Эксплуатация газопровода

- коэффициенты  надежности по материалу , (4, табл. 9 и 11);

- нормативное сопротивление растяжению металла трубы, равно пределу прочности металла трубы, .

После округления до ближайшего стандартного значении по сортаменту:

.

Внутренний диаметр трубопровода:

.

Проверка продольных осевых напряжений:

,

- коэффициент линейного  расширения металла трубы, ;

E – модуль упругости металла, E = 2.06·10¹¹ [МПа], (4 табл. 12);

- расчетный температурный  перепад, равный разности между максимальной температурой эксплуатации (максимальная температура грунта на глубине заложения трубопровода (6, табл. 4.13) и минимальной температурой укладки трубопровода (температура воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0.98 (6, табл. 4.14):

;

 – коэффициент Пуассона, для сталей .

Так как , то надо учитывать осевые сжимающие напряжения.

 – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние труб.

=0.954.

Толщина стенки при наличии продольных осевых сжимающих напряжений:

.

Оставляем выбранное ранее значение толщины стенки по стандарту.

Проверка на прочность подземного (наземного) трубопровода в продольном направлении:

,

 – коэффициент,  учитывающий двухосное напряженное  состояние металла труб. При определяется по формуле:

.

 – кольцевые  напряжения от расчетного внутреннего  давления.

.

.

Условие прочности выполняется: - толщина стенки рассчитана верно.

Проверку на прочность надземных  трубопроводов следует производить  из условия:

,

 – расчетное  сопротивление сжатию;

,

- коэффициенты  надежности по материалу , (4, табл. 10 и 11);

- нормативное сопротивление растяжению металла трубы, равно пределу текучести металла трубы, .

  – коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб. определяется по формуле:

.

.

Условие прочности выполняется: - толщина стенки рассчитана верно.

 

РАССТАНОВКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СТАНЦИЙ

 

Условно примем глубину заложения  оси трубопровода как 1.6 [м]. Определим температуру грунта:

;

;

.

Выходное давление со станции:

,

 – потери на всасывание, .

Среднее давление на участке:

.

Приведенное давление и температура:

,

,

Среднее значение изобарной теплоемкости природного газа С_р в диапазоне температур 250-400 [К], при давлениях до 15 [МПа] вычисляют по формуле:

;

;

 ;

 

 

 .

Среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона D_i  для природных газов вычисляют по формуле:

;

 

 

 

 

 

Среднее значение коэффициента сжимаемости  по длине газопровода:

 

,

,

.

Динамическая вязкость:

,

 

 

,

,

,

 

.

Число Рейнольдса Re вычисляем по формуле:

 - зона квадратичного режима.

,

- эквивалентная шероховатость,  т.е. средняя высота линейных  выступов (для новых газопроводов  ). При эквивалентной шероховатости, равной 0.03 [мм]:

,

Е – коэффициент гидравлической эффективности, безразмерный, Е = 0.95.

 Определяем расстояние между  станциями по формуле:

=

Длина последнего перегона:

 .

Определим количество КС:

 

Число промежуточных КС -  . Уточним длину перегонов.

.

 

 

ТЕПЛОВОЙ  РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА

 

Температуру газа в любой  точке однониточного газопровода  при любом способен прокладки  можно определить по формуле:

.

При x=L можно получить конечную температуру перегона:

.

Выбор расчетной температуры  окружающей среды Т₀ и коэффициента теплопередачи К_ср производится в зависимости от способа прокладки газопровода.

Перегон между ГКС и КС1 (надземная прокладка)

При надземной прокладке  газопровода расчетную температуру  внешней среды Т₀ вычисляют по формуле:

 

.

- коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью трубопровода, [Вт/м2 с]. Определяется по СНиП 23-02.

- средняя температура  атмосферного воздуха расчетного  календарного периода, [К].

- суммарная солнечная  радиация, [Вт/м²];

υ - скорость ветра, [м/с];

n – коэффициент, учитывающий условия работы газопровода: при наличии снежного покрова следует принимать n=2.6, при отсутствии - n=1.6.

Значения , , υ следует выбирать по СНиП 23-09. В соответствии с нормативными документами принимаются следующие значения коэффициентов:

=0.9;

=5.1 [°С];

=514.58 [Вт/м²] (среднее значение суммарной солнечной радиации за год для Брянска);

υ =4.7 [м/с];

n=1.6.

 

;

.

Общий коэффициент теплопередачи К_ср от газа в окружающую среду для надземных газопроводов определяют по формуле:

 

- коэффициент теплоотдачи  от поверхности трубы в атмосферу, [Вт/м²·К].

Термическое сопротивление  изоляции трубопровода:

;

δ_из – толщина изоляционного покрытия.

Изоляционное покрытие –  ленточное, 3-х слойное, нормального  исполнения:

δ_из =20 [мм];

λ_из=0.36 [].

Наружный диаметр теплоизолированного  трубопровода:

.

Уточнение средней температуры  перегона:

;

;

.

Проделаем несколько итераций значения для достижения необходимой точности:

	Tср	Рпр	Тпр	Cp	Di	Z	a	Tср'	φ ,%
1	278.58	1.401	1.329	2620.98	5.324	0.789	0.0190	290.84	0.0421
2	290.84	1.401	1.387	2508.10	4.901	0.818	0.0198	291.19	0.0012
3	291.19	1.401	1.389	2505.20	4.889	0.819	0.0199	291.20	0.0031

 

Конечное давление на перегоне:

.

Среднее давление на перегоне:

.

Конечная температура  перегона:

.

Перегон между КС1 и КС2 (наземная прокладка)

Определяем расчетную температуру  окружающей среды [2]. При наземной прокладке  газопровода расчетную температуру  окружающей среды  вычисляют по формуле:

;

- наружный диаметр газопровода  без изоляции, [мм];

, - коэффициенты теплопередачи от газопровода вверх и вниз, соответственно, [Вт/м²·К];

=5.6 [К] - естественная температура грунта на глубине h₀, определяют экспериментально или в соответствии со справочниками по климату РФ;

;

;

;

.

λ_гр=1.16 [Вт/м К] (песчаный грунт)

h₀ – глубина заложения оси трубы (расстояние от поверхности насыпи до оси трубы), [м];

;

.

.

- диаметр эквивалентного  кольца насыпи, [м];

.

- ширина насыпи в сечении  ее основания и в верхней  части, соответственно, [м];

- ширина насыпи в сечении  на уровне оси трубы, [м],

;

;

.

h_н – высота насыпи, м;

;

.

d_сн – толщина снежного покрова, [м];

l_сн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, [Вт/м×К],  допускается принимать в зависимости от состояния снега: снег свежевыпавший – 0.1 [Вт/м×К]; снег уплотненный – 0.35 [Вт/м×К]; снег тающий – 0.64 [Вт/м×К];

.

α_вн – коэффициент теплоотдачи от поверхности насыпи в воздух, [Вт/м²К];

;

;

;

.

Уточнение средней температуры  перегона:

;

;

.

Проделаем несколько итераций значения для достижения необходимой точности:

	Tср	Рпр	Тпр	Cp	Di	Z	a	Tср'	φ ,%
1	278.58	1.40	1.329	2620.98	5.325	0.7891	0.0016	286.53	0.0271
2	286.53	1.40	1.366	2545.21	5.047	0.8087	0.0016	286.70	0.0006

Конечное давление на перегоне:

.

Среднее давление на перегоне:

.

Конечная температура  перегона:

.

Конечный  перегон (подземная прокладка)

При подземной прокладке  газопровода значение Т_о должно приниматься равным среднему за рассматриваемый период значению температуры грунта Т_гр на глубине заложения оси трубопровода в естественном тепловом состоянии.

.

Общий коэффициент теплопередачи К_ср от газа в окружающую среду для надземных газопроводов определяют по формуле:

;

;

;

a_гр – коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, [Вт/м²К];

l_гр – коэффициент теплопроводности грунта, [Вт/м²К]; 

l_сн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, [Вт/м²К];

a_в – коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в атмосферу, [Вт/м²К],  определяют по формуле:

;

;

;

.

Уточнение средней температуры  перегона:

;

;

.

Проделаем несколько итераций значения для достижения необходимой точности:

	Tср	Рпр	Тпр	Cp	Di	Z	a	Tср'	φ ,%
1	278.58	1.40	1.329	2620.98	5.325	0.7891	0.0013	286.12	0.0263
2	286.12	1.40	1.365	2548.93	5.060	0.8077	0.0013	286.31	0.0006

Конечное давление на перегоне:

.

Среднее давление на перегоне:

.

Конечная температура  перегона:

.

 

 

 

ВЫБОР ГПА. РАСЧЕТ КС

Головная  КС

Параметры на входе в КС:

;

;

.

Исходя из заданной производительности и в соответствии с каталогом  газодинамических характеристик ЦБК  природного газа [7], выбираем полнонапорные агрегаты ГРП-12Р «Урал», соединенные параллельно.

Тип компрессора – СПЧ 235-1.45/76

Тип ГПА – ГРП-12Р «Урал»

Тип привода – ПС-90

Номинальная мощность – 12 [МВт]

Давление на входе/выходе – 52.4/76.0 [кГс/см²]

Степень сжатия – 1.45

Производительность -23.4 [млн.м³/сут.]

Политропный кпд – 0.83

Номинальные обороты – 6500 [об/мин]

Завод-изготовитель – НЗЛ

Год выпуска – 1995

Приведенные характеристики нагнетателя СПЧ 235-1.45/76:

;

;

.

Определяем количество ГПА  на станции:

.

Берем .

Агрегаты  будут работать по схеме: 4+1, 4 рабочих и 1 в резерве.

Плотность газа при всасывании:

.

Коэффициент сверхсжимаемости:

;

;

;

;

.

Объемная производительность приведенная к условиям входа:

;

.

Определим степень сжатия ε:

.

Выберем 3 значения n близких к : 6100 [об/мин]; 6300 [об/мин]; 6700 [об/мин] и рассчитаем:

;

.

n, [об/мин]	6100	6300	6700
	1.049	1.084	1.153
	284.71	275.68	259.22