Коэффициент гидравлического сопротивления для газопроводов. Коэффициент эффективности

IV  Коэффициент гидравлического сопротивления для газопроводов. Коэффициент эффективности

Природа гидравлического сопротивления для газа и капельной жидкости одна и та же. Поэтому нет принципиальных различий между формулами, определяющими коэффициент гидравлического сопротивления для газопроводов и нефтепроводов.

Однако при расчете магистральных газопроводов обычно пользуются специальными формулами. До 60-х годов весьма широко применялись эмпирические формулы, в которых коэффициент гидравлического сопротивления λ выражен в зависимости от числа Рейнольдса и диаметра трубопровода: λ= λ (Re) и  λ = λ (D). Число таких формул велико, и порой было трудно решить, какой из них следует отдать предпочтение. После появления универсальных формул  λ= λ (Re, k/D), учитывающих как число Рейнольдса, так и относительную шероховатость труб (k/D), стали пользоваться формулой

λ= 0,067 (158/Re+2k/D)^0,2                                    (5.18)

аналогичной по своей структуре формуле Альтшуля

λ=0,ll(68/Re+k/D)^0,25

При режиме гладкого трения, когда 158/Re >> 2k/D, она переходит в

Рекомендуемые материалы

λ= 0,1844/Re^0,2 ,

а при квадратичном режиме, когда 158/Re << 2k/D, переходит в

λ= 0,067 (2k/D)^0,2                                                               (5.19)

и в частном случае, когда k = 0,03 мм (по данным ВНИИгаза – среднее значение эквивалентной шероховатости для новых газопроводов)

λ = 0,03817/D^0,2.

Чтобы учесть местные сопротивления (краны, переходы) рекомендуется учеличить коэффициент гидравлического сопротивления на 5%.

Квадратичный режим движения газа — обычный для магистральных газопроводов. Режим смешанного трения (5.18) бывает при неполной загрузке газопровода. Режим гладкого трения характерен для распределительных газопроводов в населенных пунктах.

Считается, что переход от режима смешанного трения к квадратичному происходит при числе Рейнольдса

Re_nep = 11 (2k/D)^-1,5                                                (5.20)

Если Re >Re_nep, то режим квадратичный.

Число Рейнольдса удобно представить в следующем виде:

и далее, выразив Q в млн. м³/сут, D – в мм и η – в Па-с,

                                             (5.21)

Из (5.20) и (5.21) получается выражение для расхода, соответствующего Ре_пер: Q_пер= 0,219*10^-3D^2,5 η /(k^1,5Δ) или при k= 0,03 мм Qпер= 0,0422D^2,5 η/Δ. Режим cчитается квадратичным, если Q > Q_пер

Коэффициент гидравлического сопротивления с течением времени изменяется.

Если газ сухой и не содержит сероводорода, то находящиеся в нем твердые частицы шлифуют стенки трубопровода, шероховатость, а следовательно, и коэффициент гидравлического сопротивления постепенно уменьшаются. И наоборот, наличие в газе влаги и особенно сероводорода (внутренняя коррозия) приводит к постепенному возрастанию шероховатости и коэффициента гидравлического сопротивления. Сильное влияние на гидравлическое сопротивление оказывают скопления в пониженных точках трассы конденсата и влаги. К значительному увеличению гидравлического сопротивления приводит образование гидратов. Изменение гидравлического сопротивления трубопровода по сравнению с проектным характеризуется коэффициентом эффективности

,

где  – теоретическое значение коэффициента гидравлического сопротивления, определяемое обычно по формуле (5.19);  – фактический коэффициент гидравлического сопротивления.

Коэффициент λ_ф  находят из формулы, определяющей пропускную способность газопровода. Входящие в нее значения Q, р_н, р_к  и Δ берут по фактическим, опытным данным,  Т  и  z предварительно вычисляют, использовав средние значения давлений и температур, измеренных в начальной и конечной точках рассматриваемого участка трубопровода. Измерения делают в дни, когда режим наиболее близок к стационарному.

Коэффициент эффективности свидетельствует также об изменении пропускной способности трубопровода:

,

где  – фактическая пропускная способность;  – пропускная способность, вычисленная при коэффициенте гидравлического сопротивления  и при значениях р_H, р_к, Δ, T и z, полученных по опытным данным.

Коэффициент эффективности определяют периодически для каждого участка (перегона между станциями). По величине  судят о загрязненности трубопровода. Низкие значения  указывают на необходимость очистки трубопровода. Скопления конденсата и воды удаляют продувкой. Если это не приводит к нужному эффекту, то прибегают к очистке трубопровода специальными скребками, поршнями.

ПАДЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПО ДЛИНЕ ГАЗОПРОВОДА. СРЕДНЕЕ ДАВЛЕНИЕ

Распределение давления по длине трубопровода можно получить из (5.12), заменив L на х:

или

р²= р²_H  - сQ²х,                                                              (5.22)

если принять для краткости

Это уравнение падения квадрата давления.

Для магистральных газопроводов можно считать, что с не изменяется по длине трубопровода и, следовательно, зависимость р² от х — линейная (рис. 5.5). Из (5.22) получаем уравнение распределения давления по длине газопровода

                                                                      (5.23)

Замечая, что согласно (5.11)  cQ² = (p²_H—p²_K)/L, представим уравнение (5.23) в другом виде:

.                                                   (5.24)

График р = р (х)— отрезок ветви параболы, ограниченной точками О, р_H и L, р_к (см. рис. 5.5).

Воспользовавшись формулой (5.24), найдем среднее давление в газопроводе:

После интегрирования получаем

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Сравнение технологий и определение конфигурации.

или

Среднее давление устанавливается в газопроводе после остановки перекачки. По среднему давлению находят коэффициент z, учитывающий отклонение от законов идеального газа, а также определяют количество газа, содержащегося в трубопроводе. Положив в (5.24) Р= р_ср, найдем расстояние, на котором давление равно среднему:

Из этой формулы видно, что расстояние Х_ср зависит от отношения давлений р_H/р_K. При изменении р_H/р_K от 1 до ∞ X_cp/L изменяется от 0,5 до 5/9.