Гидравлический расчет магистрального газопровода

При выполнении гидравлического расчета газопровода определяют падение давления в газопроводе и расстояния между КС при заданных значениях пропускной способности газопровода и других исходных данных. Пропускной способностью газопровода называется максимальное количество газа, которое может быть перекачано за сутки при поддержании в начале участка максимально возможного давления по условиям прочности газопровода и минимально допустимого давления в конце участка, устанавливаемого от его назначения. Например, минимально допустимое давление перед газораспределительной станцией (ГРС) выбирают из условия надежной работы ее оборудования и газового хозяйства потребителей, а перед КС – с учетом характеристики установленных на ней компрессорных машин и обеспечения перекачки ими заданного количества газа при максимальном по условиям прочности газопровода давлении нагнетания.

1.1 Определяется расчетная суточная пропускная способность газопровода

q = Q _г / (365· k _и), млн. м³/ сут.

где Q _г – годовой расход газа, т.е. количество газа, поступающего в газопровод в течение года (при 20°Cи 760 мм ртутного столба» 0,1 МПа), млн.м³ /год;

k _и – оценочный коэффициент использования пропускной способности газопровода

k _и = k ₁· k ₂· k ₃ ,

где k ₁ – коэффициент повышенного спроса газа, k ₁ = 0,95;

k ₂ – коэффициент экстремальных температур, k ₂ = 0,98;

k ₃ – коэффициент надежности, учитывающий отказы линейной части и оборудования КС магистрального газопровода; k ₃ принимают по ОНТП 51-1 – 85 в зависимости от диаметра и длины газопровода и установленного оборудования на КС.

Для сложных газотранспортных систем k _и = 0,875 ¸ 0,92 ([58], стр. 143).

1.2 Задаются тремя диаметрами газопровода в зависимости от суточной пропускной способности газопровода ([59], стр. 127, табл. 10.1) и толщиной стенки трубы для выбранных диаметров ([2], стр. 27-29, табл. 9; [21], стр. 145-148, табл. 20)

D ₁ и d₁, мм

D ₂ и d₂, мм

D ₃ и d₃, мм

1.3 Определяются внутренние диаметры газопровода d ₁, d ₂, d ₃

d = D - 2·d, мм

1.4 Определяется средняя температура газа в газопроводе по номограмме ([54], стр. 105, рис54).

Ориентировочно принимаются коэффициент теплопередачи от газа в грунт

k = 1,74 Вт/м²·К, длина расчетного участка L км, задаются величиной t _н - t _гр, где t _н – начальная температура газа и t _гр – температура грунта.

По номограмме определяется t _ср1, t _ср2 , t _ср3 . Рассчитываются абсолютные температуры

Т _ср1 , Т _ср2 , Т _ср3.

Т _ср = t _ср + 273, К

1.5 Определяется среднее давление газа в газопроводе

p _ср = 2/3· [ p _н + p _к² (p _н + p _к)],МПа,

где p _н - начальное давление в газопроводе, МПа;

p _к - конечное давление в газопроводе, МПа. Если конечное давление газа неизвестно, то им предварительно задаются в зависимости от начального давления и типа установленных на КС компрессорных машин, а затем проверяют в ходе гидравлического расчета ([58], стр.153; [59], стр.121).

1.6 Определяются приведенные параметры газа: приведенные температуры Т _пр1, Т _пр2, Т _пр3 и приведенное давление р _пр

Т _пр = Т _ср / Т _кр

р _пр = p _ср / р _кр

где Т _кр – критическая температура газа, К. Это такая температура, выше которой ни при каком повышении давления нельзя сконденсировать пар (перевести в жидкое состояние);

р _кр – критическое давление газа, МПа. Это такое давление, выше которого нельзя испарить жидкость ни при каком повышении температуры.

1.7 Определяются коэффициенты сжимаемости газа z ₁, z ₂, z ₃, которые характеризуют (учитывают) отклонение реальных газов от законов идеальных газов. ([5], стр. 216, рис. 10.1; [41], стр. 22, рис, 1.2.; [59], стр. 107 рис. 43; [58], стр.34, рис.3.3).

1.8 Определяются числа Рейнольдса (Re ₁, Re ₂, Re ₃)

Re = 17,75·10³· q ·D /(m· d),

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

D - относительная плотность газа - это отношение плотности газа к плотности воздуха при одинаковых условиях;

m - динамическая (абсолютная) вязкость газа, Па·с;

d – внутренний диаметр газопровода, мм.

Если Re < 2300, то режим движения газа ламинарный (в газопроводах не встречается).

Если Re > 2300, то режим движения газа турбулентный.

1.9 Определяется закон сопротивления (зона трения), для чего находятся условные (пересчитанные) пропускные способности q _пер1, q _пер2, q _пер3.

q _пер = 0,0408· d ^2,5·m / D, млн. м³/ сут.

Если q > q _пер, то закон сопротивления (зона трения) квадратичный.

Если q < q _пер, то закон сопротивления (зона трения) переходный.

1.10 Определяются коэффициенты гидравлического сопротивления l_тр1, l_тр2, l_тр3 при трении газа о стенки газопровода

Для квадратичного закона сопротивления l_тр = 0,067·(2· k _э / d)^0,2

Для переходного закона сопротивления l_тр = 0,067·(158 / Re + 2· k _э / d)^0,2,

где k _э – эквивалентная шероховатость стенок труб, мм ([5], стр. 276; [58], стр. 144; [59],стр. 117).

1.11 Определяются коэффициенты гидравлического сопротивления l₁, l₂, l₃ с учетом местных потерь напора, принимаемых в размере 2 – 5 % от линейных потерь напора ([58], стр. 145)

l = а ·l_тр,

где а – коэффициент, учитывающий местные потери напора. Рекомендуется a = 1,02 ÷ 1,05.

1.12 Определяется расстояние между КС (l ₁, l ₂, l ₃ ) (длина перегона)

Для квадратичного закона сопротивления l = [(А·d ^2,6)² /(D· T _ср· z)]·[(p _н² - p _к²)/ q ²], км

Для переходного закона сопротивления l = [(А'·d ^2,5)² /(l·D· T _ср· z)]·[(p _н² - p _к²)/ q ²], км,

где А = 16,7·10^-6·a·j· Е; А' = 3,32·10^-6·a·j· Е,

где a – коэффициент, учитывающий отклонение закона сопротивления газа от квадратичного ([5], стр. 277, рис. 13.2; [58], стр. 145; [59], стр. 117;

j – коэффициент, учитывающий наличие в газопроводе подкладных колец ([5], стр. 277, [58], стр. 145; [59], стр. 117);

Е – коэффициент эффективности работы газопровода, учитывающий состояние внутренних стенок газопровода, влияющее на гидравлическое сопротивление, - засоренность газопровода, увеличенное число местных сопротивлений ([5], стр. 277; [58], стр. 145-146; [59], стр. 117).

1.13 Определяется длина последнего участка l _п1, l _п2, l _п3

Для квадратичного закона сопротивления l _п = [(А·d ^2,6)² /(D· T _ср· z)]·[(p _н² - p _п²)/ q ²], км

Для переходного закона сопротивления l _п = [(А'·d ^2,5)² /(l·D· T _ср· z)]·[(p _н² - p _п²)/ q ²], км,

где p _п – давление в конце последнего участка, МПа

1.14 Определяется расчетное число компрессорных станций (КС) n _расч1, n _расч2 , n _расч3

n _расч = (L - l _п) / l,

где L – длина магистрального газопровода, км

Принимается число компрессорных станций (КС) (ближайшее большее целое число к n _расч) n ₁, n ₂, n ₃ .

1.15 Определяется действительное расстояние между компрессорными станциями (КС) (длина перегона) l _д1, l _д2, l _{д 3}

l _д = (L - l _п) / n, км

1.16 Проверяется конечное давление в газопроводе р _к1 , р _к2 , р _к3

Для квадратичного закона сопротивления р _к =Ö р _н² - (D· T _ср· z · q ²· l _д) / [(А·d ^2,6)²], МПа

Для переходного закона сопротивления р _к =Ö р _н² - (l·D· T _ср· z·q ²· l _д) / [(А'·d ^2,5)² ], МПа