Определение коэффициента гидравлического сопротивления

В общем случае коэффициент гидравлического сопротивления l является функцией двух безразмерных параметров: числа Рейнольдса Re и относительной шероховатости e.

Число Рейнольдса является параметром гидродинамического подобия потока и зависит от внутреннего диаметра трубопровода, скорости течения газа в нем и вязкости газа: , (1.40)

где W - скорость течения газа , м/с;

D - внутренний диаметр газопровода, м;

ν - кинематическая вязкость газа, м²/с;

При расчетах МГ обычно используется понятие динамической вязкости газа m= ν ∙r. В этом случае выражения для определения Re принимают следующий вид:

(1.41)

где r - плотность газа, определенная при тех же условиях, что и скорость течения газа, кг/м³; - динамическая вязкость газа. Пас; r_в - плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м³; D - относительная плотность газа; Q_К - объемная комерческая производительность МГ при стандартных условиях, м³/с. Учет газа при коммерческих операциях производится в объемных единицах, приведенных к стандартным условиям (Т_СТ = 293К, Р_СТ = 0,1 МПа): , – плотность газа при стандартных условиях.

Так как динамическая вязкость газа в участке принимается величиной постоянной, то из последней зависимости (1.41) видим, что число Рейнольдса по длине участка остается постоянным. При использовании объемной производительности в млн. м³/сут уравнение (1.41) примет удобный для практических расчетов вид

. (1.42)

Для определения коэффициента сопротивления трения ОНТП рекомендуют использовать уравнение ВНИИгаза, которая по своей сути аналогична формуле Альшуля для зоны смешенного трения

, (1.43)

где k - коэффициент эквивалентной шероховатости труб.

В МГ наиболее распространено течение газа в квадратичной зоне турбулентного режима, течение в зоне смешенного трения возможно при неполной загрузке газопровода, а в зоне гидравлически гладких труб характерно для распределительных газопроводов малого диаметра. Из формулы 1.43 следуют частные случаи:

в зоне гидравлически гладких труб при

коэффициент сопротивления трения: ;

в зоне квадратичного трения при

коэффициент гидравлического сопротивления: ; (1.44)

Приняв в соответствии с рекомендацией норм технологического проектирования k = 0,03 мм, получим , (1.45)

где D - внутренний диаметр трубопровода, мм.

В МГ имеет место только турбулентный режим, поэтому используется терминология: квадратичная зона трения называется квадратичным режимом, а зона смешенного трения – смешенным режимом. МГ работают всегда в турбулентном режиме при числах Рейнольдса в несколько десятков миллионов (задача 1.6). При полной загрузке МГ чаще всего работает в квадратичной зоне. В этом случае влиянием числа Рейнольдса можно пренебречь и воспользоваться формулой (1.44).

Уравнение (1.45) широко используется при расчетах МГ, особенно в случаях, когда невозможно определить режим течения газа и им приходится предварительно задаваться.

Для уточнения режима течения газа ( от смешенного трения к квадратичному) используется переходное значение числа Рейнольдса Re_ПЕР:

. (1.46)

При Re> Re_ПЕР зона течения газа будет квадратичной.

Удобно при проведении расчетов использовать для определения режима течения переходную производительность Q_ПЕР. Для определения переходной производительности приравняем между собой (1.42) и (1.46). После преобразований получим

Q_ПЕР = 0,219 . (1.47)

После подстановки k = 0,03 мм (1.47) примет следующий вид

. (1.48)

С течением времени шероховатость труб увеличивается, особенно если транспортируемый газ содержит сернистые соединения. Внутренняя полость газопровода засоряется отложениями воды, конденсата, продуктов коррозии и масла смазки или уплотнения компрессоров. Все это приводит к повышению гидравлического сопротивления газопровода. Кроме того, не учитывалось наличие потерь давления газа на преодоление местных гидравлических сопротивлений.

Для учета местных сопротивлений на линейной части газопровода коэффициент гидравлического сопротивления берется на 5% выше коэффициента сопротивления трения . С учетом указанных факторов ОНТП рекомендуется следующая зависимость для определения расчетного значения коэффициента гидравлического сопротивле­ния l_Р

, (1.49)

где 1,05 - коэффициент, учитывающий наличие местных сопротивлений;

Е - коэффициент гидравлической эффективности работы участка.

Коэффициент гидравлической эффективности характеризует уменьшение производительности в результате повышения гидравлического сопротивления газопровода, вызванного образованием скоплений влаги, конденсата и выделением гидратов. В соответствие с нормами технологического проектирования коэффициент эффективности работы принимается равным 0,95, если на газопроводе имеются устройства для периодической очистки внутренней полости трубопровода, а приих отсутствии Е=0,92. Коэффициент гидравлической эффективности в процессе эксплуатации определяется для каждого участка между КС не реже 1 раза в год. По его величине судят о загрязненности линейной части газопровода. При повышении указанных значений Е необходимо проводить очистку газопровода. Скопление вода и конденсата удаляются продувкой. Если это не приводит к необходимому эффекту, по газопроводу пропускают очистные поршни.

ЛЕКЦИЯ 3