Curs 9. Presiunea și temperatura medie a gazului la secțiunea principală a conductei de gaze
Atunci când se calculează proprietățile fizice ale unui gaz, atunci când se determină cantitatea de gaz dintr-o conductă de gaz, este necesar să se cunoască presiunea medie în secțiune. Deoarece viteza fluxului de gaze din conductă este variabilă, este mai întâi necesar să se stabilească mai întâi dependența schimbării de presiune de-a lungul lungimii secțiunii, deoarece nu se schimba pe o linie dreaptă.
9.1 Variația presiunii pe lungimea conductei de gaz
Luați în considerare secțiunea conductei de gaz pe distanțe lungi Lx între două stații de compresoare cu presiunea de la începutul PH și la sfârșitul secțiunii Pk. Definiți presiunea în orice punct al plotului, de exemplu Px la o distanță x de la originea sa (Figura 9.1).
Figura 9.1 - Variația presiunii de-a lungul lungimii
Să presupunem că nu există pompare și eșantionare de gaze la secțiunea conductei de gaz, atunci debitul de gaz în x
Deoarece fluxul de-a lungul secțiunii nu se schimbă, echivalăm laturile din dreapta ale ecuațiilor (9.1) și (9.2). Dacă λ, Z, δ, T în ecuațiile se presupune a fi constante, obținem
Ecuația (9.3) este distribuția de presiune de-a lungul lungimii conductei de gaz și este ecuația parabolică. Natura acestei curbe (Figura 9.1) indică faptul că gradientul de presiune crește pe lungimea conductei, adică Gradientul hidraulic, spre deosebire de conductele de petrol, nu este constant. Există o explicație fizică foarte clară pentru acest lucru. La începutul conductei de gaz la presiune înaltă, gazul este comprimat și densitatea sa este ridicată. Ca urmare, volumul specific al gazului este mic și viteza sa este mică. Pe măsură ce distanța de la conducte începe, presiunea gazului scade. Când reducerea presiunii crește volumul specific de gaz și, prin urmare, un tub de diametru constant mărește viteza gazului, ceea ce duce la o creștere a pierderii de presiune din cauza frecării este proporțională cu pătratul vitezei sale. Pe măsură ce distanța de la stația de compresor crește, viteza de scădere a presiunii crește și, prin urmare, se măresc pierderile de energie asociate cu mișcarea gazului prin țeavă. Din aceasta este clar că, pentru a reduce costul de pompare a gazelor, distanța dintre CS trebuie redusă. Cu toate acestea, numărul de stații va crește odată cu scăderea Lks care ar crește costul de capital de construcție și, în continuare, la o creștere a costurilor de exploatare. Prin urmare, la proiectarea conductelor de gaz, presiunea finală optimă și distanța dintre stații sunt determinate pe baza calculelor tehnice și economice. Pe conductele existente de gaze naturale, presiunea inițială este Рн = 7,5 MPa. finală - Рк = 5,1 MPa
9.2 Presiunea medie a conductelor de gaz
Așa cum sa stabilit mai sus, legea variației presiunii de-a lungul lungimii conductei de gaz este neliniară, deci presiunea medie trebuie definită ca valoarea integrală medie
Introducem o nouă variabilă
și diferențiind-o, obținem
Din (9.6) exprimăm dx
și înlocuim (9.5), (9.7) în (9.4).
Deoarece se introduce o nouă variabilă t. Este necesar să se clarifice noile limite ale integrării:
Apoi (9.4) va avea forma
Integrarea, după transformare, obținem
Să estimăm eroarea în aplicarea presiunii medii aritmetice în locul presiunii integrale medii.
Să găsim diferența absolută a acestor presiuni
Considerăm două cazuri. În primul caz, avem presiuni mari, de exemplu, cu o picătură mică
În al doilea caz, luăm mici presiuni, de exemplu cu o picătură mică
În consecință, presiunea medie aritmetică poate fi utilizată atunci când scăderea presiunii este mică și presiunile în sine sunt absolute în magnitudine.
9.3 Schimbarea temperaturii gazului de-a lungul lungimii. Temperatura medie a gazului în zonă
Se stabilește dependența schimbării temperaturii gazului de-a lungul lungimii conductei de gaz (secțiune). Soluția este fezabilă în următoarele ipoteze:
- temperatura ambientală t0 este considerată constantă;
- se presupune că coeficientul mediu total de transfer de căldură este constant;
- debitul masic al gazului este constant.
Scrieți ecuația balanței de căldură
unde Kcp este coeficientul mediu total de transfer de căldură al gazului la mediu la secțiunea conductei de gaze (se presupune că este constant);
Cp este capacitatea de căldură a gazului;
Dn - diametrul exterior al conductei;
G - debitul masic de gaz.
Separarea variabilelor și integrarea ecuațiilor de echilibru termic
și anume această modificare a temperaturii gazului de-a lungul lungimii conductei de gaz. Dependența funcțională Tx = f (x) este exponențială și este prezentată în Figura 9.2.
Determinarea Eq (9.15) este efectuată fără a lua în considerare efectul Joule-Thomson. La pomparea gazului prin conducta de gaz, este necesar să se ia în considerare prezența unui efect de drosselare, care va duce la o răcire mai profundă a gazului decât numai în timpul schimbului de căldură cu solul. În acest caz, temperatura gazului la capătul secțiunii poate fi chiar mai mică decât temperatura ambiantă (masă).
Luând în considerare efectul Joule-Thomson, legea variației temperaturii gazului de-a lungul lungimii secțiunii conductei de gazare arată
Figura 9.2 - Variația temperaturii gazului de-a lungul lungimii conductei de gaz
unde Di este coeficientul Joule-Thomson, determinat la valorile medii ale presiunii Pcp și ale temperaturii Tcp în secțiunea conductei de gaz în cauză (formula 7.24).
Reprezentarea grafică a formulei (9.16) este prezentată în Figura 9.3.
1 - luând în considerare efectul Joule-Thomson (9.16);
2 - numai prin formula Shuhov (9.15)
Figura 9.3 - Variația temperaturii gazului de-a lungul lungimii conductei de gaz, ținând seama de influența efectului Joule-Thomson
În consecință, în orice conductă de gaz, mișcarea gazului va fi întotdeauna ne-izotermă. Prin urmare, în calcule practice, folosind formulele (7.16) și (7.18) în loc de temperatura T, se introduce temperatura medie a fluxului de gaz în regiunea Tcp.
Pe baza ecuației (9.16), temperatura medie a gazului are forma
Coeficientul se numește corecția pentru non-izotermicitatea fluxului de gaze din conductă.
Dacă dependența (9.18) este analizată numeric, atunci se poate observa că atunci când parametrul Shukhov este mai mare de patru (Shu> 4). corecție pentru non-izotermicitate φn ≈ 1. În consecință, non-izotermicitatea debitului este atât de mică încât nu afectează debitul gazului (temperatura gazului de-a lungul întregii lungimi a secțiunii este apropiată de temperatura ambiantă). Pentru (Shu <4) влияние неизотермичности существенное и φn> 1. și cu alte lucruri egale, capacitatea conductei de gaze naturale scade. Dacă Shu scade și este aproape de zero, atunci reducerea limită a capacității va fi de 8 ... 10%.
Parametrul Shukhov (formula 9.14) poate fi reprezentat într-o formă mai convenabilă pentru calcul, unde fluxul de masă este transformat într-un volumetric
Alegerea temperaturii ambientale de proiectare T0 și a coeficientului mediu de transfer al căldurii se face în funcție de metoda de așezare a conductei de gaz: subteran, deasupra solului (în movilă), deasupra solului și subacvatic.
Să considerăm varianta de bază a unei căptușeli - subterane. Conform "Normelor de proiectare tehnologică a conductelor de gaz trunchi", temperatura ambientală T0 trebuie considerată egală cu valoarea medie a temperaturii la sol Tgp la adâncimea axei conductei în stare naturală în perioada analizată.
Coeficientul de transfer de căldură al gazului în mediu Ksr pentru o conductă subterană de gaz este determinat de formula
Trimiteți-le prietenilor: