1.3 Методика розрахунку трубопроводу для скраплених
вуглеводневих газів
Технологічний розрахунок трубопроводу для СВГ включає такі етапи:
обробка вихідних даних;
гідравлічний розрахунок конкуруючих варіантів;
техніко-економічний розрахунок для визначення оптимального варіанта;
уточнений гідравлічний розрахунок оптимального варіанта трубопроводу.
Початкові дані для розрахунку трубопроводу СВГ:
річний обсяг перекачування;
склад і властивості компонентів СВГ;
температурні умови по трасі трубопроводу;
профіль траси трубопроводу;
укрупнені техніко-економічні показники.
За
відомим складом визначаємо розрахункову
густину суміші
при мінімальній температурі грунту на
глибині укладання трубопроводу.
Обчислюємо розрахункову динамічну
в'язкість суміші СВГ
при мінімальній температурі грунту.
Використовуючи закони Рауля і Дальтона,
знаходимо пружність насичених парів
суміші СВГ
за найнесприятливіших умов – при
максимальній температурі грунту на
глибині укладення трубопроводу.
За річним обсягом перекачування М і довжиною трубопроводу L, використовуючи дані таблиці 1.1, знаходимо рекомендований діаметр трубопроводу. Крім того, беремо із таблиці 1.1 найближчі менше і більше значення стандартного діаметра труб. Подальший гідравлічний розрахунок проводимо зазвичай для трьох конкуруючих варіантів.
Таблиця 1.1 – Рекомендовані діаметри трубопроводів для скраплених вуглеводневих газів
-
Довжина трубопроводу, км
Рекомендований діаметр при річному обсязі
перекачування, тис.т
10
50
100
500
1000
2000
50
89x5
89x5
114x6
245x7
325х8
377x8
100
89x5
114x6
133x6
273x7
325х8
377x8
500
89x5
133x6
159x6
273x7
325х8
426x10
1000
89x5
133x6
189x6
273x7
325х8
426x10
2000
89x5
133x6
189x6
273x7
325х8
426x10
Обчислюємо годинну і секундну витрату СВГ у трубопроводі
(1.4)
(1.5)
Подальший гідравлічний розрахунок проводимо для кожного конкуруючого варіанта трубопроводу.
Знаходимо середню швидкість руху СВГ у трубопроводі
(1.6)
де
- внутрішній діаметр трубопроводу.
Визначаємо значення числа Рейнольдса за формулою
(1.7)
Для
обчислення коефіцієнта гідравлічного
опору необхідно попередньо визначити
режим руху СВГ. Правильно запроектований
трубопровід СВГ в більшості випадків
повинен працювати в квадратичному
режимі тертя турбулентного режиму.
Тільки в деяких випадках може мати місце
режим змішаного тертя турбулентного
режиму. Тому для визначення зони тертя
в трубопроводі достатньо обчислити
друге перехідне число Рейнольдса
.
Для цього використовуємо наближену
формулу Муріна
(1.8)
де
- абсолютна еквівалентна шорсткість
внутрішньої поверхні труби,
мм;
-
динамічна в'язкість і густина води за
умов перекачування, для
інженерних розрахунків можна приймати
.
Якщо виконується умова
(1.9)
то перекачування СВГ проводиться в зоні змішаного тертя турбулентного режиму і для обчислення коефіцієнта гідравлічного опору може бути використана формула Альтшуля
. (1.10)
Якщо виконується умова
. (1.11)
то перекачування рідкої фази СВГ проходить у квадратичній зоні турбулентного режиму. Для визначення коефіцієнта гідравлічного опору може бути застосована формула Нікурадзе
(1.12)
Обчислюємо втрати напору на тертя, а далі загальні втрати напору в трубопроводі
, (1.13)
. (1.14)
де
- відносна
густина газу за повітрям, функція складу
газу.
-
різниця геодезичних позначок кінця і
початку трубопроводу;
– технологічно
необхідний напір рідкої фази СВГ у кінці
трубопроводу
. (1.15)
Знаходимо необхідну кількість насосних станцій
, (1.16)
де
- напір, що створюють насоси насосної
станції,
. (1.17)
Якщо дробова частина числа, знайденого за формулою (2.17), менша за
0,2, то заокруглення кількості НС проводимо в меншу сторону і обчислюємо
необхідну довжину лупінга
(1.18)
де
- гідравлічний нахил у магістралі і на
ділянці з лупінгом відповідно;
-
заокруглена до меншого цілого числа
кількість насосних станцій.
Якщо діаметр лупінга дорівнює діаметру магістралі, то при квадратичному режимі руху СВГ
, (1.19)
Якщо дробова частина числа, знайденого за формулою (1.17) більша за 0,2, то заокруглення кількості насосних станцій проводимо у більшу сторону, що призводить до збільшення пропускної здатності трубопроводу СВГ.
У результаті гідравлічного розрахунку для кожного конкуруючого варіанта трубопроводу з певним діаметром обчислюється необхідна кількість насосних станцій.
Із метою оптимізації варіанта технологічних параметрів трубопроводу СВГ проводиться техніко-економічний розрахунок. Критерієм оптимальності можуть служити, наприклад, мінімальні приведені затрати на будівництво та експлуатацію трубопроводу.
Після визначення оптимального варіанта параметрів трубопроводу проводять розміщення насосних станцій по трасі за методом Шухова (як для нафтопроводів) з врахуванням умов запобігання газоутворенню.
Після оптимізації технологічних параметрів трубопроводу СВГ виконується уточнений гідравлічний розрахунок із врахуванням особливостей профілю траси і характеристик насосного устаткування.
Дослідження профілю траси трубопроводу проводиться наступним, чином. Для всіх підвищених точок траси (рисунок 1.1) записується рівняння Бернуллі, що включає питому енергію рідини на початку перегону і в небезпечній точці траси
Рисунок 1.1 – Розрахункова схема ділянки трубопроводу скраплених
вуглеводневих газів
, (1.20)
де
- тиск рідкої фази СВГ на початку перегону
і в підвищеній точці траси відповідно;
-
геодезична позначка початкової і
підвищеної точок траси відповідно;
-
швидкість руху рідини в початковому і
небезпечному перерізах трубопроводу
відповідно;
-
втрати напору від тертя на ділянці від
початку перегону до підвищеної точки.
Розв'язуємо рівняння (1.20) відносно тиску рідини в небезпечній точці, при цьому враховуємо умову
, (1.21)
Порівнюємо
одержане значення тиску
з мінімально допустимим
, знайденим за формулою (1.1). Якщо
виконується умова
,
(1.22)
то приймаємо
, (1.23)
і визначаємо, на скільки слід підняти лінію гідравлічного нахилу, щоб забезпечити на даній підвищеній точці траси трубопроводу мінімально допустимий тиск рідкої фази СВГ
, (1.24)
Далі виконуємо перерахунок режиму роботи трубопроводу скраплених вуглеводневих газів з врахуванням забезпечення мінімального допустимого тиску у кожній підвищеній точці траси.
Для трубопроводу, на якому реалізується технологія послідовного перекачування кількох видів скраплених вуглеводневих газів, дослідження величини тисків у підвищених точках траси проводяться для умов перекачування
кожного із них, а також їх суміші.
На останньому етапі технологічного розрахунку виконуються гідравлічні розрахунки режимів роботи трубопроводу СВГ з врахуванням напірних характеристик насосів, встановлених на насосних станціях, та сезонних змін умов навколишнього середовища.