 |
Влияние изменения температуры газа в газопроводе на его производительность
|
|
|
|
Оценииим как изменяется производиетельность газопровода при неизотермическом течении газа. Пренебрегая изменением кинетической энергии газа считаем, что трение не влияет на изменение температуры газа в газопроводе. С учетом уравнение энергии 
и потери динамического напора выразим через формулу Дарси-Вейсбаха 
, тогда 
, выразим скорость 
в уравнение теплового баланса
подставим в уравнение
используя уравнения состояния 
выразим плотность и подставим ее в уравнение 
, разделим переменные и проинтегрируем уравнения считая, что 
тогда 
, поменяем пределы интегрирования так как РН>РK преобразуем правую часть
имеем
интегрируем в указанных пределах
выносим за скобки 
получим 
с учетом (1.50а) 
,
где обозначили 
- поправочный коэффициент, учитывающий изменение температуры по длине газопровода (неизотермичность газового потока) получим окончательно:
С учетом полученной зависимости массовый расход определяется
.
Значение коэффициента 
всегда больше единицы, следовательно, массовый расход газа при изменении температуры газа по длине газопровода (неизотермическом режиме течения) всегда меньше, чем при изотермическом режиме при 
. Произведение 
называется среднеинтегральной температурой газа в газопроводе.
При значениях числа Шухова Шу >4 течение газа в трубопроводе можно считать практически изотермическим при . Такой температурный режим возможен при перекачке газа с небольшими расходами по газопроводами малого диаметра (менее 500 мм) на значительные расстояния. Влияние изменения температуры газа проявляется при значениях числа Шухова больше 4, то есть в большинстве случаях. Чем больше диаметр газопровода, тем меньше теплообмен между газовым потоком и окружающей средой. Конечная температура газа определяется методом последовательных приближений, поэтому теплогидравлический расчет газопровода носит итерационный характер.
|
|
|
Изменение температуры газа в газопроводе с учетом
Эффекта Джоуля –Томсона
При перекачке газа наличие дроссельного эффекта (Джоуля –Томсона) приводит к более глубокому охлаждению газа, чем только при теплообмене с грунтом. В этом случае температура газа может стать ниже 
.
Тогда учтем, что энтальпия функция температуры и давления 
, и следовательно, полный дифференциал энтальпии в частных производных:
. (3)
Вспомним, что в термодинамике теплоемкость при постоянном давлении 
, тогда выясним, что представляет собой 
, предположив, что энтальпия постоянная величина, тогда:
, 
, 
.
Коэффициент Джоуля-Томсона - 
, следовательно, 
подставим в уравнения (3) и (2) получим:
Запишем полученное уравнение:
.
С учетом, что 
и запишем его в следующем виде:
,
Разделим переменные и перешим полученное выражение
Для определения зачения температуры в конце уучастка газопровода проинтергируем полученнное уравнение. При этом учитывая, что температура в конце участка ниже, чем в начале поменяем пределы интегрирования для температуры и соответственно в несем в левую часть уравнения знак «-»:
.
Теперь выразим градиент давления 
из уравнеия (1.6)
и с учетом (1.8) 
получим градиент падения давления 
.
получаем:
потенцируем и получаем:
,
решаем относительно конечной температуры в газопроводе
. (5)
Для определения температуры в любой точке участка МГ получаем уравнение ВНИИ газа:
Сравнивая (4) и (5) видим, что по уравнению ВНИИ газа температура газа всегда меньше, на величину:
.
Следовательно, температура газа к концу участка может достигать значений меньших, чем температура грунта (рис. 1.4).
|
|
|
В конце участка температура газа может быть ниже температуры грунта
| Рис. 1.4. Изменение температуры газа по длине участка |
на 
, которая может составлять (3-5) 0С.
Средняя температура газа в участке определяется как среднегеометрическая величина 
. (1.61)
При проектировании МГ коэффициент теплопередачи зависит от способа прокладки трубопровода, для подземных трубопроводов определяется по формулам:
(1.62); 
(1.63)
(1.64); 
(1.65)
, (1.66)
где k - коэффициент теплопередачи, Вт / (м2 × град);
R ИЗ - термическое сопротивление изоляции трубопровода, (м2 × град) / Вт;
аГР - коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/(м2 × град);
DН - наружный диаметр трубопровода, м;
l ИЗ - коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м × град);
DИЗ - наружный диаметр изолированного трубопровода, м;
l ГР - коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м × град);
hОЭ - эквивалентная глубина заложения оси трубопровода от поверхности трубопровода, м;
dСН - глубина снежного покрова, м;
l СН - коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/(м × град);
аВ - коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/(м2 × град);
V - скорость ветра, м/с.
Ориентировочное значение k = 1,5÷2,0 Вт/(м2 × град).
При расчете участка МГ значения давления и температуры газа в конце участка чаще всего бывают неизвестны, и для определения средних значенийими приходится задаваться ориентировочно. В этом случае величину средней температуры газа в участке можно определить, приблизительно используя зависимость
, (1.67)
|
|
|
