| Курсовая работа
По дисциплине "Техническая термодинамика"
Тема:
"Определение параметров природного газа в магистральном трубопроводе"
Раздел 1. Определение параметров природного газа в магистральном трубопроводе
Постановка задачи
.
Объект исследования (термодинамическая система) - участок газопровода между двумя компрессорными станциями, по которому осуществляется подача природного газа (рис.1.1). Необходимо определить изменение термодинамических параметров газа (р, Т, ρ
, w
) по длине трубопровода.
Рисунок 1.1 - Принципиальная схема газопровода
Задача разбивается на несколько этапов, которые выполняются в виде отдельных заданий (подразделов).
Исходные данные
.
 - диаметр газопровода, м;
 - начальная скорость течения газа, м/с;
 - давление на входе в газопровод, МПа;
 - температура на входе в газопровод, о
С;
 - степень падения давления по всей длине газопровода;
 ( - давление газа в конце трубопровода, МПа);
 - коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода.
Таблица исходных данных
| , м
|
, м/с
|
, МПа
|
, о
С
|
|
|
| 1,22
|
9
|
10,5
|
30
|
1,85
|
0,012
|
Состав природного газа
| Название
|
Мольный
состав
|
Химическая
формула
|
Мольная масса,
кг/моль
|
Критический параметр
|
|  , МПа
|
 , К
|
|
| Метан
|
0,9718
|
|
16,043
|
4,626
|
190,77
|
0,290
|
| Этан
|
0,0282
|
С2
Н6
|
30,070
|
4,872
|
305,33
|
0,285
|
Термодинамическая модель процесса течения
.
Уравнение неразрывности
 (1.1)
Первый закон термодинамики
 (1.2)
Закон сохранения механической работы
 (1.3)
Второй закон термодинамики
(1.4)
Уравнение состояния газа
 (1.5)
Уравнение Вейсбаха-Дарси
 (1.6)
Модель течения базируется на следующих допущениях:
1. участок трубопровода горизонтальный  ;
2. течение "медленное"  ;
3. техническая работа на участке газопровода отсутствует  ;
4. поперечное сечение газопровода постоянное  ;
5. изменение кинетической энергии 
Расчет параметров газа:
Используя правело Кэя получим:
Критическое давление смеси
 ;
Ркр
=0,9718∙4,626+0,0282∙4,872=4,633 МПа.
Критическая температура смеси
 ;
Ткр
=0,9718∙190,77+0,0282∙305,33=194 К.
Молекулярная масса смеси
 ;
µкр
=0,9718∙16,043+0,0282∙30,070=16,439 кг/кмоль.
Газовая постоянная смеси
 ;
Рассмотрим изотермический процесс течения газа в трубопроводе.
Определение коэффициентов сжимаемости газа на входе в трубопровод.
Температура на входе в газопровод
 ;
 ;
Приведенное давление и температура на входе в трубопровод:
 ;
 ;
Приведенное давление и температура на выходе из трубопровода:
 ;  ;
θ2
=θ1
, так как Т1
=Т2.
Из диаграммы z = f (π; θ), с.10:
На входе: z1
=0,86
На выходе: z2
=0,92
Определяем плотность из уравнения состояния (1.5)
 ;
 ;
Определение энтальпии и энтропии газа на входе и на выходе трубопровода.
Для газа с параметрами  =10,5 МПа и  =303 К с по диаграмме (с.11) находим значение энтальпии  =512 кДж/кг и энтропии  =8,75 кДж/кг∙К.
Для газа с параметрами  =5,676 МПа и  =303 К находим значение энтальпии  =545 кДж/кг и энтропии  =9,05 кДж/кг К.
Расчет и выбор длины трубопровода.
Расстояние между КС определяем:
Расход газа по трубопроводу
Из уравнения неразрывности получим
Скорость газа на выходе из трубопровода
Тепловой поток отводимый от газа в трубопроводе
Расчет трубопровода, при условии, что природный газ является
идеальным (
z1
=
z2
=1).
Рассмотрим изотермическое течение идеального газа в трубопроводе
Плотность газа
На входе
На выходе
Массовый расход идеального газа через трубопровод
Скорость течения идеального газа на выходе из трубопровода
Отводимый тепловой поток
Расстояние между компрессорными станциями
Таблица 1.1 - Результаты численных расчетов
| Течение в газопроводе
|
Термодинамические параметры
|
| р1,
МПа
|
р2,
МПа
|
t1,
0
С
|
t2,
0
С
|
z1
|
z2
|
ρ1,
кг/м3
|
ρ2,
кг/м3
|
w1,
м/с
|
G*
,
кг/с
|
 , МВт
|
h2
-h1,
кДж/кг
|
 ,кДж/кг×К
|
 ,км
|
| Изотермическое течение
реального газа
|
10,5
|
5,676
|
30
|
30
|
0,86
|
0,92
|
79,671
|
40,259
|
9
|
837,502
|
27,638
|
33
|
0,3
|
151,869
|
| Изотермическое течение идеального газа
|
10,5
|
5,676
|
30
|
30
|
1
|
1
|
68,517
|
37,038
|
9
|
720,251
|
23,768
|
33
|
0,3
|
176,739
|
z,
π
-диаграмма природного газа
h,
s-
диаграмма природного газа
Расчет погрешностей параметров при замене реального газа идеальным.
Погрешность определения расстояния между станциями.
Погрешность определения плотности
На входе
На выходе
Погрешность определения массового расхода газа
Погрешность определения скорости на выходе из трубопровода
Вывод
Мы убедились, что изотермическое течение реального газа более экономично, чем идеального газа, так как в первом случае расстояние между компрессорными станциями на 24,87 км меньше, выше плотность реального газа.
Мы получили большие относительные погрешности при замене реального газа идеальным:
Погрешность определения расстояния между станциями - 16,376%
Погрешность определения плотности
На входе - 14%
На выходе - 8%
Погрешность определения массового расхода газа - 14%
Погрешность определения скорости на выходе из трубопровода - 6,524%.
Это говорит о том, что в расчетах всегда нужно учитывать свойства реального газа.
|
