Какая температура природного газа в газопроводе
При стационарном изотермическом движении газа массовый расход газа в газопроводе составляет:
.
Фактически движение газа в газопроводе является не изотермическим. В процессе компримирования газ нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в трубопровод газа составляет порядка 20-40°С, что существенно выше температуры окружающей среды. Практически температура газа становится близкой к температуре окружающей среды лишь у газопроводов малого диаметра <500мм на удалении 20-40 км от КС, а для газопроводов большего диаметра температура газа всегда выше температуры окружающей среды. Кроме того, необходимо учитывать, что транспортируемый по трубопроводу газ является реальным газом, которому присущ эффект Джоуля-Томсона, учитывающий поглощение тепла при расширении.
При изменении температуры газа по длине газопровода движение газа описывается системой уравнений:
удельной энергии: 
;
неразрывности: ;
состояния: ;
теплового баланса
где – количество теплоты, передаваемое газом в окружающую среду через элементарную поверхность dF в единицу времени, Вт; (количество тепла получаемое окружающей средой )
– количество теплоты, содержащееся в газовом потоке, Вт; (передаваемое газовым потоком )
. (1.50)
k – коэффициент теплопередачи от газа в среду, Вт/(м2×град);
Рассмотрим в первом приближении уравнение теплового баланса без учета эффекта Джоуля-Томсона. Разделяя переменные и интегрируя уравнение теплового баланса
, получим: 
(1.50а)
обозначим за расчетный коэффициент 
. Величина произведения 
– есть безразмерная величина и называется числом Шухова. Решая уравнение (1.50) относительно температуры газа в конце газопровода получим . На удалении х от компрессорной станции температура определяется аналогичным образом:
.
Как видно изменение температуры газа носит экспоненциальный характер. Рассмотрим влияние изменения температуры на производительность газопровода.
 | Рис.__ Распределение температуры по длине газопровода. |
При движении по участку температура газа постепенно снижается, достигая минимального значения в конце участка. Температурный режим участка определяется рядом факторов: теплообменом с окружающей средой, расширением газа и силами трения в потоке газа. Энергия затрачиваемая на преодоление сил трения при движении газа возвращается ему повышением температуры. Компенсация работы трения выделяющейся при этом теплотой является внутренним процессом никак внешне себя не проявляющим. Пренебрегая изменением кинетической энергии газа можно считать, что трение не влияет на изменение температуры газа в газопроводе. С учетом уравнение энергии 
и потери динамического напора выразим через формулу Дарси-Вейсбаха 
, тогда 
, выразим 
и из уравнения теплового баланса
подставим в уравнение
используя уравнения состояния
, разделим переменные и проинтегрируем уравнения считая, что 
тогда 
, поменяем пределы интегрирования так как РН>РKпреобразуем правую часть
имеем
интегрируем в указанных пределах
выносим за скобки 
получим 
с учетом (1.50а) 
,
где обозначили 
– поправочный коэффициент, учитывающий изменение температуры по длине газопровода (неизотермичность газового потока) получим окончательно:
С учетом полученной зависимости массовый расход определяется
.
Значение коэффициента всегда больше единицы, следовательно, массовый расход газа при изменении температуры газа по длине газопровода (неизотермическом режиме течения) всегда меньше, чем при изотермическом режиме при . Произведение называется среднеинтегральной температурой газа в газопроводе.
При значениях числа Шухова Шу>4 течение газа в трубопроводе можно считать практически изотермическим при . Такой температурный режим возможен при перекачке газа с небольшими расходами по газопроводами малого диаметра (менее 500 мм) на значительные расстояния. Влияние изменения температуры газа проявляется при значениях числа Шухова больше 4, то есть в большинстве случаях. Чем больше диаметр газопровода, тем меньше теплообмен между газовым потоком и окружающей средой. Конечная температура газа определяется методом последовательных приближений, поэтому теплогидравлический расчет газопровода носит итерационный характер.
При перекачке газа наличие дроссельного эффекта (Джоуля –Томсона) приводит к более глубокому охлаждению газа, чем только при теплообмене с грунтом. В этом случае температура газа может стать ниже . С учетом этого температура по длине газопровода изменяется с учетом уравнения теплового баланса 1.50:
При этом температура газа снизится на величину
, (1.51)
где СР – удельная теплоемкость газа, Дж/(кг × град).
Одновременно температура газа снижается за счет эффекта Джоуля-Томсона на величину: . (1.52)
Учитывая (1.51) и (1.52), запишем
. (1.53)
Перегруппируем уравнение (1.53) и запишем его в следующем виде:
, (1.54)
где: 
. (1.55)
Решим полученное выражение относительно dx:
. (1.56)
Приняв постоянной величиной, после интегрирования в пределах х от 0 до х и , получаем: 
, (1.57)
откуда 
,(1.58)
Так как квадрат давления линейно изменеяется по длине участка газопровода (уравнение 1.35), тогда приняв 
, получаем уравнение ВНИИгаза для определения температуры в любой точке участка МГ:
. (1.59)
При Di =0 уравнение (1.5 9) переходит в уравнение Г.В. Шухова
(1.60)
Сравнивая (1.59) и (1.60) видим, что по уравнению ВНИИгаза температура газа всегда меньше, чем по уравнению Шухова на величину:
.
Следовательно, температура газа к концу участка может достигать значений меньших, чем температура грунта (рис. 1.4).
В конце участка температура газа может быть ниже температуры грунта
 | Рис. 1.4. Изменение температуры газа по длине участка |
на 
, которая может составлять (3-5) 0С.
Средняя температура газа в участке определяется как среднегеометрическая величина
. (1.61)
При проектировании МГ коэффициент теплопередачи зависит от способа прокладки трубопровода, для подземных трубопроводов определяется по формулам:
(1.62); 
(1.63)
(1.64); 
(1.65)
, (1.66)
где k – коэффициент теплопередачи, Вт / (м2 × град);
RИЗ– термическое сопротивление изоляции трубопровода, (м2 × град) / Вт;
аГР – коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/(м2 × град);
DН – наружный диаметр трубопровода, м;
lИЗ – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м × град);
DИЗ – наружный диаметр изолированного трубопровода, м;
lГР – коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м × град);
hОЭ – эквивалентная глубина заложения оси трубопровода от поверхности трубопровода, м;
dСН – глубина снежного покрова, м;
lСН– коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/(м × град);
аВ– коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в атмосферу, Вт/(м2 × град);
V – скорость ветра, м/с.
Ориентировочное значение k = 1,5÷2,0 Вт/(м2 × град).
При расчете участка МГ значения давления и температуры газа в конце участка чаще всего бывают неизвестны, и для определения средних значенийими приходится задаваться ориентировочно. В этом случае величину средней температуры газа в участке можно определить, приблизительно используя зависимость
, (1.67)
ЛЕКЦИЯ 4.
Источник
| artemius13 | Дата: Четверг, 31.05.2012, 10:39 | Сообщение # 1 |
Студент Группа: Пользователи Сообщений: 2=”unp”> Репутация: 0 Город: Донецк Статус: Оффлайн | Есть такая проблема!!!! Выбирается регулятор давления в климатическом исполнении с темпиратурой окружающей среды -30 до +60. Есть производители указывающие обязательный параметр ТЕМПЕРАТУРА ГАЗА не должна быть ниже -20. (Pietro Fiorentini). Вопрос: многоэтажное здание с крышной котельной, высота вертикального участка газопровода около 100м. ШРП находится на улице, можно ли применять данные регуляторы с таким климатическим исполнением. Расчетная температура для нашего региона -23. |
| bark | Дата: Четверг, 31.05.2012, 21:06 | Сообщение # 2 |
супер ГИП Группа: Советник Сообщений: 2317=”unp”> Репутация: 117 Город: РФ Статус: Оффлайн | если газопровод перед ШРП подземный и ниже глубины промерзания, то можно принять ШРП с обогревом. Если на минимальной глубине, то сложнее – теплотехнический расчет потребуется. С надземным – без вариантов, брать другой регулятор. |
| luxemburg | Дата: Четверг, 31.05.2012, 21:16 | Сообщение # 3 |
супер ГИП Группа: Друзья Сообщений: 1250=”unp”> Репутация: 44 Город: luxemburg Статус: Оффлайн | Подогрев газа в ШРП может привести к конденсации в настенном участке. ИМХО – лучше этого не делать, а для нормальной работы регулятора возможную разницу в 3 градуса компенсировать утеплением шкафа а газопровод упрятать в штробе. Сообщение отредактировал luxemburg – Четверг, 31.05.2012, 21:19 |
| bark | Дата: Четверг, 31.05.2012, 21:39 | Сообщение # 4 |
супер ГИП Группа: Советник Сообщений: 2317=”unp”> Репутация: 117 Город: РФ Статус: Оффлайн | в последние годы аномальные зимы, когда бывают морозы значительно ниже расчетных. А расчетная температура – температура обеспеченностью 0,92, которая может держатся 5 дней подряд. Для расчетной температуры – 23 наиболее холодные сутки обеспеченностью 0,92 будут с температурой около -28. Рисковать, думаю, не стоит. |
| Dima75 | Дата: Понедельник, 04.06.2012, 14:44 | Сообщение # 5 |
ГИП Группа: Друзья Сообщений: 1088=”unp”> Репутация: 49 Город: Свердловская обл Статус: Оффлайн | Quote (luxemburg) Подогрев газа в ШРП может привести к конденсации в настенном участке. ИМХО – лучше этого не делать, а для нормальной работы регулятора возможную разницу в 3 градуса компенсировать утеплением шкафа а газопровод упрятать в штробе. Точно, выхода из земли еще покрываю термоизолирующим покрытием “Изолат-03”. |
| artemius13 | Дата: Вторник, 05.06.2012, 12:01 | Сообщение # 6 |
Студент Группа: Пользователи Сообщений: 2=”unp”> Репутация: 0 Город: Донецк Статус: Оффлайн | 1.Температура для нашего региона -23 это и есть наиболее холодные сутки обеспеченностью 0,92. 2. Не пойму как можно расчитать, успеет газ охладиться до температуры окружающего воздуха в надземном газопроводе…. Ведь он не стоит на месте, идет расход (особенно интенсивный в холодные дни) … много вопросов на которые не могу найти ответа… 3. У нас в ДБН В.2.5-20-2001 “ГАЗОСНАБЖЕНИЕ” указано: 1.6 Температура газа, выходящего из газораспределительных станций ма¬гистральных газопроводов (далее ГРС) при подаче в подземные газопроводы, должна быть не ниже минус 10 °С, а при подаче в наземные и надземные газо¬проводы не ниже расчетной температуры наружного воздуха для района строи¬тельства. За расчетную температуру наружного воздуха следует принимать темпера¬туру наиболее холодной пятидневку обеспеченностью 0,92 по СНиП 2.01.01. При подаче из ГРС газа с отрицательной температурой в подземные газо¬проводы, прокладываемые в пучини-стых грунтах, должны быть учтены меро¬приятия по устойчивости газопровода, предусмотренные в разделе 10. А также:5.37 При выборе оборудования ГРП, ГРПБ, ШРП и ГРУ необходимо учи¬тывать: – расчетное и фактическое давление газа в газопроводах, к которым под¬ключаются объекты; – состав газа, его плотность, температуру точки росы, теплоту сжигания (Qн); – потери давления на трение в газопроводе от мест подключений до вводов его в ГРП, ГРПБ, ШРП и ГРУ; – температурные условия эксплуатации оборудования и приборов КИП. ТАК ОТ ЧЕГО ОТТАЛКИВАТЬСЯ – ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ИЛИ ОТ ТЕПЕРАТУРЫ ГАЗА, КОТОРУЮ УКАЗЫВАЮТ В ПАСПОРТАХ ТОЛЬКО ДВА ИТАЛЬЯНСКИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЯ. ЗАВОД УТВЕРЖДАЕТ, ЧТО ЕСЛИ ТЕМПЕРАТУРА ГАЗА ОПУСТИТСЯ НИЖЕ -20, ТО ЛЮБОЙ РЕГУЛЯТОР ВНУТРИ ОБМЕРЗНЕТ. ВАШИ МНЕНИЯ? |
| Elena89 | Дата: Вторник, 19.07.2016, 15:22 | Сообщение # 7 |
Студент Группа: Пользователи Сообщений: 2=”unp”> Репутация: 0 Город: Москва Статус: Оффлайн | Добрый день! Помогите, пожалуйста, с температурами газа при надземной прокладке. Проект предусматривает врезку в существующий газопровод и надземную прокладку до потребителя. Нужно определить минимальную, максимальную и расчетную температуры. Расчетную, я так понимаю, нужно принимать равной температуре воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 по СП131.13330.2012. А максимальную и минимальную? |
Источник
Учебник Алиева стр 143 Или Нечваль:
При стационарном движении газа массовый расход в газопроводе составляет
. (2.41)
Фактически движение газа в газопроводе всегда является неизотермическим. В процессе компримирования газ нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в трубопровод газа составляет порядка 20¼40°С, что существенно выше температуры окружающей среды (T0). Практически температура газа становится близкой к температуре окружающей среды лишь у газопроводов малого диаметра (Dу<500 мм) на удалении 20¼40 км от компрессорной станции, а для газопроводов большего диаметра всегда выше T0. Кроме того следует учесть, что транспортируемый по трубопроводу газ является реальным газом, которому присущ эффект Джоуля-Томпсона, учитывающий поглощение тепла при расширении газа.
При изменении температуры по длине газопровода движение газа описывается системой уравнений:
удельной энергии ,
неразрывности ,
состояния ,
теплового баланса .
Рассмотрим в первом приближении уравнение теплового баланса без учета эффекта Джоуля-Томпсона.
Величина at×L называется безразмерным критерием Шухова
(2.43)
где ;
KСР – средний на участке полный коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду;
G – массовый расход газа;
cP – средняя изобарная теплоемкость газа.
Таким образом, температура газа в конце газопровода составит
. (2.44)
На удалении x от начала газопровода температура газа определяется по формуле
. (2.45)
Изменение температуры по длине газопровода имеет экспоненциальный характер (рис. 2.6).
Рассмотрим влияние изменения температуры газа на производительность газопровода.
, (2.53)
где – поправочный коэффициент, учитывающий изменение температуры по длине газопровода (неизотермичность газового потока).
С учетом (2.53) зависимость для определения массового расхода газа примет вид
. (2.54)
Значение jН всегда больше единицы, следовательно, массовый расход газа при изменении температуры по длине газопровода (неизотермическом режиме течения) всегда меньше, чем при изотермическом режиме (T0=idem). Произведение T0×jН называется среднеинтегральной температурой газа в газопроводе.
При значениях числа Шухова Шу³4 течение газа в трубопроводе можно считать практически изотермическим при T0=idem. Такой температурный режим возможен при перекачке газа с небольшими расходами по газопроводам малого (менее 500 мм) диаметра на значительное расстояние.
Влияние изменения температуры газа проявляется при значениях числа Шухова Шу<4, то есть в подавляющем большинстве случаев. Чем больше диаметр газопровода, тем меньше интенсивность теплообмена между газовым потоком и окружающей средой. Конечная температура газа определяется методом последовательных приближений, из-за чего теплогидравлический расчет газопровода становится итерационным процессом.
При перекачке газа наличие дроссельного эффекта приводит к более глубокому охлаждению газа, чем только при теплообмене с грунтом. В этом случае температура газа может даже опуститься ниже температуры T0 (рис. 2.7).
Тогда с учетом коэффициента Джоуля-Томпсона закон изменения температуры по длине принимает вид
, (2.55)
где – среднее давление на участке газопровода;
Di – коэффициент Джоуля-Томпсона.
Средняя температура газа TСР на участке газопровода определяется по формуле
. (2.56)
Источник
При стационарном движении газа массовый расход в газопроводе составляет
. (2.41)
Фактически движение газа в газопроводе всегда является неизотермическим. В процессе компримирования газ нагревается. Даже после его охлаждения на КС температура поступающего в трубопровод газа составляет порядка 20¼40°С, что существенно выше температуры окружающей среды (T0). Практически температура газа становится близкой к температуре окружающей среды лишь у газопроводов малого диаметра (Dу<500 мм) на удалении 20¼40 км от компрессорной станции, а для газопроводов большего диаметра всегда выше T0. Кроме того следует учесть, что транспортируемый по трубопроводу газ является реальным газом, которому присущ эффект Джоуля-Томпсона, учитывающий поглощение тепла при расширении газа.
При изменении температуры по длине газопровода движение газа описывается системой уравнений:
удельной энергии ,
неразрывности ,
состояния ,
теплового баланса .
Рассмотрим в первом приближении уравнение теплового баланса без учета эффекта Джоуля-Томпсона. Интегрируя уравнение теплового баланса
,
получим
, (2.42)
где ;
KСР – средний на участке полный коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду;
G – массовый расход газа;
cP – средняя изобарная теплоемкость газа.
Величина at×L называется безразмерным критерием Шухова
(2.43)
Таким образом, температура газа в конце газопровода составит
. (2.44)
На удалении x от начала газопровода температура газа определяется по формуле
. (2.45)
Изменение температуры по длине газопровода имеет экспоненциальный характер (рис. 2.6).
Рассмотрим влияние изменения температуры газа на производительность газопровода.
Умножив обе части уравнения удельной энергии на r2 и выразив , получим
. (2.46)
Выразим плотность газа в левой части выражения (2.46) из уравнения состояния , произведение r×w из уравнения неразрывности , dx из уравнения теплового баланса .
С учетом этого уравнение удельной энергии принимает вид
(2.47)
или
. (2.48)
Обозначив и интегрируя левую часть уравнения (2.48) от PН до PК , а правую от TН до TК , получим
. (2.49)
Произведя замену
, (2.50)
имеем
. (2.51)
Произведя интегрирование в указанных пределах, получим
. (2.52)
С учетом (2.42)
или
, (2.53)
где – поправочный коэффициент, учитывающий изменение температуры по длине газопровода (неизотермичность газового потока).
С учетом (2.53) зависимость для определения массового расхода газа примет вид
. (2.54)
Значение jН всегда больше единицы, следовательно, массовый расход газа при изменении температуры по длине газопровода (неизотермическом режиме течения) всегда меньше, чем при изотермическом режиме (T0=idem). Произведение T0×jН называется среднеинтегральной температурой газа в газопроводе.
При значениях числа Шухова Шу³4 течение газа в трубопроводе можно считать практически изотермическим при T0=idem. Такой температурный режим возможен при перекачке газа с небольшими расходами по газопроводам малого (менее 500 мм) диаметра на значительное расстояние.
Влияние изменения температуры газа проявляется при значениях числа Шухова Шу<4, то есть в подавляющем большинстве случаев. Чем больше диаметр газопровода, тем меньше интенсивность теплообмена между газовым потоком и окружающей средой. Конечная температура газа определяется методом последовательных приближений, из-за чего теплогидравлический расчет газопровода становится итерационным процессом.
При перекачке газа наличие дроссельного эффекта приводит к более глубокому охлаждению газа, чем только при теплообмене с грунтом. В этом случае температура газа может даже опуститься ниже температуры T0 (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Влияние эффекта Джоуля-Томпсона на распределение температуры газа по длине газопровода
1 – без учета Di; 2 – с учетом Di
Тогда с учетом коэффициента Джоуля-Томпсона закон изменения температуры по длине принимает вид
, (2.55)
где – среднее давление на участке газопровода;
Di – коэффициент Джоуля-Томпсона.
Средняя температура газа TСР на участке газопровода определяется по формуле
. (2.56)
Источник