Температурный режим газораспределительных станций

Газораспределительные станции, как известно, предназначены для приема газа высокого давления из магистральных газопроводов, снижения и поддержания давления на заданном уровне.

Снижение давления газа на ГРС приводит к значительному охлаждению газа, особенно при больших перепадах давления.

Охлаждение газа является причиной образования гидратов и обмерзания регулирующих клапанов, запорной арматуры, контрольно-измерительных приборов и трубопроводов. Гидратообразование и обмерзание коммуникаций значительно усложняют условия эксплуатации ГРС, приводят к перебоям в снабжении газом потребителей, нарушают нормальную работу контрольно-измерительных приборов и исключают возможность полной их автоматизации.

При проектировании и эксплуатации ГРС для выявления условий гидратообразования и обмерзания оборудования необходимо знать температуру газа после регулирующего клапана. Рассмотрим изменение температуры газа при дросселировании его на регулирующем клапане.

На основании первого начала термодинамики имеем:

(8.124)

где δq* — количество тепла внешнего теплообмена (δq* = 0 пренебрегаем вследствие малости поверхности теплообмена); δq**—-количество тепла внутреннего теплообмена; di — изменение энтальпии газа

С_р — теплоемкость газа при постоянном давлении; D_i — коэффициент Джоуля — Томсона; v — удельный объем газа; р — давление газа; t — температура газа.

Удельная потенциальная работа vdp идет на повышение кинетической энергии газа и на преодоление сил трения в регулирующем клапане.

Если считать, что работа, переданная телам внешней системы и затраченная на изменение положения газа по высоте, равна нулю, будем иметь:

где w — линейная скорость газа; δl** — работа, затраченная на преодоление сил трения.

Имеем условие:

После преобразования уравнения первого начала с учетом приведенных соотношений получим

Теплоемкость газа и коэффициент Джоуля — Томсона зависят от давления и температуры.

Для упрощения решения задачи эти величины примем постоянными и равными средним значениям для рассматриваемого процесса.

Как следует из дифференциального уравнения, температура газа зависит от перепада давления, коэффициента Джоуля — Томсона и изменения линейной скорости газа.

Изменение температуры на элементарном участке процесса

После интегрирования от состояния t₁р₂ и w₁ до состояния t₂, р₂ и w₂ получим температуру газа после регулирующего клапана:

(8.125)

При малых изменениях линейной скорости газа влиянием скорости по сравнению с эффектом дросселирования можно пренебречь:

(8.126)

Рассмотрим конкретный пример. Определить температуру газа (метана) на выходе из газораспределительной станции, если температура газа до регулирующего клапана была t₁ = 0° С, абсолютное давление р₁ = 4·10⁶ Н/м², абсолютное давление после клапана р₂ = 10⁶ Н/м², линейная скорость газа до клапана w₁ = 30 м/с.

Для метана средняя величина теплоемкости при постоянном давлении может быть принята равной С_р = 2300 Дж/(кг·°С). Коэффициент Джоуля — Томсона D_i = 4·10^{-6 о}С / (Н/м²).

Если диаметры трубопроводов до и после регулирующего клапана равны между собой, то можно считать, что скорость газа после клапана приближенно равна:

Температура газа после регулирующего клапана

Из приведенного расчета следует, что температура газа в рассмотренном случае снижается главным образом под влиянием эффекта Джоуля — Томсона.