Компрессорная станция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1- система подготовки газа к транспорту (ПГТ); 2- ГРС попутных отборов газа; 3- ГРС для собственных нужд КС; 4 – газораспределительный пункт (ГРП) попутного газа по трассе магистрального газопровода; 5- ГРС системы газоснабжения; 6- кольцо системы газоснабжения высокого   давления (12МПа); 7- - кольцо системы газоснабжения высокого   давления (0,6 МПа); 8- - кольцо системы газоснабжения среднего  давления (0,3Мпа); 9- ГРС подземное  хранения газа; 10- подземное хранилище газа  (ПГХ); 11- КС для закачки в подземное хранилище газа;  12- ГРП системы газоснабжения кольцо среднего давления; 13- ГРП системы газоснабжения кольцо высокого давления; 14- контрольно- регистрирующий пункт (КРП) магистрального газопровода; 15- конечная КС магистрального газопровода; 16- начальная КС магистрального газопровода; 17 линейный участок магистрального газопровода, L1 , L2, L3-длины линейных участков.

 

Рисунок 1.11 Структурная схема газоснабжения

 

В газопроводах низкого давления при газоснабжении бытовых потребителей следует использовать искусственный газ давлением 0,002 МПа, природный газ давлением 0,003 МПа, а сжиженный газ давлением 0,004 МПа.

Внутреннее газовое оборудование жилых домов, промышленных предприятий включает внутридомовые и внутрипроизводственные газопроводы, а также газовые приборы и установки для сжигания газа. Подается природный газ в города по мощным магистральным газопроводам, которые целесообразно эксплуатировать при максимальной проектной пропускной способности. Фактическое потребление газа характеризуется резкой неравномерностью в течении суток, месяца и года. Неравномерность потребления газа связана с изменениями погоды, специфическими особенностями некоторых производств очистки и осушки газа. При проектировании газовых сетей необходимо выполнять определенные требования. Газовые сети должны быть надежными и обеспечивать бесперебойность газоснабжения. Эксплуатация газовой сети должна быть простой, удобной и безопасной. При проектировании сети необходимо предусматривать возможность отключения отдельных районов, а также возможность строительства и ввода в эксплуатацию по очереди. При оборудовании газовой сети следует использовать однотипные сооружения и узлы.

 

1.7 Физические и термодинамические свойства газов

 

В качестве меры количества вещества принимается масса вещества в состоянии покоя.

Плотность газа определяется как масса единицы объема, т.е как отношение массы газа к его объему: ρ=m/V, где m-масса газа; V-объем газа. Плотность является параметром газа и не зависит от пункта измерения.

Удельным объемом газа называется объем единицы массы газа. Удельный объем – величина, обратная плотности, т.е. w=1/р=V/m, где V- удельный объем среды. Массовым расходом газа называется масса газа, проходящая через поперечное сечение потока в единицу времени (для стационарного режима газопровода): М =m/τ , где m – масса газа; τ- время, в течении которого через данное сечение проходит газ.

Объемным расходом газа называется количество газа в единицах объема, проходящее через сечение потока в единицу времени: Q = V/τ, где τ – время, в течении которого через рассматриваемое сечение проходит V газа. Заметим что М=Q/p.

Объем и объемный расход газа относят к определенным условиям (температуре и давлению). В расчетах систем газоснабжения используют понятия объемного расхода при температуре 0 град. и 101325 Па и понятие объемного расхода газа при температуре 20 град. и давлении 101325 Па (стандартные условия). Перерасчет объемного расхода газа QV при реальных условиях р и Т к нормальным условиям производятся по формуле 

 

Q = QV p / p 0  *Т0*1/z                                           (1.6.1)

Все расчеты систем газоснабжения согласно СНиП 11-37-76 ведутся для нормальных условий.

Линейная скорость газа определяется как объемный расход газа в условиях потока (температура и давление) через единицу поперечного сечения потока; v=Q/F где v-линейная скорость газа в газопроводе; Q- объемный расход газа в условиях потока (температура и давление); F-площадь поперечного сечения потока.

Давление равно отношению нормальной составляющей силы N к площади s, на которую действует сила. При равномерном распределении сил p=N/s.

Для характеристики состояния газов используется понятие абсолютного давления р, которое представляет собой давление газов на стенки трубопроводов и сосудов. Абсолютное давление является параметром

состояния газа. Для определения результирующих усилий, приложенных к стенкам трубопроводов, используют понятие «избыточное давление» ризб , которое представляет собой разность между абсолютным давлением газа р и барометрическим давлением среды рбар : ризб = р-рбар или разность между барометрическим давлением и абсолютным давлением (когда рбар>рабс : рвак = рбар – р, где рвак – давление, показывающее вакуумметром ).

Избыточное давление используют для характеристики газовых приборов, измерения давления в газопроводах низкого, среднего и высокого давлений и при расчетах газопроводов применяют абсолютное давление.

В газовом деле широко используется учение об идеальных газах, при этом не учитывают силы внутреннего взаимодействия и собственная масса молекул. Применяемые законы идеальных газов весьма просты, однако они достаточно хорошо характеризуют поведение и свойства реальных газов для невысоких давлений и не совсем низких температур. Эти законы тем лучше описывают свойства реальных газов, чем дальше они находятся от областей насыщения и критического состояния.

Закон Бойля – Мариотта устанавливает зависимость между давлением и удельным объемом газа при постоянной температуре: р1/р2 = w2/w1 или p1w1=p2w2. Закон Бойля – Мариотта, описывающий физическое состояние идеальных газов, формулируется следующим образом: произведение абсолютного давления и удельного объема идеального газа при постоянной температуре сохраняет неизменную величину.

Закон Гей – Люссака определяет изменение удельного объема идеального газа в зависимости от температуры при постоянном давлении. Относительное расширение идеальных газов при нагревании под неизменным давлением (р-пост.) прямо пропорционально повышению температуры

 

ώ – ώ0⁄ ώ0=α(t-t0)                                                   (1.6.2) 

 

При t0 = 0 град. ω = ω0(1+αt),

где ω – удельный объем газа при температуре t и давлении р;

ω0 – удельный объем газа при температуре 0 град. и том же давлении р; α – температурный коэффициент объемного расширения идеальных газов при 0 град., сохраняющий то же значение при всех давлениях и одинаковый для всех идеальных газов.

Температурный коэффициент объемного расширения идеальных газов α = 1/273.16 1/К.

Уравнение Клайперона получается путем сопоставления законов Бойля – Мариотта и Гей- Люссака. Оно используется в виде рω =RT, где R- газовая постоянная идеального газа; Т- абсолютная температура газа или р/ρ = RT, где ρ – плотность газа. Если умножить левую часть уравнения состояния на количество газа в единицах массы, то получим уравнение состояния для любого количества газа : pV=mRT, где V- полный объем газа.

Газовая постоянная R-есть работа расширения единицы количества газа при нагревании его на 1 град. при постоянном давлении.

Газовые постоянные R некоторых газов равны: 287,04- воздуха, 519,26- метана, 195,54- пропана, 143,08- бутана.

Закон Авогадро может быть сформулирован как чисто опытный закон: объем одного киломоля идеального газа не зависит от природы газа и вполне определяется параметрами физического состояния газа.

По закону Авогадро правая часть уравнения не зависит от природы газа.

Поэтому произведение молекулярной массы и газовой постоянной R не зависит от природы газа и является универсальной постоянной идеальных газов: =R=const. Универсальная постоянная R идеальных газов – есть работа расширения 1 кмоль идеального газа при нагревании на 1 град. при постоянном давлении. В настоящее время принята следующая расчетная универсальная постоянная идеальных газов R=8314,3 Н•м/(кмоль•К) = 8,3143 кДж/(кмоль•К). Молярный объем идеальных газов при температуре t=0 град. и давлении р=101325 Па

 

22,4м3 ⁄ кмоль                                (1.6.3)

 

Расчетные значения удельных газовых постоянных идеальных газов определяются по универсальной газовой постоянной. Для реальных газов составлено большое число уравнений состояния. Наиболее распространенным является уравнение Клайперона с поправочным коэффициентом где z –коэффициент, учитывающий отклонение реальных газов от закона идеальных газов. Коэффициент z часто называют коэффициентом сжимаемости. Коэффициент отклонения обычно определяют по графикам , в которых коэффициент z дан в зависимости от приведенных параметров (температура, давление).

 

Рисунок 1.12. График зависимости коэффициента сжимаемости газов от приведенных давления и температуры

 

Критическим давлением называется такое давление, при котором и выше которого никаким повышением температуры нельзя испарить жидкость. Критическая температура – это такая температура, при которой и выше которой ни при каком повышении давления нельзя конденсировать пар.

При движении природного газа через сопротивления (регулирующие клапаны ГРС и ГРП, трубопроводы, фильтры и др.), особенно при резком падении давления, снижается температура газа. На ГРС снижение температуры вызывает обмерзание трубопроводов, запорных, регулирующих и измерительных устройств и приводит к образованию гидратов в трубопроводах. Это явление называют эффектом дросселирования.

Характеристикой этого эффекта или коэффициентом Джоуля-Томсона, называется предел отношения изменения температуры газа к изменению его давления в изоэнтальпийном процессе

 

    DI  = = DI (i, p)                                              (1.6.4)

 

Для идеальных газов       DI = =0                                                (1.6.5)

 

Положительный коэффициент Джоуля-Томсона характеризует дросселирование большинства газов при обычных температуре и давлении. При некоторых условиях дросселирование сопровождается нагреванием газа (отрицательный коэффициент). Совокупность точек, в которых коэффициент Джоуля-Томсона равен нулю, называется линией инверсии. Вследствие эффекта Джоуля-Томсона температура газа в трубопроводе может опускаться ниже температуры окружающей среды.

Природные газы представляют собой смесь газов. Главную долю этой смеси обычно составляет метан. Для проведения термодинамических и гидравлических расчетов необходимо определять свойства смеси газов по характеристике индивидуальных составляющих. Рассмотрим некоторые основные показатели смеси газов.

Массовой концентрацией i-го компонента смеси газов xi называется отношение количества этого компонента в единицах массы mi к количеству смеси М: xi=mi/M.

Количество смеси равно сумме количеств отдельных газов

 

M I                                                                                   (1.6.6)

 

Молярной концентрацией i-го компонента yi называется отношение числа киломолей компонента Gi к числу киломолей смеси G; Gi=mi/mmi где mmi – масса газа, численно равная относительной молекулярной массе.

Сумма числа киломолей всех компонентов смеси газов равна числу киломолей смеси

 

G= I                                                                                       (1.6.7)

 

Сумма молярных концентраций всех компонентов смеси газа

 

I = 1/G I                                                                   (1.6.8)

 

Среднемолекулярная масса смеси mср есть отношение количества смеси в единицах массы к числу молей смеси: mср=m/G.

Если массу смеси выразить через массу отдельных компонентов, получим

 
  mcp=m/G=m/G1=m/m1/m1µ=1/m1*m1/m=1/x1/miµ                (1.6.9)

 

Средняя молекулярная масса смеси газов выражается через массовую концентрацию и относительную молекулярную массу компонентов.

Массовые и молекулярные концентрации находятся в определенных соотношениях

Xi/yi=m/Gi*G/m=mµ/mcp                                                  (1.6.10)

 

Объемной концентрацией yIv называется отношение объема компонента Vi при давлении и температуре смеси газа к объему смеси V: yiv=Vi/V.

 

Для реальных газов    I = 1/V*

 

Таким образом, понятие объемной концентрации для реальных газов не имеет физического и расчетного смысла.

Для идеальных газов Vipc = Vpi, где рс – давление смеси; pi – парциальное давление газа. Тогда сумма объемных концентраций компонентов

  I = 1/V*                      (1.6.11)

 

Газ, транспортируемый по распределительным газопроводам, может содержать некоторое количество влаги. Однако наличие влаги в газе может привести к коррозии трубопроводов, арматуру и приборов, к образованию гидратов и концентратов. Влажный газ может быть представлен как смесь любого газа с парами любой жидкости или как газовая смесь, в которой один из газов является паром, близким к состоянию насыщения. При оценке влажного газа условно принимается, что перегретый водяной пар является идеальным газом. Поэтому к влажному газу применимы законы идеального газа.