43481

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ КОМПРЕССОРНЫМИ СТАНЦИЯМИ

Курсовая

Физика

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА В МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ КОМПРЕССОРНЫМИ СТАНЦИЯМИ Постановка задачи Объект исследования термодинамическая система участок газопровода между двумя компрессорными станциями по которому осуществляется подача природного газа рис. Необходимо определить изменение термодинамических параметров газа р Т ρ w по длине трубопровода.1 Принципиальная схема газопровода Исходные данные: D диаметр трубопровода м; начальная скорость течения газа м с; р1 давление...

Русский

2013-11-06

120.5 KB

20 чел.


Министерство образования и науки Украины

Сумский государственный университет

кафедра технической теплофизики

Курсовая работа

по дисциплине

“Техническая термодинамика”

Часть 1

Вариант                                                     87

Виполнил          Бровкин Е.В.

Студент группы          ЕМ – 81

Проверил          Ванеев С.М.

Сумы 2010



1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА В
МАГИСТРАЛЬНОМ ТРУБОПРОВОДЕ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ КОМПРЕССОРНЫМИ СТАНЦИЯМИ

 

  1.  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

Исходные данные:

D – диаметр трубопровода, м;

– начальная скорость течения газа, м/с;

р1 – давление газа на входе в трубопровод, МПа;

t1 – температура газа на входе в трубопровод, 0С;

– степень падения давления газа по  длине трубопровода;

р21 /β– давление газа в конце трубопровода, МПа;

– коэффициент гидравлического трения в трубопроводе.

Расчетный состав природного газа и необходимые термодинамические свойства его компонентов приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Термодинамические свойства составляющих компонентов природного газа

Название

Мольный состав

Химическая

формула

Мольная масса,

кг/кмоль

Критический параметр

рКР,

МПа

ТКР,

К

ZКР

Метан

0,9781

СН4

16,043

4,626

190,77

0,290

Этан

0,0050

С2Н6

30,070

4,872

305,33

0,385

Пропан

0,0018

С3Н8

44,097

4,246

370,00

0,277

Н-бутан

0,0016

nС4Н10

58,124

3,789

425,16

0,274

Н-пентан

0,0003

nС5Н12

72,151

3,376

469,77

0,269

Н-гексан

0,0001

nС6Н14

86,171

2,988

507,31

0,264

Двуокись

углерода

0

СО2

44,010

7,383

304,20

0,274

Азот

0,0131

N2

28,013

3,400

126,20

0,291

Численные значения исходных данных выбираются по таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Варианты исходных данных

Последняя цифра зачетки

D, м

t1,0С

8

1,42

25

Предпоследняя цифра зачетки

р1, МПа

7

8

1,60

0,015

              1.2 Термодинамическая модель процесса

Система уравнений одномерного стационарного течения газа:

  1.  Уравнение неразрывности(расхода)

d(ρwf) = 0 (1.1)

  1.  Первый закон термодинамики для открытой одноточной  системы

δq + δqтр = dh – νdp (1.2)

  1.  Закон сохранения механической энергии

- δlтех = νdp + wdw + gdH + δlтр (1.3)

  1.  Второй закон термодинамики

δq + δψ = Tds (1.4)

  1.  Уравнение состояния газа

pdν + νdp = Rd(zT) (1.5)

  1.  Уравнение Вейсбаха – Дарси

δlтр=(ξw12/2D)dx      (1.6)

Для данной задачи необходимо принять следующие допущения:

  1.  Рассчитываемый участок газопровода горизонтальный, поэтому gdH = 0;
  2.  Течение газа в трубопроводе медленное: w2/2h;
  3.  Техническая работа на рассчитываемом участке отсутствует: dlтех = 0;
  4.  Поперечное сечение трубопровода постоянное: f = const;
  5.  Изменение кинетической энергии:  w22/2- w12/2h2-h1;  wdwdh.

Из системы уравнений (1.1)-(1.6) с учетом принятых допущений получим расчетную систему интегральных уравнений.

Из уравнения (1.1) получаем:     

         ρ1w1= ρ2w2=G/f   (1.7)

Из уравнений (1.2)-(1.3) получаем:   

 δq12+δlтр=dh+δlтех+wdw+gdH+δlтр,

                                                                δq12=dh тогда q12=h2– h1   (1.8)

Из уравнения (1.4) получаем:               

q1212=Ť(S2-S1)   (1.9)

Из уравнения (1.5) получаем:               

 pV=zRT или  p/ρ=zRT  или ρ=p/zRT (1.10)

Из уравнения (1.6) получаем:               lтр=ξw12/2D·(x2-x1)=ξ(w12/2D)x12;

                                                                x12=(lтр2D)/(ξw12)- расстояние между станциями.

Так как изменение давления в трубопроводе связано с потерями энергии на трение по длине трубопровода lтр:

∆p=p1-p2=lтр·ρ1;

тогда расстояние между станциями:          x12=(∆p·2D)/ξρ1w12  (1.11)

В уравнениях (1.1)-(1.11):

          q12 и ψ12 — соответственно удельная теплота процесса и удельная энергия диссипации, Дж/кг;

h удельная энтальпия, Дж/кг;

sудельная энтропия, Дж/кг·К;

lтех — удельная техническая работа, совершаемая внешними объектами над газом, Дж/кг;

 lтр - удельная работа,затрачиваемая на преодоление трения в пограничном слое потока,    

Дж/кг;

Н — уровень сечения потока,отсчитанный от нулевой горизонтали ,м;

Gмассовый расход газа, кг/с;

 z коэфициент сжимаемости;

Ť12 — средняя температура газа, К.

  1.  Расчет параметров газа.

1)Определение параметров газовой смеси.

Используя уравнения Кэя определим критическое давление и критическую температуру смеси газа:

критическое давление:

          pкр=∑yk·pкр·k=0,9781·4,626+0,005·4,872+0,0018·4,246+0,0016·3,789+0,0003·3,376+0,0001·2,988+0,0131·3,4=4,609МПа;

критическая температура:

          Tкр=∑yk·Tкр·k=0,9781·190,77+0,005·305,33+0,0018·370+0,0016·425,16+0,0003·469,7+0,0001·507,31+0,0131·126,2=191,31 K;

Молекулярная масса смеси:

          μ=∑yk·μ·k=0,9781·16,043+0,005·30,070+0,0018·44,097+0,0016·58,124+0,0003·72,15+0,0001·86,171+0,0131·28,013=16,412 кг/кмоль;

Удельная газовая постоянная смеси:

         R=Rун/ μ= 8314/16,412=506,58 Дж/(кг·К).

Изотермический процесс течения реального газа в газопроводе(Т12=const)

2)Определение коэфициента сжимаемости газа на входе и выходе трубопровода(z1 и  z2).

Приведенные давление и температура на входе в трубопровод:

       П1=p1 /pкр=8/4,609=1,736 МПа;

θ11кр=298,15/191,31=1,558 К.

Давление на выходе из трубопровода  p2= p1=8/1,6=5 МПа;

Приведенные давление и температура на выходе из трубопровода:

П2=p2 /pкр=5/4,609=1,085 МПа;

θ12 =1,558 К  т.к  Т12.

Из диграммы z=f(П;θ) (приложение А.1) определяем  z1 и  z2 :

z1=0,85,

z2=0,93.

3)Определение плотности газа на входе и выходе трубопровода.

Из уравнения состояния газа:

ρ1=p1 /z1RT1=8·106/0,85·506,58·298,15=62,314 кг/м3;

ρ2=p2 /z2RT1=5·106/0,93·506,58·298,15=35,596 кг/м3.

4)Определение энтальпии и энтропии на входе и выходе трубопровода.

Из h,s-диаграммы природного газа (приложение А.2)определяем h1 ,h2 и s1, s2 :

h1=520 кДж/кг,         h2 =540 кДж/кг;

s1=8,8 кДж/кг·К,       s2=9,1 кДж/кг·К.

5)Определение массового расхода газа по трубопроводу:

G=ρ1·w1·f,

где f=πD2/4=3,14·(1,42)2/4=1,583 м2, а w1=8 м/с -начальная скорость течения газа,тогда

G=62,314·8·1,583=789,144 кг/с.

5)Определение скорости газа на выходе из трубопровода:

Так как  fonst, то ρ1·w1= ρ2·w2  получаем:

w2= w1·( ρ1/ ρ2 )=8·(62,314/35,596)=14,005 м/с.

6)Определение теплового потока, отводимого от газа в трубопроводе:

Q=(h2-h1)·G=(540-520)·789,144=15783 кВт=15,783 МВт.

       1.4 Расчет и выбор длины трубопровода между компрессорными станциями.

Расстояние между компрессорными станциями:

x12=(p1-p2)2D/(ξ·ρ1·w12)=3·106·2·1,42/(0,015·62,314·64)=142425 м =142,425 км.

       1.5 Расчет трубопровода при условии, что природный газ является идеальным.(z1=z2=1)

Рассмотрим изотермический процесс идеального газа (Т12=const)

Плотность газа:

  •  на входе:    ρ1ид=p1 /RT1=8·106/506,58·298,15=52,967 кг/м3;
    •  на выходе: ρ2ид=p2 /RT2=5·106/506,58·298,15=33,105 кг/м3.

Массовый расход:

  •  Gид= ρ1ид·w1·f=52,967·8·1,583=670,774 кг/с.

Скорость потока газа на выходе из трубопровода:

  •  w2ид= w1·( ρ1ид/ ρ2ид )=8·(52,967/33,105)=12,8 м/с.

Расстояние между станциями:

  •  x12ид=(p1-p2)2D/(ξ·ρ1ид·w12)=3·106·2·1,42/(0,015·52,967·64)=167,558 км.

       1.6 Расчет погрешностей параметров при замене реального газа идеальным.

Погрешность определения расстояния между станциями:

  •  (|x12ид-x12|/x12)·100%=(|167,558-142,425|)/142,425·100%=17,7%.

Погрешность определения плотности газа:

  •  на входе: (| ρ1ид- ρ1|/ ρ1)·100%=|52,967-62,314|/62,314·100%=15%;
    •  на выходе: (| ρ2ид- ρ2|/ ρ2)·100%=|33,105-35,596|/35,596·100%=7%.

Погрешность определения массового расхода:

  •  (|Gид-G|/G)·100%=|670,774-789,144|/789,144·100%=15%.

Погрешность определения скорости на выходе из трубопровода:

  •  (|w2ид-w2|/w2)·100%=|12,8-14,005|/14,005·100%=8,6%.

Таблица 1.3 – Результаты численных расчетов

Течение в газо-проводе

Термодинамические параметры

р1,

МПа

р2,

МПа

t1,

0С

t2,

0С

z1

z2

ρ1,

кг/м3

ρ2,

кг/м3

w1,

м/с

G*,

кг/с

,

МВт

h2-h1,

кДж/кг

,

кДж/кг×К

,

км

Изотер-мическое течение реального газа

8

5

25

25

0,85

0,93

62,314

35,596

8

789,144

15,783

20

0,3

142,425

Изотер-мическое течение

идеального газа

8

5

25

25

1

1

52,967

33,105

8

670,774

13,415

20

0,3

167,558

Вывод:

Из данных расчетов мы видим,что изотермическое течение реального газа использовать более выгодно и экономично, чем идельного газа,так как при использовании рельного газа расстояние между компрессорными станциями намного меньше нежели при использовании идеального газа.При расчетах,заменяя реальный газ идеальным,получаем большие относительные погрешности.



Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

рк.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28906. Социально-экономическое положение страны (1945—1984 гг.) 43 KB
  Социальноэкономическое положение страны 1945 1984 гг. Жилой фонд страны вырос за годы семилетки 19591965 на 40. политическое развитие страны было противоречивым.
28907. Внешняя политика Советского Союза в 1945—1984 гг. 44.5 KB
  Победа в Великой Отечественной войне решающая роль во Второй мировой войне существенно укрепили авторитет СССР его влияние на международной арене. СССР стал одним из создателей Организации Объединенных Наций постоянным членом Совета Безопасности. Трумэн предложил образовать военнополитический союз западных стран создать на границах СССР сеть военных баз развернуть программу экономической помощи европейским странам пострадавшим от фашистской Германии доктрина Трумэна. Реакция СССР была вполне предсказуема.
28908. Цели и этапы перестройки 26.5 KB
  Горбачевым перестройка нашла живой отклик во всех слоях советского общества. Если говорить коротко то перестройка означала: создание эффективного механизма ускорения социально экономического развития общества; всестороннее развитие демократии укрепление дисциплины и порядка уважениек ценности и достоинству личности; отказ от командования и администрирования поощрение новаторства; решительный поворот к науке соединение научно технических достижений с экономикой и многое другое. К началу 1990х годов перестройка завершилась...
28909. Перестройка и распад СССР (1985–1991 гг.) 46.5 KB
  Перестройка и распад СССР 19851991 гг. В стране был введен пост президента первым президентом СССР стал Горбачев. В марте была отменена 6 статья Конституции СССР о руководящей роли КПСС. I Съезд народных депутатов СССР 1989 г.
28910. Внешняя политика в годы перестройки 24.5 KB
  ; XXVII съезд КПСС анализировал перспективы мирового развития исходя из концепции противоречивого но взаимосвязанного по сути дела целостного мира. Было признано что жизнеспособность мирового сообщества в многовариантности развития в его многоликости: национальной духовной социальной политической географической культурной. А поэтому каждая страна должна быть свободна в выборе пути к прогрессу; 5 необходимость отказа от осуществления собственного развития за счет других стран и народов а также учета баланса их интересов поиска...
28911. Человечество в конце XX-начале XXI веков 24 KB
  мир всё в большей степени взаимозависимый столкнулся с угрозой которая может быть предотвращена только общими усилиями. Всё больше и больше кажется что мир должен либо исчезнуть либо выжить как единое целое. Глобальная угроза которую сулит разрушение окружающей среды и истощение материальных и энергетических ресурсов была не первым материальноэнергетическим кризисом с которым столкнулся мир. мир снова застрял в историческом узком месте выбраться из которого можно при помощи новых технологий включая исследования в области...
28912. Становление новой российской государственности 45.5 KB
  Проведенные изменения пришли в противоречие с положениями Конституции РСФСР 1977 года. Ельцин в обращении к гражданам России объявил о введении в стране президентского правления вплоть до принятия новой Конституции. На основании решений референдума Президент приступил к разработке новой Конституции. Верховный Совет данный указ президента признал не соответствующим Конституции и в свою очередь принял решение о смещении президента как нарушившего Конституцию.
28913. Радикальная социально-экономическая модернизация 43.5 KB
  Конкурентный рынок мог утвердиться только на базе частной собственности поэтому необходимо было приватизировать передать в частную собственность значительную часть предприятий ограничить роль государства как хозяйствующего субъекта. Следующим этапом реформ стала приватизация государственных предприятий. Согласно ей было проведено акционирование государственных предприятий 51 акций распределялись между работниками предприятий а остальные поступали в открытую продажу: каждому россиянину выдавался приватизационный чек ваучер стоимостью...
28914. Основные направления внешней политики России в новой геополитической ситуации (1991–2002 гг.) 43.5 KB
  Провозглашалась невозможность решения международных проблем силовыми методами. Универсальным способом решения международных вопросов объявлялся баланс интересов приоритет общечеловеческих ценностей над классовыми. Конструктивное решение международных проблем возможно только путем мирных переговоров путем учета законных национальных интересов всех стран мира. В этих условиях неимоверно возрастает роль ООН в решении международных проблем.