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

16 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

18475. ОРГАНЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 345.54 KB
  ТЕМА 21. ОРГАНЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЛАСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 21.1. Понятие и система органов исполнительной власти 21.2. Правовой статус правительства Российской Федерации 21.3. Министерство образования Российской Федерации в системе органов управления образования ...
18476. ПРАВООХРАНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 201.02 KB
  ТЕМА 22. ПРАВООХРАНИТЕЛЬНЫЕ ОРГАНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 22.1. Понятие правоохранительной деятельности государства и роль высших органов Российской Федерации в ее осуществлении 22.2. Судебная система Российской Федерации Контрольные вопросы Темы рефератов ...
18477. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАЖДАНСКОГО ПРАВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 377.08 KB
  ТЕМА 23. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГРАЖДАНСКОГО ПРАВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 23.1. Предмет и принципы гражданского права 23.2. Гражданский кодекс Российской Федерации 23.3. Граждане физические лица 23.4. Общие положения о юридических лицах 23.5. Объекты гражданских прав ...
18478. ОСНОВЫ ТРУДОВОГО ПРАВА 221.77 KB
  ТЕМА 24. ОСНОВЫ ТРУДОВОГО ПРАВА 24.1. Понятие предмет метод источники принципы и финкции трудового права 24.2. Трудовые правоотношения 24.3. Коллективные договоры и соглашения 24.4. Трудовой договор. Порядок заключения и расторжения 24.5. Правовое регулирование ...
18479. ОСНОВЫ СЕМЕЙНОГО ПРАВА 187.99 KB
  ТЕМА 25. ОСНОВЫ СЕМЕЙНОГО ПРАВА 25.1.Общие положения. Отношения регулируемые семейным законодательством 25.2. Правовые вопросы заключения и прекращения брака 25.3. Права и обязанности супругов 25.4. Правоотношения родителей и детей Контрольные вопросы Темы ...
18480. ОСНОВЫ АДМИНИСТРАТИВНОГО ПРАВА 519.29 KB
  ТЕМА 26. ОСНОВЫ АДМИНИСТРАТИВНОГО ПРАВА 26.1. Административное право как отрасль российского права 26.2. Административноправовые нормы и отношения 26.3. Субъекты административного права 26.4. Правовые форма и методы государственного управления управленческий пр...
18481. МУНИЦИПАЛЬНОЕ ПРАВО. Понятие муниципального права России 147.59 KB
  ТЕМА 27. МУНИЦИПАЛЬНОЕ ПРАВО 27.1. Понятие муниципального права России 27.2. Принципы и основы местного самоуправления 27.3. Компетенция местного самоуправления 27.4. Формы осуществления местного самоуправления 27.5. Гарантии местного самоуправления Контроль...
18482. УГОЛОВНОЕ ПРАВО. Понятие уголовного права, его предмет и система 205.8 KB
  ТЕМА 28. УГОЛОВНОЕ ПРАВО 28.1. Понятие уголовного права его предмет и система 28.2. Уголовный закон 28.3. Преступление 28.4. Наказание Контрольные вопросы Темы рефератов 28.1. Понятие уголовного права его предмет и система Предметом уголовного права явл...
18483. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА 271 KB
  ТЕМА 29. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА 29.1. Понятие и определение экологического права 29.2. Экологическое право как отрасль права 29.3. Принципы экологического права 29.4. Источники экологического права 29.5. История развития экологического права 29.6. Экологиче...