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

46730. Основні правила наголошування в українській мові. Засоби милозвучності української мови 28 KB
  Основні правила наголошування в українській мові. Система наголошування в українській мові досить складна проте є певні основні правила: Віддієслівні іменники середнього роду на ання у яких більше двох складів мають наголос як правило на суфіксі. Українській мові властиве уникання як збігу голосних так і збігу приголосних.
46731. ХАРАКТЕРИСТИКА КРИЗИСА НОВОРОЖДЕННОСТИ 28 KB
  ХАРАКТЕРИСТИКА КРИЗИСА НОВОРОЖДЕННОСТИ Первый критический период развития ребенка период новорожденности. С одной стороны это полная биологическая беспомощность ребенка он не в состоянии удовлетворить ни одной жизненной потребности без взрослого. В противоречии между максимальной социальностью и минимальными средствами общения заложена основа всего развития ребенка в младенческом возрасте. Основное новообразование возникновение индивидуальной психической жизни ребенка.
46732. Система стимулювання збуту в діяльності підприємства на зовнішніх ринках 1.02 MB
  Рoзглянутo наукові погляди вчених на маркетингові комунікації загалом та систему стимулювання збуту зокрема, основні складові засобів маркетингових комунікацій нa міжнародному ринку. Досліджено сучасний стан маркетингової комунікативної політики вітчизняного підприємства та проаналізовано його систему стимулювання збуту
46733. Экономическое обоснование ремонтопригодности функционального генератора 281 KB
  Функциональные генераторы относятся к измерительным приборам, вырабатывающим сигналы различных форм, т. е. различные «функции»: синусоидальную, треугольную, прямоугольную, пилообразную, ступенчатую, экспоненциальную, трапецеидальную и другие.
46734. The United States of America 28 KB
  The United States of America is a federal union of 50 states plus one independent district – the District of Columbia. Forty-nine states are situated on the continent but the 50th state is the state of Hawaii – a group of islands situated in the mid Pacific Ocean
46738. Разностные схемы: явная и неявная схемы 28.1 KB
  Решение разностной схемы называется приближенным решением дифференциальной задачи. Характеристика неявной разностной схемы Рассмотрим одномерное дифференциальное уравнение параболического типа с начальным и граничными условиями: 4.7 записана на n 1ом шаге по времени для удобства последующего изложения метода и алгоритма решения неявной разностной схемы 4. В разделе Порядок аппроксимации разностной схемы было отмечено что разностная схема 4.