5 ВИЗНАЧЕННЯ ПРОПУСКНОЇ ЗДАТНОСТІ ГАЗОПРОВОДІВ НА ДІЛЯНЦІ КС КОМАРНО – ГВС ДРОЗДОВИЧІ ПРИ ПОВНОМУ ЗАВАНТАЖЕННІ З ВРАЗУВАННЯМ СЕЗОННИХ ЗМІН УМОВ ПЕРЕКАЧУВАННЯ

Впродовж року пропускна здатність газопроводу змінюється, так як змінюється температура ґрунту, початкова температура газу в газопроводі, коефіцієнт теплопередачі та тиски на початку і в кінці ділянки.

Розглянемо газопровід на ділянці КС Комарно – ГВС Дроздовичі довжиною км, зовнішнім діаметром мм і товщиною стінки мм. Дана ділянка газопроводу розрахована на максимальний тиск МПа.

5.1 Вихідні дані

Метою даного розрахунку є визначення фізичних властивостей газу, математичне моделювання зведених газодинамічних характеристик відцентрових нагнітачів, розрахунок режиму роботи газоперекачувальних агрегатів компресорної станції, а також визначення пропускної здатності газопроводу на ділянці КС Комарно – ГВС Дроздовичі при повному завантаженні при максимальній температурі повітря та із врахуванням сезонних змін умов перекачування.

Вихідними даними для розрахунку є:

- номінальна потужність ГТУ – 6200 кВТ;

- номінальна температура на вході ГТУ – 288 К;

- номінальна витрата паливного газу – 2,82 тис. м3/год.;

- коефіцієнт,що враховує допуски і технічний стан ГТУ – 0,95;

- коефіцієнт, що враховує вплив системи проти обмерзання – 1;

- коефіцієнт, що враховує вплив системи утилізації тепла – 0,985;

- коефіцієнт, що враховує температуру навколишнього середовища – 2,8;

- проектна продуктивність КС – 23,5 млн. м3/д.;

- тиск на вході в ГТУ – 3,5 МПа;

- кількість працюючих ГПА – 2;

- коефіцієнт теплопровідності ґрунту – 1,5 Вт/м2·К;

- глибина залягання осі газопроводу – 0,8 м;

- механічний ККД нагнітача – 0,95;

- внутрішній діаметр – 702 мм;

- зовнішній діаметр – 720 мм;

- товщина стінки – 9 мм;

- довжина ділянки – 78 км;

- атмосферний тиск в районі проходження газопроводу – 0,09798 МПа;

- властивості компонентів природного газу, наведені у таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 – Властивості компонентів природного газу

Вуглеводневий газ | Об’ємні частки компонентів, % | Молекулярна маса, кг | Динамічна в’язкість при 0°С, Пас | Нижча теплота згорання, кДж

Метан | 90,31 | 16,04 | 10,3·10-6 | 36760

Етан | 3,81 | 30,07 | 8,46·10-6 | 63650

Пропан | 2,31 | 44,1 | 7,36·10-6 | 91140

Н-бутан | 2,05 | 58,12 | 6,29·10-6 | 118530

Н-пентан | 0,18 | 72,15 | 6,99·10-6 | 146180

Азот | 0,9 | 28,01 | 16,59·10-6 | -

Вуглекислий газ | 0,44 | 44,01 | 13,8·10-6 | -

- температура ґрунту і температура повітря в районі проходження газопроводу, наведена в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 – Температура в районі проходження газопроводу

Місяць | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12

tпов,°С | -2,8 | 0,2 | 4,7 | 10,7 | 15,6 | 18,5 | 20,1 | 19,4 | 15,5 | 10,3 | 4,6 | -0,4

tгр,°С | 4 | 4,2 | 5 | 6,4 | 7,8 | 10,8 | 13,2 | 11,2 | 8,7 | 7,1 | 6,3 | 5,2

5.2 Розрахунок фізичних властивостей природного газу

Природний газ являє собою суміш газів, більшу частину з яких займає метан. Для аналізу технологічних процесів необхідно визначити властивості газової суміші. Слід відмітити, що газові суміші в основному не підпорядковані законам ефективності. Між компонентами суміші відбуваються складні хімічні реакції. Особливо відчутні ці взаємозв’язки при високих тисках. При тисках, що є в магістральних газопроводах, відхилення фізичних властивостей суміші газів від принципу ефективності не перевищує 5 %, тому на практиці розрахунки фізичних властивостей природного газу ведуть за принципом ефективності.

Обчислюємо молекулярну масу природного газу за формулою (4.1)

Знаходимо відносну густину природного газу за повітрям за формулою (4.2)

.

Визначаємо газову сталу природного газу за формулою (4.3)

Дж/(кг•К).

Знаходимо густину газу за нормальних умов за формулою (4.4)

кг/м3.

Визначаємо густину газу за стандартних умов за формулою (4.5)

кг/м3.

Обчислюємо нижчу теплоту згорання природного газу за формулою (4.6)

5.3 Розрахунок наявної потужності газотурбінного приводу газоперекачувальних агрегатів компресорної станції

Розрахункову температуру повітря на вході ГТУ обчислюємо за формулою (4.8)

К.

Наявну потужність газотурбінної установки для привода відцентрових нагнітачів КС визначаємо за формулою (4.7)

кВт.

5.4 Математичне моделювання зведених газодинамічних характеристик відцентрових нагнітачів

Для розробки математичних моделей нагнітача Н-300-1,23 вибираємо з графічної характеристики нагнітача три значення так, щоб виконувалась умова (4.16).

Отже, отримаємо

,

,

.

Для даних значень витрати знайдемо за графічними характеристиками нагнітача відповідно по три значення ступеня підвищення тиску, політропного ККД і зведеної відносної внутрішньої потужності і занесемо їх в таблицю 5.3.

Таблиця 5.3 – Вихідні дані для розробки мат моделей нагнітача

Зведена продуктивність, , | Ступінь підвищення тиску, | Політропний ККД нагнітача, | Відносна внутрішня потужність,

200 | 1,281 | 0,8 | 141

350 | 1,232 | 0,84 | 197

500 | 1,087 | 0,52 | 160

На основі даних таблиці 5.3 знайдемо коефіцієнти матмоделі для ступеня підвищення тиску нагнітача

,

,

.

Тоді математична модель для ступеня підвищення тиску буде мати вигляд

.

Знайдемо коефіцієнти математичної моделі для політропного ККД нагнітача аналогічно за формулами (4.13)-(4.15)

,

,

.

Тоді математична модель для політропного ККД буде мати вигляд

.

Знайдемо коефіцієнти математичної моделі для внутрішньої відносної потужності нагнітача аналогічно за формулами (4.13)-(4.15)

,

,

.

Тоді математична модель для внутрішньої відносної потужності нагнітача буде мати вигляд

.

5.5 Розрахунок пропускної здатності КС Комарно

Для першого наближення приймаємо пропускну здатність КС Комарно рівною млн. м3/год., температуру газу на вході у ВН – К, тиск на вході в нагнітач – МПа та кількість паралельно