Расчет магистрального газопровода

Расчет магистрального газопровода

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАМСКИЙ ИНСТИТУТ ГУМАНИТАРНЫХ И ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Факультет « Нефтегазовые и строительные технологии»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Выполнил: студент УЗНД 64.1

Е.Ю. Виноградова

Исходные данные

Выполнить расчёт магистрального газопровода, для перекачки Q_г=31,7млрд.м³/год протяжённостью L=2000км. По газопроводу транспортируется газ следующего состава:

Средняя температура грунта на глубине заложения оси газопровода составляет Т_о=278°К, средняя температура воздуха Т_возд=286°К. Газопровод прокладывается в смешанных грунтах (К_ср=1Вт/(м³·К)).

Выбрать рабочее давление, определить количество компрессорных станций и расстояние между ними. Выполнить уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями.

1. Выбор рабочего давления и определение диаметра газопровода

Принимаем рабочее (избыточное) давление в газопроводе Р=7,35МПа. Значения абсолютного давления на входе и выходе центробежного нагнетателя составляет соответственно Р_вс=5,1МПа и Р_наг=7,46МПа. Согласно принятого уровня давления и годовой производительности по табл.2 принимаем условный диаметр газопровода D_у=1400мм.

Для строительства газопровода принимаем трубы D_н=1420мм Харцызского трубного завода, изготовленные по ТУ 14-3-446-76 из стали 17Г2АФ.

Для принятого диаметра определяем значения расчётного сопротивления металла трубы и толщины стенки газопровода.

; где

- нормативное сопротивление растяжению (сжатию), равное временному сопротивлению стали на разрыв, МПа (); m - коэффициент условий работы; k₁ - коэффициент надёжности по материалу; k_н - коэффициент надёжности по назначению;

Коэффициенты n_р, m, k₁, k_н определяются по СНиП 2.05.06-85*.

Толщина стенки газопровода:

; где

Р - рабочее давление в трубопроводе, МПа; n_p - коэффициент надёжности по нагрузке; R₁ - расчётное сопротивление металла трубы, МПа.

.

Принимаем стандартную толщину стенки трубы δ_н=15,7мм. Внутренний диаметр газопровода равен:

;

. Расчёт свойств перекачиваемого газа

газопровод гидравлический компрессорный давление

Основными свойствами газа, необходимыми для выполнения технологического расчёта газопровода, являются: плотность, молярная масса, газовая постоянная, псевдокритические температура и давление, относительная плотность газа по воздуху. Некоторые свойства компонентов природных газов приведены в таблице №1 (учебно-методические указания по выполнению контрольных работ)

Плотность газа при стандартных условиях согласно формулы аддитивности (сложения):

, где (1.1)

а₁…а_n - доля каждого компонента в смеси для данного состава газа;

ρ₁…ρ_n - плотность компонента при стандартных условиях, кг/м³.

Молярная масса определяется по формуле

, где (1.2)

М₁…М_n -молярная масса компонента, кг/кмоль.

Газовая постоянная по формуле:

, где (1.3)

=8314,4 - универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К).

Псевдокритические температура и давление по формулам Псевдокритические температура Т_пк (К) и давление Р_пк (МПа) для природных газов с содержанием метана 85% и более могут быть найдены по известной плотности газа при стандартных условиях:

 (1.4)

. (1.5)

Относительная плотность газа по воздуху:

. (1.6)

Суточная производительность газопровода при стандартных условиях Q (млн.м³/сут) определяется по формуле:

, где (1.7)

к_н - оценочный коэффициент пропускной способности газопровода, который ориентировочно можно принять к_н=0,9.

3. Определение расстояния между компрессорными станциями и числа КС

Пользуясь формулой пропускной способности газопровода

, (1.8)

выразим длину линейного участка между компрессорными станциями

, где (1.9)

D_вн - внутренний диаметр газопровода, м; Р_н и Р_к - соответственно давления в начале и в конце линейного участка газопровода, МПа; λ - коэффициент гидравлического сопротивления; Z_ср - средний по длине коэффициент сжимаемости газа Z_ср=f(Р_ср, Т_ср); Δ - относительная плотность газа.

Для расчёта расстояния между КС можно принять ориентировочное значение средней температуры, например:

, где (1.10)

Т_о - температура окружающей среды на глубине заложения газопровода; Т_н - температура газа на входе в линейный участок, которую можно принять равной 303÷313°К.

Давление в начале участка газопровода определяется, как:

, где (1.11)

δР_вых - потери давления в трубопроводе между компрессорным цехом и узлом подключения к линейной части магистрального газопровода (без учёта потерь давления в системе охлаждения транспортируемого газа); δР_охл - потери давления в системе охлаждения газа, включая его обвязку. При охлаждении газа в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) следует принимать δР_охл=0,06МПа. При отсутствии охлаждения газа δР_охл=0.

Давление в конце участка газопровода:

, где (1.12)

ΔP_вс - потери давления газа на входе КС с учётом потерь давления в подводящих шлейфах и на узле очистки газа.

Коэффициент гидравлического сопротивления λ определяется по формуле:

, где (1.13)

Е_г - коэффициент гидравлической эффективности, принимается по результатам расчётов диспетчерской службы в соответствии с отраслевой методикой; при отсутствии этих данных коэффициент гидравлической эффективности принимается равным 0,95, если на газопроводе имеются устройства для периодической очистки внутренней полости трубопроводов, а при отсутствии указанных устройств, принимается равным 0,92.

Коэффициент сопротивления трению для всех режимов течения газа в газопроводе определяется по формуле:

, где (1.14)

к_э - эквивалентная шероховатость труб; для монолитных труб без внутреннего антикоррозионного покрытия принимается равной 3·10^-5м; D_вн - внутренний диаметр трубопровода, м; Re - число Рейнольдса, которое определяется по формуле:

, где (1.15)

Q - производительность газопровода, млн.м³/сут; μ - коэффициент динамической вязкости, Па·с.

В первом приближении можно принять квадратичный режим течения газа и λ_тр определить как:

 (1.16)

Полагая, что газопровод будет оборудован устройствами для очистки внутренней полости (Е₁=0,95), коэффициент гидравлического сопротивления λ по формуле (1.13)

.

Значения приведённых давления и температуры при Р=Р_ср и Т=Т_ср определяется как

 (1.17)

 (1.18)

Среднее давление в газопроводе

 (1.19)

Коэффициент сжимаемости газа по формуле

, где (1.20)  (1.21)

Расчётное расстояние между КС по формуле (1.9) составит

Вычислив расстояние между КС, определяем требуемое число компрессорных станций:

. (1.22)

.

Округляем расчётное число КС до n =21, после округления найденного числа КС n_o до целого значения n (как правило, в бо́льшую сторону), уточняем значения расстояния между КС

4. Уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями

Уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода между двумя компрессорными станциями производится с целью определения давления и температуры газа в конце рассматриваемого участка.

Абсолютное давление в конце участка газопровода определяется из формулы расхода:

. (1.23)

В этом уравнении величина λ определяется из формулы (1.14) с учётом коэффициента динамической вязкости μ при средних значениях температуры и давления газа на линейном участке, которые определяются методом последовательных приближений.

Принимаем в качестве первого приближения значения λ, Т_СР и Z_СР из первого этапа вычислений:

Определяем по формуле (1.23) в первом приближении значение Р_К

Определяем среднее давление по формуле (1.19)

Определяем средние значения приведённого давления и температуры по формулам (1.17) и (1.18)

Для расчёта конечного давления во втором приближении вычисляются уточнённые значения Т_ср, λ и Z_ср. Для определения Т_ср используется величина средней удельной теплоёмкости С_р, коэффициент Джоуля-Томсона D_i и коэффициент a_t, вычисленные для значений Р_ср и Т_ср первого приближения.

Удельная теплоёмкость газа С_р (кДж/(кг·К)) определяется:

. (1.24)

Коэффициент Джоуля-Томсона D_i (К/МПа)

. (1.25)

Средняя температура газа рассчитывается по формуле:

. (1.26)

; (1.27)

К_ср - средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/(м²·К).

Рассчитываем коэффициент а_t по формуле (1.27)

Вычисляем по формуле (1.26) значение средней температуры с учётом теплообмена с окружающей средой и коэффициента Джоуля-Томсона

Вычисляем уточнённые значения приведённой температуры Т_ПР и коэффициента сжимаемости Z_CР

Рассчитываем коэффициент динамической вязкости по формуле , и число Рейнольдса определяем по формуле (1.15).

Вычисляем по формулам (1.13) и (1.14) коэффициенты λ_ТР и λ

Конечное давление во втором приближении по формуле (1.24)

Относительная погрешность определения конечного давления составляет

Полученный результат отличается от предыдущего приближения более 1%. Поэтому приравниваем Р_К=Р′_К и уточняем расчёты, начиная с п.3. Результаты расчётов сведём в таблицу.

Таблица 1. Результаты уточнённого теплового и гидравлического расчёта линейного участка газопровода

Уточняется среднее давление по формуле (1.19)

Определяется конечная температура газа.

 (1.28)

На этом уточнённый тепловой и гидравлический расчёт участка газопровода можно считать завершённым.