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

59024. Краса, велич і трагедія в образах шевченкового Кобзаря 49 KB
  Природно шевченкові пейзажі є саме такими. Де й навіщо використовує Шевченко пейзаж На початку іноді в середині великого поетичного твору. Яка назва цієї пісні Що ви знаєте про історію її написання Яким у ній зображено Дніпро В іншій поезії Шевченко зазначає...
59025. Краса осені (прикмети та ознаки) 41 KB
  Осінь наче художник велетенським пензлем розфарбовує у яскраві кольори плоди та листя. Ось так починається осінь. Осінь Які слова допомогли вам відгадати загадки Підкреслимо їх. розфарбувала жовті шати одягає жде білу сестрицю...
59026. Критичне мислення на уроках зарубіжної літератури 99.5 KB
  Теорія та практика Критичне мислення на уроках зарубіжної літератури I. Саме тому основною проблемною темою в контексті викладання зарубіжної літератури в 811 класах є: Використання технологій критичного мислення як засобу створення творчого мікроклімату на уроці зарубіжної літератури...
59027. Література ХХ століття. Р. Кіплінг 48 KB
  Мета практична: повторити біографію Р. Кіплінга; ознайомити учнів з особливостями індуїзму, проаналізувати вплив вірувань індійців на творчість Р. Кіплінга, спонукати учнів до нового осмислення Мауглі...
59029. Листок - орган фотосинтезу 51 KB
  Мета: розширити і поглибити знання учнів про фотосинтез; зясувати особливості будови листка в звязку з його функціями; формувати вміння встановлювати взаємозвязок між будовою листка і його функціями; вміння працювати з мікроскопом; розкрити значення фотосинтезу в природі і житті людини...
59030. Лицар в іржавих обладунках. Роман Сервантеса Премудрий ідальго Дон Кіхот з Ламанчі 78 KB
  Можна спитати в учнів які лицарські романи знаходились в бібліотеці Дон Кіхота про це вони повинні були прочитати вдома у розділі VI першої частини. Назва роману Сервантеса та імя головного героя Коли взимку 1605 року у книжкових лавках Мадрида...
59031. Позакласна робота з математики. Логічні задачі 48 KB
  Завжди робіть таблицю, у ній ви зможете враховувати всі ймовірні варіанти. Уважно читайте кожне твердження. По-справжньому уважно. Звичайно кожне твердження містить щось таке, що дозволить вам спростувати хоча б один із варіантів.
59032. Матеріали до вивчення творів Ернеста Хемінгуея (1899-1961). Людина не для того створена, щоб терпіти поразки 40.5 KB
  Старий рибалка Сантьяго спіймав велику рибину але додому привіз тільки хребет бо рибу зїли акули. Чому хлопець пішов від Сантьяго Звелів тато. Який звичай був у Сантьяго Базікати в морі самим з собою. Яка єдина зброя є у Сантьяго Воля і розум.