ГАЗОПРОВОДЫ ДЛЯ СБОРА НЕФТЯНОГО ГАЗА

Для сбора нефтяного газа и передачи его потребителям на площадях нефтяных месторождений сооружают систему газопроводов и компрессорные станции.

При самотечной системе сбора с индивидуальным замерно-сепарационным оборудованием газовые линии берут свое начало у сепараторов, т.е. у устьев скважин. При герметизированной напорной системе нефтегазосбора начало газовых линий перемещается к групповым замерным установкам, или к ДНС, или к установкам подготовки нефти и протяженность газовых линий на месторождениях резко сокращается.

По назначению газопроводы (рис.31) подразделяются на: подводящие газопроводы 1, сборные коллекторы 2 и нагнетательные газопроводы 3.

Форма газосборного коллектора зависит от конфигурации площади месторождения, его размера и размещения групповых замерных установок или ДНС. Название газосборной системы обычно определяется формой газосборного коллектора: если газосборный коллектор представляет собой одну линию от куста скважин до КС, газосборная система называется линейной (рис.31,а); если газосборные коллекторы сходятся в виде лучей к одному пункту, газосборная система называется лучевой (рис.31,б). При кольцевой системе газосборный коллектор огибает площадь нефтяной структуры и для большей его маневренности в работе на нем делают одну или две перемычки (рис.31,в).

При выборе системы сбора нефтяного газа руководствуются следующими соображениями:

- обеспечение бесперебойности подачи газа;

- маневренности системы, удобства обслуживания газосборных сетей при минимизации расходов на их сооружение и эксплуатацию.

Кольцевая система сбора газа имеет существенное преимущество в том, что, в случае аварии на каком-либо ее участке, можно перекрытием отключающих задвижек обеспечить бесперебойную подачу газа с остальных участков.

РАСЧЕТ ПРОСТОГО ГАЗОПРОВОДА

При движении реального газа по трубопроводу происходит значительное падение давления по длине в результате преодоления гидравлических сопротивлений. В этих условиях плотность газа уменьшается, а линейная скорость – увеличивается.

Установившееся изотермическое (Т=const) движение газа в газопроводе описывается системой трех уравнений:

1. Уравнение Бернулли, закон сохранения энергии:

dP/gr_г + u*du/2g + dz + l*dx/d * u²/2g = 0 (127)

2. Уравнение состояния:

P =r_г*R_г*T*z, (128)

где R_г = R/M (129)

Закон сохранения массы, выражающийся в постоянстве массового расхода:

G = r_г*u*s = const (130)

При этом следует помнить, что изотермический процесс описывается уравнением Бойля-Мариотта:

Р/r = const (131)

При выводе расчетной формулы вторым и третьим слагаемыми в уравнении (127) пренебрегают, т.к. считают, что увеличения линейных скоростей в газопроводе не происходит и газопровод проложен горизонтально. При этих допущениях уравнение (127) запишется в виде:

-dP/gr_г = l*dx/d * u²/2g = 0 (132)

Определим из (130) линейную скорость и подставим в (132), получаем:

-dP/gr_г = l*dx/d *G²/2gS²r_г² (133)

Умножив левую и правую части на r_г² и сократив g, получим:

-r_г*dP = l*dx/d *G²/2S² (134)

Из (129) выразим r_г и подставим в последнее выражение, получим:

-PdP/z R_гT = l*dx/d * G²/2S² = 0 (135)

Возьмем интеграл от данного уравнения в пределах от начального давления Р₁ до конечного Р₂ в газопроводе длиной от 0 до L:

-1/zR_гTò^Р2_Р1PdP = l* G²/2dS²ò^L₀dx (136)

Подставив вместо площади величину S = pd²/4, получим окончательно:

P₁² – P₂²/2 z R_гT = l* 16 G² L / 2 p²d⁵ (137)

Или _________________

G = pd²/4Ö(P₁² – P₂²)d/lzR_гTL, кг/с (138)

Формула (138) является основной для расчета массового расхода газа по трубопроводу. В системе СИ размерности величин следующие:

G – массовый расход газа, кг/с;

d - внутренний диаметр газопровода, м;

P₁²,P₂² – давление в начале и конце газопровода, соответственно, Па;

l - коэффициент гидравлического сопротивления;

R_г - газовая постоянная, Дж/(кг*К);

R – универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кмоль*К);

T – абсолютная температура газа, К;

L – длина газопровода, м;

u - линейная скорость газа, м/с;

r_г – плотность газа, кг/м³.

По уравнению состояния для газа и воздуха имеем:

R_гr_г = R_вr_в или R_г = R_вr_в/r_г = R_в/r, (139)

где r = r_г/r_в – относительная плотность газа по воздуху.

Объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям:

V_г = G/r_су = G/r*r_в, (140)

где r_су – плотность газа при С.У.

Подстав ив в (138) значения R_г и G, получим:

V_г = k₀Ö(P₁² – P₂²)d⁵ /l rzTL, (141)

где k₀ = p/4 * 1/r_вÖR_В.

При стандартных условиях (t=20°С, Р=760 мм рт. ст.) плотность воздуха r_В=1.205 кг/м³ и , k₀=3.87×10^-2.

Тогда (142)

При нормальных условиях (t =0°С, Р=760 мм рт. ст.) плотность воздуха r_В=1.293 кг/м³ и R_B=287 Дж/кг×К, k₀=3.59×10^-2.

Гидравлический расчет

Значение коэффициента гидравлического сопротивления l рассчитывается в зависимости от режима движения газа и шероховатости труб по тем же формулам, что и для нефтепровода.

Для гидравлических гладких труб l не зависит от шероховатости внутренней поверхности трубы и рассчитывается по формуле:

l=0.067×(158/Re)^0.2=0.1844/ Re^0.2 (143)

При квадратичном режиме течения l не зависит от Re, и является функцией относительной шероховатости:

l=0.067×(2D/d)^0.2 (144)

По универсальной формуле ВНИИ газа:

l=0.067×(158/Re+2D/d)^0.2 (145)

Значение числа Re для смеси газов:

, (146)

где m_С =у₁×m₁+ у₂×m₂+…+ у_n×m_n – вязкость смеси газов;

m_i – вязкость отдельных компонентов газа, кг/м×с;

у_i – объемная доля компонента в составе газа;

r_С – плотность смеси газов в условиях трубопровода, кг/м³.

, (147)

где r₀ – плотность смеси газов при Н.У., кг/м³;

Р_ср и Р₀ – соответственно среднее давление в трубопроводе и барометрическое, Па;

Т_СР и Т₀ – соответственно средняя температура перекачки и температура абсолютного нуля (273.15).

. (148)

Упрощение: по данным ВНИИ газа для новых труб D=0.03мм. Тогда из (144):

l=0.03817/d^0.2. (149)

При технических расчетах l (с учетом местных сопротивлений) можно принимать l=(1.03-1.05)×l_ТР. (150)

Обычно течение газа происходит при высоких скоростях, когда сопротивление определяется только шероховатостью труб (квадратичная зона). Т.к. шероховатость не зависит от диаметра трубопровода, можно считать, что l зависит только от диаметра газопровода.

Одной из формул типа l = ¦(d), получившей широкое распространение, является формула Веймаута:

l=0.009407/ (151)

Формула Веймаута (151) может использоваться при ориентировочных расчетах диаметра и пропускной способности простого газопровода. В этом случае расчетные формулы имеют вид:

, (152)

. (153)

Из формулы (142) можно получить выражение для определения длины L, диаметра d и конечного давления Р₂ при известном начальном Р₁:

. (154)

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: