Гидравлический расчет

Значение коэффициента гидравлического сопротивления l рассчитывается в зависимости от режима движения газа и шероховатости труб по тем же формулам, что и для нефтепровода.

Для гидравлических гладких труб l не зависит от шероховатости внутренней поверхности трубы и рассчитывается по формуле:

l=0,067×(158/Re)^0.2 = 0,1844/ Re^0,2.

При квадратичном режиме течения l не зависит от Re, и является функцией относительной шероховатости:

l=0,067×(2D/d)^0,2.

Значение числа Re для смеси газов:

,

где m _с – вязкость смеси газов;

r _с – плотность смеси газов в условиях трубопровода, кг/м³.

Т.к. в газопроводах закон падения давления по длине имеет нелинейный характер, то среднее давление определяется как среднеинтегральное:

.

Обычно течение газа происходит при высоких скоростях, когда сопротивление определяется только шероховатостью труб (квадратичная зона). Т.к. шероховатость не зависит от диаметра трубопровода, можно считать, что l зависит только от диаметра газопровода.

Одной из формул типа l = ¦(d), получившей широкое распространение, является формула Веймаута:

l=0,009407/ (6.6)

Формула Веймаута может использоваться при ориентировочных расчетах диаметра и пропускной способности простого газопровода. В этом случае расчетные формулы имеют вид:

, (6.7)

(6.8)

Из формулы (6.5) можно получить выражение для определения длины L, диаметра d и конечного давления Р ₂ при известном начальном Р ₁:

. (6.9)

Задача. По газопроводу перекачивается сырой газ известного состава. Подобрать оптимальный диаметр газопровода. Проанализировать влияние вида внешней среды, в которой проложен газопровод (вода, воздух, грунт), на изменение по длине трубопровода:

· температуры газа,

· давления,

· удельных потерь давления ∆ Р/L,

· скорости потока газа,

· режима движения,

• плотности (ρ₁ – ρ₂),
• вязкости (μ₁ – μ₂).

Обеспечить снижение температуры газа на выходе из газопровода не более чем на 5–10^оС.

Этапы выполнения работы:

1. Создать материальный поток газа заданного состава при заданных условиях.

2. Создать и рассчитать моделирующую схему газопровода.

3. Провести исследование влияния среды в которой проложен газопровод на параметры потока.

4. В случае необходимости применения изоляции подобрать тип изоляции, обеспечивающий требование по температуре газа при наименьшей толщине изоляции.

Таблица 6.1 – Исходные данные к задаче по теме 6

Порядок работы

Операция PIPE SEGMENT производит расчет перепада давления и применяется для систем трубопроводов, перекачивающих однофазные и многофазные смеси. Эта операция может быть использована для участка горизонтальной трубы определенной длины и диаметра, а также для сложной сети, включая системы сбора и распределения. Сюда относятся сложные трубопроводные сети, состоящие из последовательных, параллельных и последовательно-параллельных участков [3].

Для этой операции необходимы следующие данные:

· Имена входного и выходного потоков (имена могут быть любой длины, но будут использованы только первые 12 символов).

· Внутренний диаметр трубопровода.

· Длина трубопровода.

· Приращение высоты, если оно не задано, принимается равным нулю.

· Температура грунта или окружающей среды – задавать необязательно. Если в соответствующем поле оставить пробел, необходимо задать температуры на обоих концах участка трубопровода. Эта опция используется вместе с заданием коэффициента теплопередачи.

· Коэффициент теплопередачи задавать необязательно. Вместе с температурой окружающей среды он используется для расчета передачи тепла между трубопроводом и окружающей средой. Если в поле оставлен пробел, должна быть задана температура на обоих концах участка трубопровода. Если задать ноль, участок трубопровода будет рассмотрен как адиабатический. Однако при этом должна быть задана температура на одном из концов участка трубопровода.

· Опция Абсолютная шероховатость должна быть задана. По умолчанию принято значение 0,0018 inches = 0,004572 см (эквивалентно новой стальной трубе).

Операция PIPE SEGMENT требует задания абсолютной шероховатости (k – задается в единицах длины) во входной форме. HYSYS рассчитает относительную шероховатость (е = k / D – безразмерная) для использования в расчёте коэффициента трения на участке трубопровода.

Из кассы объектов выберите Трубопровод (Pipe Segment), дважды щелкнув по нему мышкой

.

Возникнет специализированное окно для Трубопровода, причем будет активно окно Connections (Соединение) на вкладке Design (Данные).

· Измените в поле ввода Имя наименование с заданного по умолчанию (Труба-100) на Трубопровод, затем нажмите <Enter>.

· В поле Inlet (Вход) наберите название входящего потока На входе, затем нажмите <Enter>, в поле Outlet (Выход) название выходящего потока На выходе, затем нажмите <Enter>, а также задайте имя энергетического потока, например, Э1 (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1

Для того чтобы произвести расчет, задайте необходимую информацию.

· На вкладке Rating (Расчет) в окне Sizing (Размеры) нажмите кнопку

и в открывшееся окно введите значения – Длина, Подъем (если труба наклонная), Внешний и внутренний диаметр, выберите Материал трубы (рисунок 6.2).

· Подбор оптимального диаметра можно произвести также средствами HYSYS (Приложение Б).

Рисунок 6.2

На вкладке Rating (Расчет) перейдите на окно Heat Transfer (Теплопередача), задайте Ambient Temperature (Т внешней среды) и произведите Estimate HTC (Расчет теплопередачи).

Из выпадающего списка выберите Ambient Medium (Внешнюю среду), в которой проложен газопровод (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3

Все необходимые для расчета данные введены и теперь можно просмотреть его результаты на вкладке Performance (Результаты): .

Результаты представлены в виде таблиц и графиков.

Операция PIPE SEGMENT достаточно гибкая. Ей необходимо знать лишь состав одного из связанных потоков плюс давление и/или температуру на одном из концов участка трубопровода. Могут быть рассчитаны температура и давление на входе или выходе, или давление может быть задано на одном конце, а температура – на другом. Имея одно из этих значений, программа может рассчитать другие неизвестные величины.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Исходные данные (вариант).

3. Моделирующая схема газопровода.

4. Представить результаты:

· подбора диаметра,

· зависимости изменения температуры газа, давления, удельных потерь давления ∆ Р/L, скорости потока газа по длине трубы с учетом условий прокладки трубопровода,

· исходя из установленных зависимостей изменения параметров газа, представить результаты подбора типа и толщины изоляции,

· по режиму движения газа на отдельных участках газопровода в виде таблицы расчета газопровода на вкладке Performance (Результаты).

· изменения плотности (ρ₁ – ρ₂) и вязкости (μ₁ – μ₂) газа.

Рекомендуемая форма представления результатов исследования влияния условий прокладки трубопровода:

Среда прокладки газопровода
Воздух	Вода	Грунт (указать тип грунта)
Изменение температуры газа по длине газопровода
Изменение давления газа по длине газопровода
Остальные рисунки разместить по аналогии

Рисунок 6.4

Контрольные вопросы

1. Какие трубопроводы называются сложными?

2. Какой диаметр трубопровода считается оптимальным?

3. Какая зависимость называется гидравлической характеристикой трубопровода?

4. Какие структуры газожидкостных потоков характерны для газосборных коллекторов?

5. Какие параметры определяют структурную форму газожидкостного потока?

6. Какие параметры газожидкостного потока называются расходными?

7. Что такое «расходное газосодержание» газожидкостного потока?

8. Какая формула используется для расчета температуры транспортируемой по трубопроводу среды?

9. Чем отличаются формулы для расчета температуры газа или жидкости по длине трубопровода?

10. Как изменяется массовый расход газа при установившемся изотермическом течении в газопроводе?

11. Как изменяется объемный расход газа при установившемся изотермическом течении в газопроводе?

12. Может ли температура транспортируемого газа быть ниже температуры окружающего грунта?

Список использованной литературы

1. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. – М.: Недра, 2005.– 318 с.
2. Бараз В.И. Добыча нефтяного газа. – М.: Недра, 1983. – 252 с.
3. Руководство пользователя моделирующей программы HYSYS. V8.0. AspenTech. Inc.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: