Меню

Температура газа при транспортировке по трубам

Как транспортируют природный газ

После извлечения из недр земли или моря газ нужно доставить потребителям. Длина газопроводов и газораспределительных сетей многократно превышает длину окружности Земли.

На большие расстояния газ перекачивается по магистральным газопроводам, но при доставке газа конечным потребителям используются уже газопроводы меньшего диаметра — газораспределительные сети. В зависимости от категории потребителя различают сети низкого (для газоснабжения жилых домов), высокого и среднего давления, которые предназначены для снабжения промышленных предприятий.

Сам по себе процесс транспортировки требует пристального внимания целого штата диспетчеров, которые фиксируют режимы прокачки. Они должны учитывать суточную и сезонную неравномерность потребления газа на конечном пункте.

Перед трубой

Самым распространенным способом доставки газа потребителям является транспортировка по трубам.

Но перед пуском газа по трубам его необходимо подготовить. Дело в том, что вместе с природным газом из скважины выходят различные примеси, которые могут испортить оборудование. Газ очищают от них несколько раз: непосредственно при выходе из скважины, в наземных сепараторах, а затем еще при транспортировке и на компрессорных станциях.

Лишнее в газе

Газ нужно осушить, поскольку содержащаяся в нем влага также портит оборудование и может создать в трубе пробки — так называемые кристаллогидраты, которые внешне похожи на мокрый спрессованный снег. Газ осушают, пропуская его через адсорбенты, либо охлаждая газовый поток. Охладить газ можно при помощи холодильных установок или путем дросселирования — понижения давления в месте сужения трубопровода. Кроме того, перед тем, как запустить газ в трубу, из него извлекают сероводород и углекислый газ.

Поскольку природный газ не имеет запаха, перед подачей потребителям его одорируют.

Летом тоже нужно меньше газа

Если суточную неравномерность потребления газа контролируют диспетчеры, то сезонная неравномерность компенсируется изменением режима работы компрессорной станции (КС), где газ сжимают, или подключением к газопроводу хранилища газа (ПХГ).
В процессе сжатия газа на КС повышается его температура, поэтому газ нужно охлаждать, чтобы не допустить порчи оборудования. Для этого используются аппараты воздушного охлаждения (АВО). Кроме того, газ охлаждают, чтобы увеличить пропускную способность газопровода.
Природный газ занимает наименьший объем, если он находится в сжиженном состоянии. И его тоже можно транспортировать, но уже в специальных емкостях.

Читайте также:  Затягивание трубы в трубе сметная расценка

Газ в цифрах

В настоящее время с точки зрения эффективности максимальным диаметром газопровода считается 1420 мм.

«Газпром» располагает крупнейшей в мире газотранспортной системой, ее протяженность на территории России составляет 171,2 тыс. км. Если вытянуть в линию все магистральные газопроводы, они четырежды опоясали бы Землю.

В собственности и обслуживании дочерних и зависимых газораспределительных организаций Группы «Газпром» находится 746,3 тыс. км сетей газораспределения.

Месторождения природного газа находятся не только на суше. Существуют морские месторождения — нефть и газ иногда встречаются и в недрах, скрытых водой.

Из газового конденсата можно сделать и топливо, и пластмассу.
Главное — стабилизировать его, убрав лишние примеси.

Источник

Изменение температуры газа в газопроводе

При стационарном изотермическом движении газа массовый расход газа в газопроводе составляет:

.

Фактически движение газа в газопроводе является не изотермическим. В процессе компримирования газ нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в трубопровод газа составляет порядка 20-40°С, что существенно выше температуры окружающей среды. Практически температура газа становится близкой к температуре окружающей среды лишь у газопроводов малого диаметра 2 ×град);

Рассмотрим в первом приближении уравнение теплового баланса без учета эффекта Джоуля-Томсона. Разделяя переменные и интегрируя уравнение теплового баланса

, получим: (1.50а)

обозначим за расчетный коэффициент . Величина произведения — есть безразмерная величина и называется числом Шухова. Решая уравнение (1.50) относительно температуры газа в конце газопровода получим . На удалении х от компрессорной станции температура определяется аналогичным образом:

.

Как видно изменение температуры газа носит экспоненциальный характер. Рассмотрим влияние изменения температуры на производительность газопровода.

Рис.__ Распределение температуры по длине газопровода.

При движении по участку температура газа постепенно снижается, достигая минимального значения в конце участка. Температурный режим участка определяется рядом факторов: теплообменом с окружающей средой, расширением газа и силами трения в потоке газа. Энергия затрачиваемая на преодоление сил трения при движении газа возвращается ему повышением температуры. Компенсация работы трения выделяющейся при этом теплотой является внутренним процессом никак внешне себя не проявляющим. Пренебрегая изменением кинетической энергии газа можно считать, 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 и из уравнения теплового баланса

Читайте также:  Какую трубу при замерзании

используя уравнения состояния

, разделим переменные и проинтегрируем уравнения считая, что тогда , поменяем пределы интегрирования так как РНK преобразуем правую часть

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.

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 . С учетом этого температура по длине газопровода изменяется с учетом уравнения теплового баланса 1.50:

При этом температура газа снизится на величину

, (1.51)

где СР удельная теплоемкость газа, Дж/(кг × град).

Одновременно температура газа снижается за счет эффекта Джоуля-Томсона на величину: . (1.52)

Учитывая (1.51) и (1.52), запишем

. (1.53)

Перегруппируем уравнение (1.53) и запишем его в следующем виде:

Читайте также:  Если вас затопило прорвало трубу

, (1.54)

где: . (1.55)

Решим полученное выражение относительно dx:

. (1.56)

Приняв постоянной величиной, после интегрирования в пределах х от 0 до х и , получаем: , (1.57)

откуда ,(1.58)

Так как квадрат давления линейно изменеяется по длине участка газопровода (уравнение 1.35), тогда приняв , получаем уравнение ВНИИгаза для определения температуры в любой точке участка МГ:

. (1.59)

При Di =0 уравнение (1.5 9) переходит в уравнение Г.В. Шухова

(1.60)

Сравнивая (1.59) и (1.60) видим, что по уравнению ВНИИгаза температура газа всегда меньше, чем по уравнению Шухова 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) 0 С.

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 / (м 2 × град);

RИЗ термическое сопротивление изоляции трубопровода, (м 2 × град) / Вт;

аГР коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/(м 2 × град);

DН наружный диаметр трубопровода, м;

lИЗ — коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м × град);

DИЗ наружный диаметр изолированного трубопровода, м;

lГР — коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м × град);

hОЭ эквивалентная глубина заложения оси трубопровода от поверхности трубопровода, м;

dСН глубина снежного покрова, м;

lСН — коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/(м × град);

аВ — коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/(м 2 × град);

Ориентировочное значение k = 1,5÷2,0 Вт/(м 2 × 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)

Источник

Adblock
detector