Определение среднего значения коэффициента теплопередачи от потока природного газа в окружающую среду на линейном участке газопровода

Исходные данные для расчета (Вариант 2)

Коммерческий расход газа Q= 320 млн*м³/сут;

длина линейного участка L= 140 км;

температура на входе в линейный участок T= 33;

температура на выходе из линейного участка T=15;

давление на входе в линейный участок (на выходе из компрессорной станции) p₁= 7,3 Па;

степень повышение давления =1,35;

диаметр газопровода наружный d=1220 мм;

диаметр газопровода внутренний d= 1180 мм ;

количество ниток газопровода n= 4;

политропный КПД центробежного нагнетателя ?=0,76;

молярная концентрация метана r = 0,98;

молярная масса природного газа = 16,2 кг/кмоль;

cредняя температура грунта 7 .

Расчет среднего значения коэффициента теплопередачи от потока природного газа в окружающую среду на линейном участке газопровода.

В процессе движения газа по магистральному газопроводу температура продукта постоянно изменяется. На компрессорных станциях газ в результате сжатия нагревается и даже после охлаждения в установках воздушного охлаждения газ в результате выхода из компрессорной станции, газ, подаваемый в магистральный газопровод, имеет температуру, существенно отличающуюся от температуры грунта.

По мере удаления от компрессорной станции газ охлаждается в результате теплообмена с грунтом и его температура становится близкой к температуре грунта. Кроме теплообмена с окружающим грунтом газ охлаждается в результате эффекта Джоуля-Томсона. Эффектом Джоуля-Томсона называется изменение температуры газа при адиабатическом дросселировании. При дросселировании реального газа, в отличие от идеального, в результате изменения внутренней энергии производится работа против сил взаимодействия молекул. Данный процесс и приводит к изменению температуры газа.

Коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду для газопроводов при подземной прокладке (без теплоизоляции) К_ср определится по формуле (1):

Где R_из — термическое сопротивление изоляции, м²· К/Вт, для газопроводов подземной прокладки без теплоизоляции R_из = 0;

б_гр— коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/м² · К (2).

Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи для грунта, состоящего из сухого песка, = 4,187 кДж/(м · ч·°С); для очень влажного песка = 12,54 кДж/(м· ч·°С); для влажной глины = 5,64 кДж (м· ч·°С).

где л_гр — коэффициент теплопроводности грунта, для смешанных грунтов (песок, глина, суглинок, песчаник), Вт/м· К, определится из выражения (3);

наружный диаметр трубопровода, мм.

10³ lgлгр= - 920,27 +13,9· щ+ 18,6- 0,36* (3).

где щ — влажность грунта, щ = 10 ч 30%; примем щ=20%;

с_гр — плотность грунта, с_гр = 1,6 ч 2 т/м³; примем =1,8 т/м³;

Т₀— температура грунта на глубине заложения оси трубопровода, К;

h_ое — эквивалентная глубина заложения, м, определится из выражения (4):

h_ое =, (4).

где глубина заложения трубопровода от поверхности грунта, м (5);

теплоотдачи от поверхности грунта атмосферу, Вт/м²*к (6);

толщина снежного покрова, м; примем.

Вт/м*К:

— для снега свежевыпавшего Вт/м*К;

— для снега уплотненного Вт/м*К;

— для снега тающего Вт/м*К.

Примем Вт/м*К.

Где — глубина заложения верхней образующей трубопровода от поверхности грунта, м. Для трубопроводов диаметром до 1000 мм принимается 0,8 м, для трубопроводов диаметром 1000 мм и выше принимается 1 м.

= 1 м;

м.

(6).

Где; примем .

Вт/м²*К.

• 10³ lgлгр= - 920,27 +13,9· щ+ 18,6- 0,36*
• 10³lgл_гр= - 920,27 +13,9· 0,2+ 18,6 — 0,36*

• 10³lgл_гр=-920,27+2,78+33,48+919,809−0,0144
• 1000lgл_гр=29,26

lgл_гр=0,0293.

л_гр=1,07 Вт/м· К.

h_оэ==2,21 м.

.

= 0,853 Вт/м²*К.

= 0,853 Вт/ м²*К.