Тепловой расчет газопроводов

 

18.6.1 Теплотехническим расчетом устанавливается температурный режим магистральных газопроводов, исходя из условия обеспечения их нормальной работы при минимальных затратах на их строительство и эксплуатацию.

18.6.2 Определение теплового режима газопроводов необходимо для прогноза пропускной способности газопровода, выбора расстояния между КС, выявления зон гидратообразования и величины термических напряжений в трубах, а также для обоснования наиболее эффективного способа прокладки и уровня охлаждения газа.

18.6.3 Тепловые расчеты газопроводов выполняют по отдельным расчетным участкам, на протяжении которых расход газа и условия его теплообмена не изменяются.

18.6.4 При тепловых расчетах газопроводов за расчетный период принимают сутки, месяц, квартал, год.

 18.6.5 Температуру газа Т  в любой точке однониточного газопровода при любом способе прокладки вычисляют по формуле

 

                  ,                               (18.20)

 

 

где                       ,

Т_о - расчетная температура окружающей среды, К;

Т_н – температура газа в начале участка газопровода, К; при отсут­ствии охлаждения газа на КС температуру Т_н следует прини­мать равной температуре газа на выходе из компрессорного цеха, при наличии охлаждения газа величина Т_н должна приниматься равной температуре газа на выходе из системы охлаждения;

Р_н, Р_к – соответственно, начальное и конечное абсолютные давления газа на участке, МПа; Р_ср – среднее давление газа на участке, МПа;

 х – расстояние от начала газопровода до рассматриваемой точки, км;

d_н – наружный диаметр газопровода, мм;  

К_ср – средний на участке общий коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду, Вт/м²К;

С_р – средняя изобарная теплоемкость газа, кДж/кг× К;

D_i – среднее на участке значение коэффициента Джоуля-Томсона, К/МПа;

- пропускная способность газопровода, млн.м³/сут.;

 - относительная плотность газа по воздуху;

- длина участка газопровода, км.

18.6.6 Среднюю температуру газа на участке газопровода Т_ср вычисляют по формуле

 

                             (18.21)

 

18.6.7 Среднюю изобарную теплоемкость природного газа С_р в диапазоне температур 250 - 400 К, при давлениях до 15 МПа вычисляют по формуле

 

               ,                                                 (18.22)

где

,

 

,

 

, ;

 

, ,

 

,

 

,

 

,

 

.

 

18.6.8 Среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона D_i для природных газов с содержанием метана более 80 % в диапазоне температур 250 - 400 К, при давлениях до 15 МПа вычисляют по формуле

 

 ,                                       (18.23)

где

,

 

,

 

,

 

.

 

18.6.9 Выбор расчетной температуры окружающей среды Т_о и коэффициента теплопередачи К_ср производится в зависимости от способа прокладки газопровода – подземного, надземного, наземного.

18.6.10 При подземной прокладке газопровода значение Т_о должно приниматься равным среднему за рассматриваемый период значению температуры грунта Т_гр на глубине заложения оси трубопровода в естественном тепловом состоянии.

18.6.11 При надземной прокладке газопровода расчетную температуру внешней среды T_o вычисляют по формуле

                                

                                       ,                                              (18.24)

где

                                  ,                                       (18.25)       

  - коэффициент поглощения солнечной радиации наружной поверхностью трубопровода, Вт/м²× К, определяется по СНиП 23-02 [112];

– средняя температура атмосферного воздуха расчетного календарного периода, К;

Q_cум – суммарная солнечная радиация, Вт/м²;

v – скорость ветра, м/с;

d_н – наружный диаметр газопровода, мм;

 - коэффициент, учитывающий условия работы газопровода: при наличии снежного покрова следует принимать n=2, 6, а при отсутствии - n=1, 6.

Значения , Q_cум, v следует определять в соответствии со СНиП 23-01 [9].

18.6.12 При наземной прокладке газопровода расчетную температуру окружающей среды Т_о вычисляют по формуле

 

                        ,                                              (18.26)

 

где

,                              (18.27)

 

 

                  К_н = [R _из + R _гр]^-1,                                           (18.28)

 

 

                ,                                           (18.29)

 

 

               ,                                       (18.30)

 

 

              ,                                      (18.31)

 

                                  ,                                          (18.32)

 

         ,                           (18.33)

 

                                            ,                                           (18.34)

 

где    d_н- наружный диаметр газопровода без изоляции, мм;

d_из- наружный диаметр теплоизолированного газопровода, мм;  

К_в, К_н - коэффициенты теплопередачи от газопровода вверх и вниз, соответственно, Вт/м²К;  

- естественная температура грунта на глубине , К, определяют экспериментально или в соответствии со справочниками по климату РФ;

d_к – диаметр эквивалентного кольца насыпи, м;

l_н, l_в – ширина насыпи в сечении ее основания и в верхней части, соответственно, м;

- ширина насыпи в сечении на уровне оси трубы, м, вычисляют по формуле

 

 

 ;

 h_н- высота насыпи, м;  

h_o - глубина заложения оси трубы (расстояние от поверхности насыпи до оси трубы ), м;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности насыпи в воздух, Вт/м²К, определяют по формуле

 

,

где , м/с; d_н, мм; d_сн- толщина снежного покрова, м;

 l_сн – коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/м× К, допускается принимать в зависимости от состояния снега: снег свежевыпавший – 0, 1 Вт/м× К; снег уплотненный – 0, 35 Вт/м× К; снег тающий – 0, 64 Вт/м× К;  

l_гр -  коэффициент теплопроводности грунта насыпи, Вт/м× К.

 Величину коэффициента l_гр определяют в зависимости от температуры грунта и температурного режима газопровода. При положительных температурах грунта ( > 273 К) и газа ( > 273 К) значение коэффициента теплопроводности должно приниматься для грунта в талом состоянии l_Т; при отрицательных температурах грунта ( < 273 К) и газа ( < 273 К) значение коэффициента теплопроводности должно приниматься для грунта в мерзлом состоянии l_М. Значения коэффициентов теплопроводности талых l_Т и мерзлых l_М грунтов следует определять в соответствии со СНиП 2.02.04 [113].

 Расчетную температуру окружающей среды для наземного газопровода без теплоизоляции определяют так же, как и для газопровода с теплоизоляцией, принимая R_из = 0, d_из =d_н .

18.6.13 Коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду К_ср для подземных газопроводов вычисляют по формуле

 

                            ,                                                   (18.35)

 

                     ,                                       (18.36)

 

,

 

где R_из- термическое сопротивление изоляции трубопровода, Вт/м²К, определяется согласно требованиям п. 18.6.12 настоящих Норм;

- глубина заложения оси трубопровода от поверхности грунта, м;

d_н – наружный диаметр газопровода, мм;  

a_гр- коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/м²К;

l_гр- коэффициент теплопроводности грунта, Вт/мК, определяют согласно требованиям п.18.6.12 настоящих Норм;  

l_сн- коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/мК, определяют согласно требованиям п.18.6.12 настоящих Норм;

 a_в- коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/м²К, определяют по формуле

 

                              .                                                (18.37)

 

18.6.14 Общий коэффициент теплопередачи К_ср  от газа в окружающую среду для надземных газопроводов вычисляют по формуле

 

                            ,                                              (18.38)

 

где  a_н – коэффициент теплоотдачи от поверхности трубы в атмосферу, Вт/м²К, определяют согласно требованиям пункта 18.6.11 настоящих Норм;

 R_из, Вт/м²К – определяют согласно требованиям пункта 18.6.12 настоящих Норм.

Значение общего коэффициента теплопередачи нетеплоизолированного надземного газопровода вычисляют так же, как и для газопровода с теплоизоляцией, принимая R_из = 0; d_из = d_н.

18.6.15 Общий коэффициент теплопередачи К_ср от газа в окружающую среду для наземных газопроводов в насыпи вычисляют по формуле

 

                                   ,                                        (18.39)

 

где К_в и К_н – коэффициенты теплопередачи от газопровода вверх и вниз, соответственно, Вт/м²К, определяют согласно требованиям пункта 18.6.12 настоящих Норм.

18.6.16 Расчет стационарных тепловых режимов газопроводов на подводных переходах.

Теплообмен подводного газопровода зависит от степени заглубления газопровода в грунт дна и от характера перемещения воды вокруг него.

В стоячей воде теплообмен определяется свободной конвекцией, его направление и интенсивность зависят от перепада температур воды и транспортируемого газа. При наличии подводных течений, их скорость определяет интенсивность теплообмена.

Теплообмен подводного газопровода определяется теплообменом с водой и дном, в зависимости от положения газопровода с учетом его самозаглубления.

18.6.17 Температуру газа в любой точке подводного газопровода вычисляют по формуле (18.20).

18.6.18 Значение коэффициента теплопередачи подводного газопровода, полностью погруженного в грунт, в окружающую среду вычисляют по формуле

 

                            .                                   (18.40)

Внутренний коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней стенке газопровода a₁ вычисляют по формуле

 

                                   .                                               (18.41)

 

Коэффициент теплоотдачи от трубы в грунт a_гр вычисляют по формуле

 

 

                          ,                        (18.42)

 

где d_н – наружный диаметр газопровода, мм;

d_вн – внутренний диаметр газопровода, мм;

h – глубина заложения газопровода до оси трубы, м;

d_ст – толщина стенки трубы, мм;

d_из – толщина изоляции, мм;

l_ст, l_из, l_газа – теплопроводность стенки трубы, изоляции, газа, соответственно, Вт/мК.

18.6.19 Значение коэффициента теплопередачи для подводного газопровода, частично погруженного в грунт, при отсутствии течения вычисляют по формуле

 

                                                                     (18.43)

 

где  К _cp – средний коэффициент теплопередачи по периметру газопровода, Вт/м²К;

К_ж – коэффициент теплопередачи от газопровода в жидкость, Вт/м²К;

К_гр –коэффициент теплопередачи от газопровода в грунт, Вт/м²К;

j - угол охвата трубы грунтом, образуемый двумя лучами, проведенными из центра трубы к точкам пересечения периметра трубы с грунтом дна, град.;

 

                         ,                                     (18.44)

 

                                ,                                    (18.45)

 

                                 ,                                  (18.46)

 

                                                                     (18.47)

 

где   м/с²;

n_ж – кинематическая вязкость воды, м²/с;  

Pr_ж – параметр Прандтля для воды.

Значение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности газопровода в грунт дна вычисляют по формуле

 

                                         .                                               (18.48)

 

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

18.6.20 Значения коэффициентов теплопередачи К_ср, К_ж, К_гр для подводного газопровода, частично погруженного в грунт, при наличии течения вычисляют по формулам (18.43), (18.44), (18.45), соответственно.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в воду a_ж вычисляют по формуле

 

                                                          (18.49)

 

где w – скорость течения воды, м/с.

Значение коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности газопровода в грунт дна a_гр вычисляют по формуле (18.48).

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

18.6.21 Значение среднего коэффициента теплопередачи К_ср для подводного газопровода, зависшего над дном, в стоячей воде вычисляют по формуле

 

                                  .                                        (18.50)

 

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в воду a_ж вычисляют по формуле (18.46).

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

18.6.22 Значение среднего коэффициента теплопередачи К_ср для подводного газопровода, зависшего над дном, при наличии течения вычисляют по формуле (18.50).

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности в воду a_ж вычисляют по формуле (18.49).

Значение внутреннего коэффициента теплоотдачи a₁ вычисляют по формуле (18.41).

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: