2.3.3.2 Определение коэффициента теплопередачи на основе диспетчерских данных

Коэффициент теплопередачи К (или К_τ ) от газа в окружающую среду, входящий в формулу (3.20) через параметр Шухова (или Яблонского), зависит от многих факторов: глубины заложения трубопровода, его изоляции, коэффициента теплопроводности грунта, наличия и состояния снежного покрова, скорости ветра у поверхности земли и т.д.

При проведении ориентировочных расчетов в [8], например, рекомендуется принимать значение коэффициента теплопередачи для грунта, состоящего из сухого песка, на уровне К = 1,16 Вт/(м²К); для очень влажного песка – на уровне К = 3,5 Вт/(м²·К); для сыроватой глины – на уровне К = 1,6 Вт/ (м²·К). Приближенное среднее значение коэффициента теплопередачи в ориентировочных расчетах рекомендуется принимать на уровне К = 1,75 Вт/(м²·К). Как видно, эти рекомендации не годятся для расчета эксплуатационных режимов.

На самом деле, изменение коэффициента теплопередачи К_τ в течение годового периода эксплуатации газопровода имеет сезонный характер. Для примера, на рис. 3.9 приводятся среднемесячные значения коэффициента теплопередачи К_τ для участка газопровода Поляна – Москово.

Рисунок 3.9 - Периодичность в изменении коэффициента теплопередачи К_τ

Оптимизационные расчеты будут более точными, если учитывать фактическую величину коэффициента теплопередачи К_τ газопровода, определяемую с учетом сезонного фактора, например, по зависимости

, (3.25)

где К_ср – среднее значение коэффициента теплопередачи за годовой период эксплуатации; амплитуда колебания К^* = (К_max – К_min)/2; К_max и К_min – максимальное и минимальное среднемесячные величины коэффициентов теплопередачи за годовой период эксплуатации; φ₀^* - сдвиг по фазе на начало отсчета.

Но для оперативного регулирования этот метод не подходит, так как он не позволяет учесть суточные и др. кратковременные изменения температурного режима. Кроме того, в период ливней или, наоборот, в засушливый период, отклонение величины К_τ от среднестатистического значения на данное время года может быть весьма существенным, что необходимо также учитывать.

Поэтому оперативное регулирование должно быть основано на использовании базы диспетчерских данных.

Вычисление коэффициента теплопередачи К_τ производится матричным методом по транцендентному относительно К_τ уравнению (3.19). Именно так, по программе КОЕFF получены значения К_τ , представленные на рис. 3.9.

При этом абсолютные давления в начальном и конечном сечениях газопровода Р_н и Р_к определяются с учетом внутристанционных потерь давления газа на КС (в пылеуловителях, АВО, арматуре и т.д.) в соответствии с п. 7.6.19 норм технологического проектирования [3] по формулам:

Р_н=Р_нагР_вых, (3.26)

Р_к =Р_вх+Р_вх, МПа , (3.27)

где Р_наг - давление нагнетания на выходе из компрессорного цеха;

Р_вых - потери давления в трубопроводах и АВО между компрессорным цехом и узлом подключения к линейной части магистрального газопровода,

Р_вх – давление на входе в компрессорный цех;

Р_вх - потери давления в трубопроводах и пылеуловителях между узлом подключения к линейной части магистрального газопровода и компрессорным цехом.

Потери давления газа, как правило, не должны превышать величин, приведенных в табл. 3.2.

Таблица 3.2 - Потери давления газа в трубопроводах и оборудовании КЦ

Рабочее давление (избыточное), МПА	Потери давления газа, МПа
	на входе КЦ		на выходе КЦ
	при одноступенчатой очистке газа	при двухступенчатой очистке газа	при наличии АВО газа	при отсутствии АВО газа
5,40	0,08	0,13	0,06	0,03
7,35	0,12	0,19	0,07	0,04
8,34	0,12	0,20	0,08	0,05
9,81	0,13	0,21	0,08	0,05
15,00	0,15	0,25	0,10	0,07

При определении коэффициента теплопередачи К_τ, в соответствии с п. 18.6.5 [3], внешний теплообмен учитывается вторым слагаемым после знака равенства в (3.18) и третьим слагаемым учитывается изменение температуры газа за счет эффекта Джоуля –Томсона (температура газа понижается, так как дроссель-эффект положительный).

Температура газа в магистральных газопроводах за счет эффекта Джоуля – Томсона обычно понижается на 3 - 6 °С. В случае, когда эффект Джоуля – Томсона не учитывают, D_i = 0, из уравнения (3.18) непосредственно следует формула В. Г. Шухова для расчета температуры газа в трубопроводе.

Также, из уравнения (3.18) видно, что за счет эффекта Джоуля-Томсона температура транспортируемого реального газа может быть даже ниже температуры окружающего грунта, а при расчете по формуле В.Г.Шухова температура газа никогда не может быть ниже температуры грунта.

При отсутствии внешнего теплообмена между газом и грунтом, т.е. в условиях идеальной тепловой изоляции газопровода, влияние эффекта Джоуля-Томсона на температуру транспортируемого газа максимально.

Отмеченные особенности течения реального газа по газопроводу указывают на необходимость учета эффекта Джоуля-Томсона при определении температуры транспортируемого газа по длине газопровода. Обычно численное значение коэффициента Джоуля-Томсона изменяется в диапазоне 3 - 6 °С/МПа. Хотя основной вклад, до 80 – 90 %, в определение конечной температуры газа в газопроводе дает внешний теплообмен. Следует отметить, что при расчетах температурных режимов магистральных газопроводов теплофизические характеристики перекачиваемых газов (кроме плотности) можно принимать постоянными.