Диссертация (Разработка технологии ремонта газопроводов в условиях интенсивного теплоотвода), страница 13

Графики изменения скорости охлаждения металла для круглойвыборки в диапазоне 1800 С – 1200 С при температуре проведения ремонтныхработ +200 С (а) и -400 С (б)8920а)б)Рис. 2.16. Графики изменения скорости охлаждения металла для круглойвыборки в диапазоне 1300 С – 800 С при температуре проведения ремонтныхработ +200 С (а) и -400 С (б)90а)б)Рис.

2.17. Графики изменения скорости охлаждения металла дляпрямолинейной выборки в диапазоне 1800 С – 1200 С при температурепроведения ремонтных работ +200 С (а) и -400 С (б)91а)б)Рис. 2.18. Графики изменения скорости охлаждения металла дляпрямолинейной выборки в диапазоне 1300 С – 800 С при температурепроведения ремонтных работ +200 С (а) и -400 С (б)92проведения ремонтных работ. Стоит отметить, что при построении графиковзначение скорости охлаждения было ограничено величиной 0,7 0С/с, посколькуеёбольшиезначениянепозволяютобеспечитьрегламентируемыйтехнологически минимальный межоперационный интервал 90 секунд и ихоценка не целесообразна.Согласно полученным графикам диаметр (ширина) выборки оказываетсущественное влияние на скорость охлаждения металла при ширине УДП 100мм и менее. При расширении УДП до 200 мм влияние размерного факторастановитсяпренебрежимомалымпривеличинекоэффициентатемпературоотдачи около 0,002 1/с.

Решающую роль в формировании скоростиохлаждения металла выборки при ремонте под давлением и нормативнойширине УДП играет величина коэффициента температуроотдачи. Егоувеличение на каждые 0,001 1/с дает прирост скорости охлаждения на 0,08 0С/си более. При этом увеличение температурного напора при проведенииремонтных работ условиях отрицательных температур обеспечивает приростскорости охлаждения более чем на 50% по сравнению с летним периодом.По результатам выполненного моделированиятеплоотвода из зоныремонта на газопроводе, находящемся под давлением с временной остановкойтранспортировки газа, можно сделать так же следующие выводы:Показано, что вклад конвективной теплоотдачи в скорость охлажденияметалла зоны ремонта в регламентируемых интервалах температур при ремонтепод давлением зависит от коэффициента температуроотдачи, ширины участкадополнительного подогрева, габаритных размеров выборки и температурыокружающего воздуха при проведении ремонтных работ.

В соответствии сполученнымидиаграммамискоростейохлаждениявкладконвективнойсоставляющей равен частному от деления скорости охлаждения при «нагревевсей трубы» и фактической скорости охлаждения при заданных параметрах.Найдено, что ремонт на газопроводе, находящемся под давлением вусловиях отрицательных температурах окружающего воздуха требует строго93соблюдения нормативного значения ширины УДП.

Компенсация теплоотводаза счет расширения УДП до 200 мм позволяет снизить скорость охлаждения внезависимости от габаритных размеров выборки, однако её эффективностьограничена величиной коэффициента температуроотдачи до 0,002 1/с.Дальнейшее увеличение УДП не целесообразно.2.4. Моделирование условий теплоотвода после сварочного подогрева приремонте без остановки перекачки газаПроведение ремонтных работ на действующих газопроводах безостановки перекачки газа имеет ряд существенных экономических иэкологических преимуществ.

Не требуется отключения участка газопровода,временной остановки перекачки продукта, в ряде случаев снижения или сбросадавления, в результате которого значительная часть газа должна быть откачанаили сброшена в атмосферу. Не возникают проблемы диспетчерскогоуправления при переориентировании потоков газа, а также непроизводственныезатраты, связанные с простоем смежного оборудования. Однако необходимоучитывать, что в этом случае теплоотвод в компримированный газ максималениз-за влияния вынужденной конвекции.Поток компримированного газа, транспортируемый по газопроводу вовремя проведения ремонтных работ, оказывает интенсивное охлаждающеевоздействие на внутреннюю поверхность стенки трубы.

Усиление теплоотдачисвязанососкоростнымфакторомдвижениягазовогопотока,интенсифицирующим конвективный теплообмен газа с нагретой поверхностьюремонтируемого участка стенки трубы.При вынужденном движения газового потока величина коэффициентаконвективной теплоотдачи зависит от характера его течения в трубе [47],которыйпринятооцениватьспомощьюкритерияРейнольдса(),характеризующего соотношение инерционных и вязких сил в потоке. Режим94течения определяется величиной указанного критерия в следующих диапазонахзначений: ламинарный (, ≤ 2300); переходный (2300 < , < 104 ) итурбулентный (, ≥ 104 ).

При этом критерийРейнольдса, может бытьнайден в соответствии с выражением: =где: 0 =∙f0 ∙0=∙0 ∙0(2.14)м– средняя по сечению трубы скорость движения потока, ;с – массовый расход газа, – плотность газа,кгм3кгс;;f⁡ – площадь поперечного сечения трубы, м2 ;м2 = ⁡ – коэффициент кинематической вязкости газа, – коэффициент динамической вязкости газа,Н∙см2⁡или⁡;кгм∙с;0 = вн – определяющий (характерный) размер, для круглой трубы равенвнутреннему диаметру, м.ИсходяизвеличиныкритерияРейнольдсаравного2300,характеризующего изменение ламинарного режима течения на переходный итурбулентный, был выполнен расчет значений соответствующих скоростейпотока газа в газопроводах в зависимости от абсолютного давления длядиаметров трубы 1420 мм и 530 мм и температуры газа 0 0С, используя данныео теплофизических параметров метана представленные в [56]. Результатырасчёта представлены графически на Рис.

2.19.На графике область ламинарного режима располагается под полученнымикривыми. Выше указанных кривых располагается область переходного итурбулентного режимов. В свою очередь в Таблице 2.7 указаны скоростипотока газа, соответствующие характерным значениям критерия Re в диапазонерассматриваемых значений давления газа в трубе.95турбулентныйламинарныйРис. 2.19. Графики критических скоростей потока газа, характеризующихпереход из ламинарного режима течения в турбулентный в зависимости отдавления газа для труб различного диаметра ( ̅ = 00С).Таблица 2.4.Скорости потока газа, соответствующие характерным значениям критерия ReАбсолютное давлениегаза в трубопроводе,МПа0,10,51351025Скорость потока,соответствующая значению Re, м/с/Диаметр трубопровода = 2300 = 1041420 мм530 мм1420 мм530 мм0,02460,06600,10720,28710,00490,01320,02140,05720,00240,00650,01060,02850,00080,00210,00350,00930,00050,00130,00210,00560,00030,00070,00110,00300,00020,00050,00080,0021Как видно из полученных данных при наличии принудительногодвижения газа в трубопроводах в широком диапазоне давлений формируетсятурбулентный режим течения, который и был принят в качестве расчётного длянахождениякоэффициентатеплоотдачиотвнутреннейповерхности96ремонтируемого участка стенки трубы после её подогрева при ремонте безостановки перекачки газа.Средний коэффициент конвективной теплоотдачи при турбулентномтечении газа в прямых гладких трубах можно определить по формуле М.

А.Михеева [42]:0.8̅̅̅̅, = 0,021 ∙ ,∙ 0.43 ∙ εt ∙ ε̅ℓ(2.15)где: =∙λ– критерий Прандтля, характеризующий влияние физических свойствгаза на теплоотдачу;εt = (PrPr) – поправочный коэффициент, учитывающая зависимость физическихсвойств газа от температуры;ε̅ℓ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на теплоотдачупроцесса тепловой стабилизации потока на начальном участке теплообмена(начальном участке тепловой стабилизации).После раскрытия критериев подобия и коэффициента в уравнении М. А.Михеева получаем следующую зависимость для среднего коэффициентаконвективной теплоотдачи:̅ = 0,021 ∙0,80,37∙ 0,43∙ λ0,57∙00,800,2∙ εt ∙ 1,65⁡⁡(2.16)где – определяющий (характерный) размер – диаметр газопровода, м.Как видно из представленного выражения, аналогично случаю свободнойконвекции, значительное влияние на величину коэффициента конвективнойтеплоотдачи оказывают теплофизических свойств газа, в свою очередьзависящие от температуры и давления газа.97Существенное влияние на интенсивность теплоотдачи оказывает скоростьпотока газа при транспортировке.Влияние длины нагретого участка газопровода в выражении учитываетсячерез поправочный коэффициент ̅ℓ , характеризующий влияние на теплоотдачупроцесса тепловой стабилизации потока газа.

Здесь необходимо отметить, чтосогласно [47] тепловая стабилизация потока газа в зоне подогрева возможнатолько в том случае, если длина зоны нагрева превышает диаметр газопровода.Согласно СТО Газпром 2-2.2-360-2009, регламентирующего проведениеремонтных работ на газопроводах под давлением, в том числе без остановкиперекачки газа, максимальная длина выборки несквозных дефектов не должнапревышать 1/6 диаметра трубы, поэтому тепловой стабилизации потока газа научастке ремонта происходить не будет. В связи с этим коэффициент ̅ℓпринимался равным 1,65 согласно [47].На величину коэффициента теплоотдачи так же оказывает влияниедиаметр газопровода.Зависимость от температурного напора выражается через поправочныйкоэффициент ⁡εt .

Однако следует отметить, что разница ⁡εt при температурестенки при 180 0С и 130 0С пренебрежимо мала.Таким образом, проведённый анализ показал, что величина коэффициентаконвективной теплоотдачи от внутренней поверхности трубы зоны нагрева вкомпримированный природный газ при ремонте без остановкиперекачкизависит в основном от:- температуры и давления газа в трубе, влияющих через теплофизическиевеличины , , , λ , а так же через коэффициент ⁡εt ;- скорости потока газа в трубе;- диаметра ремонтируемого участка газопровода.Был проведёнанализошибки расчёта коэффициента конвективнойтеплоотдачи с применения критериального уравнения М.