Обеспечение безгидратного режима работы газопромысловых коммуникаций (стр. 14 из 17)
PК =
, (5.1)где Рн - давление газа в начале газопровода, МПа;
λ - коэффициент гидравлического сопротивления газопровода;
ТСР - средняя температура в газопроводе, К;
l - длина газопровода, км;
∆ - относительная плотность газа в нормальных условиях и определяется по уравнению:
∆ =
= 
, (5.2)где ρГ, ρВ - плотность газа и воздуха соответственно;
МГ - молекулярная масса газа;
29 - молекулярная масса воздуха.
Коэффициент гидравлического сопротивления λ зависит от режима движения газа. В промысловых газопроводах режим движения всегда турбулентный. Для такого режима существует несколько формул, определяющих величину λ. Наиболее простая и известная из них эмпирическая формула, предложенная Веймаутом:
λ = 0,009407/d3, (5.3)
Среднюю температуру газа на расчетном участке вычисляют по уравнению:
Т = ТОС +
, (5.4)где Т и Ту - температура окружающей среды и на устье скважины соответственно, К; L - длина шлейфа, км;
а - параметр Шухова, рассчитывают по формуле:
а =
, (5.5)где К - коэффициент теплопередачи от транспортируемого газа окружающей среде, Вт/ (м·°С), для приближенных расчетов принимают К=1,745 Вт/ (м·°С); С - изобарическая теплоемкость газа, кДж/кг, для приближенных расчетов принимают СР=2,177 кДж/кг; dН - наружный диаметр шлейфа, мм. При известном значении РК - давление на заданном участке шлейфа определяют по формуле:
РХ =
, (5.6)где x - расстояние от начала до расчетной точки шлейфа, км.
Температура газа на заданном участке шлейфа может определяться по уравнению:
TL = ТОС + (ТУ - ТОС) ·е-аL - Di 
, (5.7)
где Di - эффект Джоуля-Томпсона, то есть снижение температуры газа при понижении давления, С°/МПа, для приближенных расчетов применяют Di = 2,5 С°/Мпа; L - длина шлейфа, км;
РСР - среднее значение давления на расчетном участке шлейфа, определяется по уравнению:
РСР =
, (5.8)где РУ и РК - давление в начале и конце шлейфа, МПа.
Гидравлический и тепловой расчет шлейфа по предложенной выше методике произведен при помощи ПЭВМ. Программа расчета приведена в приложении А.
Для расчета были использованы следующие исходные данные:
Расход газа в шлейфе, млн. м3/сут. - 2,85 и 5.71
Давление газа на устье скважины, МПа - 4,9
Температура газа на устье скважины, К - 285
Температура окружающей среды, К - 238; 273; 293
Относительная плотность газа по воздуху - 0,561
Внутренний диаметр шлейфа, м - 0,5
Наружный диаметр шлейфа, м - 0,53
Длина шлейфа, км - 2,0 и 10,0
Коэффициент сверхсжимаемости газа - 0,9
Изобарическая теплоемкость газа, кДж/кг - 2,21
Коэффициент теплопередачи от газа
к окружающей среде, Вт/ (м2·°С) - 1,75
Эффект Джоуля-Томпсона Di,°С/МПа - 2,5
Результаты теплового расчета приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Результаты гидравлического и теплового расчета
| Расстояние от устья скважины, Х, км | Давление в участке газопровода, Рх, МПа | Температура газа в участке газопровода, Тl, К | Температура гидратообразования, Тg, К |
| Q = 5,71 млн. м3 сут., Тос = - 35 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 0,2 | 4,9 | 284,72 | 282,22 |
| 0,4 | 4,9 | 284,44 | 282,21 |
| 0,6 | 4,89 | 284,17 | 282,21 |
| 0,8 | 4,89 | 283,9 | 282,2 |
| 1 | 4,88 | 283,63 | 282, 19 |
| 1,2 | 4,88 | 283,36 | 282,17 |
| 1,4 | 4,87 | 283,09 | 282,16 |
| 1,6 | 4,86 | 282,82 | 282,14 |
| 1,8 | 4,85 | 282,55 | 282,12 |
| 2 | 4,83 | 282,29 | 282,09 |
| Q = 5,71 млн. м3 сут., Тос = 0 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 0,2 | 4,9 | 284,92 | 282,22 |
| 0,4 | 4,9 | 284,83 | 282,21 |
| 0,6 | 4,89 | 284,75 | 282,21 |
| 0,8 | 4,89 | 284,67 | 282,2 |
| 1 | 4,88 | 284,59 | 282, 19 |
| 1,2 | 4,88 | 284,51 | 282,17 |
| 1,4 | 4,87 | 284,43 | 282,16 |
| 1,6 | 4,86 | 284,34 | 282,14 |
| 1,8 | 4,85 | 284,26 | 282,12 |
| 2 | 4,83 | 284, 19 | 282,09 |
| Q = 5,71 млн. м3 сут., Тос = + 20 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 0,2 | 4,9 | 285,03 | 282,22 |
| 0,4 | 4,9 | 285,06 | 282,21 |
| 0,6 | 4,89 | 285,08 | 282,21 |
| 0,8 | 4,89 | 285,11 | 282,2 |
| 1 | 4,88 | 285,14 | 282, 19 |
| 1,2 | 4,88 | 285,16 | 282,17 |
| 1,4 | 4,87 | 285, 19 | 282,16 |
| 1,6 | 4,86 | 285,22 | 282,14 |
| 1,8 | 4,85 | 285,24 | 282,12 |
| 2 | 4,83 | 285,27 | 282,09 |
| Q = 2,85 млн. м3 сут., Тос = - 35 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 0,2 | 4,9 | 284,47 | 282,22 |
| 0,4 | 4,9 | 283,95 | 282,22 |
| 0,6 | 4,9 | 283,44 | 282,21 |
| 0,8 | 4,9 | 282,93 | 282,21 |
| 1 | 4,9 | 282,43 | 282,21 |
| 1,2 | 4,89 | 281,93 | 282,21 |
| 1,4 | 4,89 | 281,44 | 282, 20 |
| 1,6 | 4,89 | 280,95 | 282, 20 |
| 1,8 | 4,89 | 280,47 | 282, 19 |
| 2 | 4,88 | 280 | 282, 19 |
| Q = 2,85 млн. м3 сут., Тос = 0 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 0,2 | 4,9 | 284,86 | 282,22 |
| 0,4 | 4,9 | 284,73 | 282,22 |
| 0,6 | 4,9 | 284,59 | 282,21 |
| 0,8 | 4,9 | 284,46 | 282,21 |
| 1 | 4,9 | 284,33 | 282,21 |
| 1,2 | 4,89 | 284,2 | 282,21 |
| 1,4 | 4,89 | 284,07 | 282, 20 |
| 1,6 | 4,89 | 283,94 | 282, 20 |
| 1,8 | 4,89 | 283,82 | 282, 19 |
| 2 | 4,88 | 283,69 | 282, 19 |
| Q = 2,85 млн. м3 сут., Тос = + 20 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 2 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 0,2 | 4,9 | 285,08 | 282,22 |
| 0,4 | 4,9 | 285,17 | 282,22 |
| 0,6 | 4,9 | 285,25 | 282,21 |
| 0,8 | 4,9 | 285,33 | 282,21 |
| 1 | 4,9 | 285,41 | 282,21 |
| 1,2 | 4,89 | 285,49 | 282,21 |
| 1,4 | 4,89 | 285,57 | 282, 20 |
| 1,6 | 4,89 | 285,65 | 282, 20 |
| 1,8 | 4,89 | 285,73 | 282, 19 |
| 2 | 4,88 | 285,8 | 282, 19 |
| Q = 5,71 млн. м3 сут., Тос = - 35 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 10 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 1 | 4,9 | 283,63 | 282,21 |
| 2 | 4,89 | 282,29 | 282, 19 |
| 3 | 4,87 | 280,99 | 282,16 |
| 4 | 4,85 | 279,73 | 282,12 |
| 5 | 4,82 | 278,5 | 282,06 |
| 6 | 4,78 | 277,3 | 281,99 |
| 7 | 4,73 | 276,14 | 281,91 |
| 8 | 4,68 | 275,01 | 281,82 |
| 9 | 4,62 | 273,91 | 281,7 |
| 10 | 4,56 | 272,84 | 281,58 |
| Q = 5,71 млн. м3 сут., Тос = 0 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 10 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 1 | 4,9 | 284,59 | 282,21 |
| 2 | 4,89 | 284, 19 | 282, 19 |
| 3 | 4,87 | 283,79 | 282,16 |
| 4 | 4,85 | 283,41 | 282,12 |
| 5 | 4,82 | 283,04 | 282,06 |
| 6 | 4,78 | 282,68 | 281,99 |
| 7 | 4,73 | 282,33 | 281,91 |
| 8 | 4,68 | 281,99 | 281,81 |
| 9 | 4,62 | 281,65 | 281,7 |
| 10 | 4,55 | 281,33 | 281,56 |
| Q = 5,71 млн. м3 сут., Тос = + 20 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 10 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 1 | 4,9 | 285,14 | 282,21 |
| 2 | 4,89 | 285,27 | 282, 19 |
| 3 | 4,87 | 285,4 | 282,16 |
| 4 | 4,85 | 285,52 | 282,12 |
| 5 | 4,81 | 285,64 | 282,06 |
| 6 | 4,78 | 285,75 | 281,99 |
| 7 | 4,73 | 285,87 | 281,91 |
| 8 | 4,68 | 285,97 | 281,81 |
| 9 | 4,62 | 286,08 | 281,69 |
| 10 | 4,55 | 286,18 | 281,56 |
| Q = 2,85 млн. м3 сут., Тос = - 35 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 10 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 1 | 4,9 | 282,43 | 282,21 |
| 2 | 4,9 | 280 | 282,21 |
| 3 | 4,89 | 277,7 | 282,2 |
| 4 | 4,89 | 275,53 | 282, 19 |
| 5 | 4,88 | 273,47 | 282,18 |
| 6 | 4,87 | 271,53 | 282,16 |
| 7 | 4,86 | 269,69 | 282,14 |
| 8 | 4,85 | 267,95 | 282,12 |
| 9 | 4,83 | 266,31 | 282,1 |
| 10 | 4,82 | 264,75 | 282,07 |
| Q = 2,85 млн. м3 сут., Тос = 0 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 10 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 1 | 4,9 | 284,33 | 282,21 |
| 2 | 4,9 | 283,69 | 282,21 |
| 3 | 4,89 | 283,09 | 282,2 |
| 4 | 4,89 | 282,53 | 282, 19 |
| 5 | 4,88 | 281,99 | 282,18 |
| 6 | 4,87 | 281,48 | 282,16 |
| 7 | 4,86 | 281 | 282,14 |
| 8 | 4,85 | 280,55 | 282,12 |
| 9 | 4,83 | 280,12 | 282,09 |
| 10 | 4,82 | 279,71 | 282,06 |
| Q = 2,85 млн. м3 сут., Тос = + 20 0С, Ру = 4,9 МПа, L = 10 км | |||
| 0 | 4,9 | 285 | 282,22 |
| 1 | 4,9 | 285,41 | 282,21 |
| 2 | 4,9 | 285,8 | 282,21 |
| 3 | 4,89 | 286,17 | 282,2 |
| 4 | 4,89 | 286,52 | 282, 19 |
| 5 | 4,88 | 286,85 | 282,18 |
| 6 | 4,87 | 287,17 | 282,16 |
| 7 | 4,86 | 287,46 | 282,14 |
| 8 | 4,85 | 287,74 | 282,12 |
| 9 | 4,83 | 288,01 | 282,09 |
| 10 | 4,81 | 288,26 | 282,06 |
