо для определения его физических характеристик, а также для нахождения количества газа, заключенного в объеме трубопровода.

Поскольку изменение давления по длине газопровода происходит по закону параболы (рис. 2.5), то среднее давление необходимо определять как его среднеинтегральное значение

Рис. 2.5. Среднее давление в газопроводе

Введем новую переменную

Подставляя (2.36) и (2.38) в исходное выражение (2.35), получим

Найдем пределы интегрирования

Следовательно, среднее давление в газопроводе составит

30. Изменение температуры газа по длине газопровода

При стационарном движении газа массовый расход в газопроводе составляет

Фактически движение газа в газопроводе всегда является неизотермическим. В процессе компримирования газ нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в трубопровод газа составляет порядка 2040С, что существенно выше температуры окружающей среды (T₀). Практически температура газа становится близкой к температуре окружающей среды лишь у газопроводов малого диаметра (Dу0. Кроме того следует учесть, что транспортируемый по трубопроводу газ является реальным газом, которому присущ эффект Джоуля-Томпсона, учитывающий поглощение тепла при расширении газа.

При изменении температуры по длине газопровода движение газа описывается системой уравнений:

удельной энергии ,

состояния ,

Рассмотрим в первом приближении уравнение теплового баланса без учета эффекта Джоуля-Томпсона. Интегрируя уравнение теплового баланса

где ;

K_СР– средний на участке полный коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду;

G– массовый расход газа;

c_P– средняя изобарная теплоемкость газа.

Величина a_tLназывается безразмерным критерием Шухова

Таким образом, температура газа в конце газопровода составит

На удалении xот начала газопровода температура газа определяется по формуле

Изменение температуры по длине газопровода имеет экспоненциальный характер (рис. 2.6).

Рассмотрим влияние изменения температуры газа на производительность газопровода.

Умножив обе части уравнения удельной энергии на  2 и выразив, получим

Выразим плотность газа в левой части выражения (2.46) из уравнения состояния , произведениеwиз уравнения неразрывности,dxиз уравнения теплового баланса.

С учетом этого уравнение удельной энергии принимает вид

Обозначив и интегрируя левую часть уравнения (2.48) отP_НдоP_К, а правую отT_НдоT_К, получим

Произведя интегрирование в указанных пределах, получим

. (2.52)

где – поправочный коэффициент, учитывающий изменение температуры по длине газопровода (неизотермичность газового потока).

С учетом (2.53) зависимость для определения массового расхода газа примет вид

Значение _Нвсегда больше единицы, следовательно, массовый расход газа при изменении температуры по длине газопровода (неизотермическом режиме течения) всегда меньше, чем при изотермическом режиме (T₀=idem). Произведение T₀_Нназывается среднеинтегральной температурой газа в газопроводе.

При значениях числа Шухова Шу4 течение газа в трубопроводе можно считать практически изотермическим при T₀=idem. Такой температурный режим возможен при перекачке газа с небольшими расходами по газопроводам малого (менее 500 мм) диаметра на значительное расстояние.

При перекачке газа наличие дроссельного эффекта приводит к более глубокому охлаждению газа, чем только при теплообмене с грунтом. В этом случае температура газа может даже опуститься ниже температурыT₀ (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Влияние эффекта Джоуля-Томпсона на распределение температуры газа по длине газопровода

1 – без учета Di; 2 – с учетомDi

Тогда с учетом коэффициента Джоуля-Томпсона закон изменения температуры по длине принимает вид

https://terman-s.ru/raznoe-2/skorost-gaza-v-gazoprovode-proektirovanie-gazosnabzheniya-raschet-diametra-gazoprovoda.html

Декабрь 2024
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
						1
2	3	4	5	6	7	8
9	10	11	12	13	14	15
16	17	18	19	20	21	22
23	24	25	26	27	28	29
30	31