Расчет магистрального газопровода
Dвн — внутренний диаметр газопровода, м; Рн и Рк — соответственно давления в начале и в конце линейного участка газопровода, МПа; л — коэффициент гидравлического сопротивления; Zср — средний по длине коэффициент сжимаемости газа Zср=f (Рср, Тср); Д — относительная плотность газа. Для расчёта конечного давления во втором приближении вычисляются уточнённые значения Тср, л и Zср. Для определения Тср… Читать ещё >
Расчет магистрального газопровода (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
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 Qг=31,7млрд.м3/год протяжённостью L=2000км. По газопроводу транспортируется газ следующего состава:
Компонент | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | C5H12 | CO2 | N2 | |
Объёмная доля, % | 90,0 | 5,0 | 3,0 | 0,7 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | |
Средняя температура грунта на глубине заложения оси газопровода составляет То=278°К, средняя температура воздуха Твозд=286°К. Газопровод прокладывается в смешанных грунтах (Кср=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 Рвс=5,1МПа и Рнаг=7,46МПа. Согласно принятого уровня давления и годовой производительности по табл.2 принимаем условный диаметр газопровода Dу=1400мм.
Для строительства газопровода принимаем трубы Dн=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; kн — коэффициент надёжности по назначению;
Коэффициенты nр, m, k1, kн определяются по СНиП 2.05.06−85*.
Толщина стенки газопровода:
; где Р — рабочее давление в трубопроводе, МПа; np — коэффициент надёжности по нагрузке; R1 — расчётное сопротивление металла трубы, МПа.
.
Принимаем стандартную толщину стенки трубы дн=15,7 мм. Внутренний диаметр газопровода равен:
;
2. 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…аn — доля каждого компонента в смеси для данного состава газа;
с1…сn — плотность компонента при стандартных условиях, кг/м3.
Молярная масса определяется по формуле
где (1.2)
М1…Мn -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 Тпк (К) и давление Рпк (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)
кн — оценочный коэффициент пропускной способности газопровода, который ориентировочно можно принять кн=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)
Dвн — внутренний диаметр газопровода, м; Рн и Рк — соответственно давления в начале и в конце линейного участка газопровода, МПа; л — коэффициент гидравлического сопротивления; Zср — средний по длине коэффициент сжимаемости газа Zср=f (Рср, Тср); Д — относительная плотность газа.
Для расчёта расстояния между КС можно принять ориентировочное значение средней температуры, например:
где (1.10)
То — температура окружающей среды на глубине заложения газопровода; Тн — температура газа на входе в линейный участок, которую можно принять равной 303ч313°К.
Давление в начале участка газопровода определяется, как:
где (1.11)
дРвых — потери давления в трубопроводе между компрессорным цехом и узлом подключения к линейной части магистрального газопровода (без учёта потерь давления в системе охлаждения транспортируемого газа); дРохл — потери давления в системе охлаждения газа, включая его обвязку. При охлаждении газа в аппаратах воздушного охлаждения (АВО) следует принимать дРохл=0,06МПа. При отсутствии охлаждения газа дРохл=0.
Давление в конце участка газопровода:
где (1.12)
ДPвс — потери давления газа на входе КС с учётом потерь давления в подводящих шлейфах и на узле очистки газа.
Коэффициент гидравлического сопротивления л определяется по формуле:
где (1.13)
Ег — 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)
кэ — эквивалентная шероховатость труб; для монолитных труб без внутреннего антикоррозионного покрытия принимается равной 3?10-5м; Dвн — внутренний диаметр трубопровода, м; Re — число Рейнольдса, которое определяется по формуле:
где (1.15)
Q — производительность газопровода, млн. м3/сут; м — коэффициент динамической вязкости, Па? с.
В первом приближении можно принять квадратичный режим течения газа и лтр определить как:
(1.16)
Полагая, что газопровод будет оборудован устройствами для очистки внутренней полости (Е1=0,95), коэффициент гидравлического сопротивления л по формуле (1.13)
.
Значения приведённых давления и температуры при Р=Рср и Т=Тср 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 no до целого значения n (как правило, в бомльшую 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 л определяется из формулы (1.14) с учётом коэффициента динамической вязкости м при средних значениях температуры и давления газа на линейном участке, которые определяются методом последовательных приближений.
Принимаем в качестве первого приближения значения л, ТСР и ZСР из первого этапа вычислений:
Определяем по формуле (1.23) в первом приближении значение РК
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 Тср, л и Zср. Для определения Тср используется величина средней удельной теплоёмкости Ср, коэффициент Джоуля-Томсона Di и коэффициент at, вычисленные для значений Рср и Тср первого приближения.
Удельная теплоёмкость газа Ср (кДж/(кг?К)) определяется:
. (1.24)
Коэффициент Джоуля-Томсона Di (К/МПа)
. (1.25)
Средняя температура газа рассчитывается по формуле:
. (1.26)
где аt — коэффициент (1/км), рассчитываемый, как
; (1.27)
Кср — средний на линейном участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/(м2?К).
Рассчитываем коэффициент аt 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 ТПР и коэффициента сжимаемости ZCР
Рассчитываем коэффициент динамической вязкости по формуле, и число Рейнольдса определяем по формуле (1.15).
Вычисляем по формулам (1.13) и (1.14) коэффициенты лТР и л 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 РК=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
Наименование расчётного параметра | Первое приближение | Второе приближение | Третье приближение | |
Конечное давление РК, МПа | 5,270 | 5,168 | 5,07 | |
Среднее давление РСР, МПа | 6,339 | 6,322 | 6,260 | |
Приведённая температура ТПР | 1,436 | 1,436 | 1,434 | |
Приведённое давление РПР | 1,40 | 1,389 | 1,383 | |
Теплоёмкость газа СР, кДж/(кг· К) | 2,727 | 2,726 | 2,722 | |
Коэффициент Джоуля-Томпсона Di, К/МПа | 3,707 | 3,706 | 3,712 | |
Параметр аt | 1,905· 10-3 | 1,968· 10-3 | 1,970· 10-3 | |
Средняя температура ТСР, К | 296,9 | 297,0 | 296,6 | |
Средний коэффициент сжимаемости ZСР | 0,851 | 0,882 | 0,846 | |
Динамическая вязкость м, Па· с | 1,251· 10-5 | 1,251· 10-5 | 1,22· 10-5 | |
Число Рейнольдса Re | 6,28· 107 | 6,28· 107 | 6,44· 107 | |
Коэффициент сопротивления трения лТР | 9,08· 10-3 | 9,08· 10-3 | 9,08· 10-3 | |
Коэффициент гидравлического сопротивления л | 1,056· 10-2 | 1,056· 10-2 | 1,056· 10-2 | |
Конечное давление Р?К | 5,168 | 5,07 | 5,05 | |
Относительная погрешность по давлению, % | 1,93 | 1,89 | 0,39 | |
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.