9.3.Расчет сужающего устройства

1. Задано:

• измеряемая среда – природный газ следующего состава (данные взяты из [3]):

СН₄ = 95%, СО₂ = 2%, N₂ = 1%.;

• наибольший измеряемый объемный расход Q_max = 1000 м³/ч;

• минимальный измеряемый объемный расход Q_min = 400 м³/ч;

• избыточное давление газа перед сужающим устройством Р = 6 кПа = 0.0611 кгс/см²;

• барометрическое давление Р_б = 755 мм.рт.ст. = 1.0264 кгс/см²;

• абсолютная влажность газа: f_в=0,0664

• температура газа перед сужающим устройством t = 25 С;

• внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством (t = 20^оС) D₂₀ = 0,11м;

• абсолютная шероховатость трубопровода k = 0,03 мм;

• материал трубопровода – сталь марки Ст20.

2. Выбор сужающего устройства и дифманометра.

1. Тип сужающего устройства – камерная диафрагма нормальная, материал – сталь 12Х18H10Т.

2. Тип и разновидность дифманометра – дифманометр-расходомер сильфонный электрический ДСЭР-100 с универсальным выходным сигналом 0-5 мА.

3. Верхний предел измерения дифманометра: Q_пр = 1000 м³/ч.

3. Определение недостающих данных

1. Температура газа перед сужающим устройством, Т = 273.15 + 25 = 298.15 К

2. Абсолютное давление газа перед сужающим устройством Р = 1.0264 + 0.0612 = 1.0875 кгс/см²

3. Так как известна молярная концентрация элементов газа, то по приложению 21 формуле 41 в (здесь и далее берутся формулы и делаются ссылки на [3] ), можно найти плотность сухой части газа при нормальных условиях:

4. Поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода:

К_t ' = (1,0002)^0.5 = 1.0001.

5. Внутренний диаметр трубопровода при температуре t:

D = D₂₀ · К_t' = 110 · 1,0001 = 110,01 мм.

6. Динамическая вязкость пара в рабочих условиях (по Р и t):

μ = 1,582 · 10^-6 кгс/м³.

7. Показатель адиабаты: .

8. Комплексный коэффициент приведения избыточного давления (ф. 74):

8. Комплексный коэффициент приведения температуры (ф. 75):

8. Псевдоприведенное избыточное давление (ф. 70):

Р_п=Р_иК_р=0,06110,969=0,0592059 кгс/см².

8. Псевдоприведенная избыточная температура (ф.71):

t_п=ТК_t=1,035298,15-273,15=35,43525 С.

8. Коэффициент сжимаемости природного газа (пр.17): К=0,998.

9. Псевдокритическая давление (ф.66):

Р_пк=30,168[0,05993(26,831-р_ном)+(N_CO2-0,392N_N2)]=

=30,168[0,05993(26,831-0,633)+(0,04-0,3920,01)]=48,29 кгс/см².

8. Псевдокритическая температура (ф. 67):

t_пк=88,25[1,7591(0,56364+р_ном)-(N_CO2+1,681N_N2)]=

=88,25[1,7591(0,56364+0,633)-(0,04+1,6810,01)]=180,75 К.

8. Приведенное давление (ф. 68):

8. Приведенная температура (ф. 69):

8. Динамическая вязкость (ф. 79):

8. Плотность насыщенного водяного пара при температуре t (пр. 6): р_нп=0,0236 кг/м³.

9. Температура насыщенного водяного пара при давлении Р (пр. 7): T_нас=101,76 С.

10. Наибольшая возможная плотность водяного пара во влажном газе при давлении Р_н и температуре t (п. 6.5.3): Р_{вп макс} = р_вп = 0,0236 кг/м³.

11. Относительная влажность газа (ф. 55):

Следовательно, влажный газ перенасыщен водяными парами, в соответствии с п.6.5.7 в качестве расчетного значения принимается  = 1.

8. Давление насыщенного водяного пара при температуре t (пр. 6): Р_вп=0,03325 кгс/см².

9. Наибольшее возможное давление водяного пара во влажном газе при температуре t (п. 6.5.3):

Р _{вп макс}=Р_вп=0,03325 кгс/см².

8. Плотность сухой части газа влажного газа в рабочих условиях (ф.45):

9. Плотность водяного пара во влажном газе в рабочих условиях (ф. 45):

р_вп=р_{вп макс}

8. Плотность газа в рабочих условиях (ф. 44):

р_вг=р_сг+р_вп=0,636+0,0236=0,6596 кг/м³.

4. Определение номинального перепада давления дифманометра.

Допустимая потеря давления на сужающем устройстве не задана.

8. Определение вспомогательной величины величины С₂ (ф. 159):

По рекомендациям данным в [3] с помощью номограммы ориентируясь на m=0,2 и С=5.33 получаем предельный номинальный перепад давления:

8. Максимальный перепад давления:

9. Максимальное число Рейнольдса (ф. 83):

8. Условие Re>Re_min=10⁴ выполняется.

5. Определение параметров сужающего устройства.

8. Коэффициент расширения, определяемый для предельного перепада давления (ф. 59):

8. Относительная шероховатость (п. 5.1.3): ,

где k –величина абсолютной эквивалентной шероховатости стенок трубопровода.

Будем считать, что трубы стальные цельнотянутые, изготовленные волочением в холодном состоянии новые, не бывшие в эксплуатации.