Изменение давления по длине газопровода. Среднее давление
Рассмотрим участок газопровода протяженностью L, с давлением в начале PН и конце участка PК (рис 2.3).
Рис. 2.3. Расчетная схема газопровода
Если газопровод не имеет сбросов и подкачек, то массовый расход газа в нем неизменен. На этом основании можно записать
, (2.32)
откуда следует
, (2.33)
где x, PX – соответственно расстояние от начального пункта газопровода до произвольного сечения и давление в этом сечении.
Освобождаясь от знаменателей и решая (2.33) относительно Px, получим формулу распределения давления по длине газопровода
. (2.34)
Зависимость (2.33) является уравнением параболы (рис. 2.4). По мере удаления от начала газопровода, интенсивность падения давления возрастает. Это объясняется тем, что с понижением давления уменьшается плотность газа. В соответствии с уравнением неразрывности, при уменьшении плотности газа увеличивается скорость его движения, то есть возрастают потери на трение и, следовательно, возрастает гидравлический уклон. Таким образом, потери давления на трение пропорциональны квадрату скорости газа.
С увеличением расстояния между компрессорными станциями возрастают удельные потери давления, а значит, и потери энергии на перекачку газа. Следовательно, для уменьшения удельных энергозатрат на перекачку газа – одной из основных статей эксплуатационных расходов на газопроводах, целесообразно работать с высокими давлениями на входе КС. Несмотря на то, что при этом возрастает количество компрессорных станций, экономия энергозатрат весьма существенна.
Среднее давление в газопроводе
Среднее давление газа в газопроводе необходимо для определения его физических характеристик, а также для нахождения количества газа, заключенного в объеме трубопровода.
Поскольку изменение давления по длине газопровода происходит по закону параболы (рис. 2.5), то среднее давление необходимо определять как его среднеинтегральное значение
. (2.35)
Введем новую переменную
. (2.36)
Тогда
, (2.37)
откуда
. (2.38)
Подставляя (2.36) и (2.38) в исходное выражение (2.35), получим
. (2.39)
Найдем пределы интегрирования
Следовательно, среднее давление в газопроводе составит
Следовательно, среднее давление в газопроводе составит
. (2.40)
Вопрос 1.30. Коэффициент гидравлического сопротивления.
Закономерности изменения гидравлического сопротивления для капельной жидкости и для газа одни и те же. Поэтому нет принципиальных различий в расчете коэффициента гидравлического сопротивления для нефтепроводов и газопроводов. Как и для капельной жидкости, коэффициент гидравлического сопротивления при перекачке газа является функцией числа Рейнольдса и шероховатости внутренней поверхности стенки трубы. В настоящее время для расчета коэффициента сопротивления трения отраслевыми нормами проектирования [13] рекомендуется универсальная формула ВНИИГаза
, (2.78)
которая по своей структуре аналогична известной формуле Альтшуля зля зоны смешанного трения.
В магистральных газопроводах наиболее распространен квадратичный режим течения газа. Режим смешанного трения возможен при неполной загрузке газопровода. Режим гидравлически гладких труб характерен для распределительных газопроводов малого диаметра (газовые сети в населенных пунктах).
Из формулы (2.78) следуют частные случаи:
§ в зоне гидравлически гладких труб при 
; (2.79)
§ в зоне квадратичного трения при 
. (2.80)
Как и в нефтепроводах, режим течения газа характеризуется числом Рейнольдса
, (2.81)
где Q – коммерческий расход газа, млн. м3/сут;
D – внутренний диаметр газопровода, м;
m – динамическая вязкость газа, Па×с.
Переходное (от смешанного трения к квадратичному трению) значение числа Рейнольдса определяется по формуле
. (2.82)
По данным ВНИИГаза среднее значение эквивалентной шероховатости стенки трубопровода рекомендуется принимать kЭ=0,03 мм.
Для учета местных сопротивлений на линейной части газопровода рекомендуется принимать коэффициент гидравлического сопротивления на 5% больше коэффициента сопротивления трения lТР. Величина коэффициента гидравлического сопротивления газопровода рассчитывается из выражения
, (2.83)
где E – коэффициент гидравлической эффективности газопровода.
Коэффициент гидравлической эффективности характеризует уменьшение производительности в результате повышения гидравлического сопротивления газопровода, вызванного образованием скоплений влаги, конденсата и выпадением гидратов. Согласно нормам ОНТП 51-1-85, для расчета l значение коэффициента гидравлической эффективности принимается равным 0,95 при наличии на газопроводе устройства для периодической очистки внутренней полости трубопровода, а при отсутствии указанных устройств принимается равным 0,92.
Коэффициент гидравлической эффективности в процессе эксплуатации определяется для каждого участка между КС не реже одного раза в год. По величине E судят о загрязненности линейной части газопровода. При превышении указанных значений Е необходимо проводить очистку полости газопровода. Скопления воды и конденсата удаляют продувкой. Если это не приводит к необходимому эффекту, по газопроводу пропускают очистные поршни.