Расчет катодной защиты

1.2.3.Выбор пылеуловителей (ПУ).

Установка очистки газа предназначенная  для очистки поступающего на компрессорную  станцию газа от твердых и жидких примесей и предотвращения тем самым  загрязнения и эрозии оборудования и трубопровода станции.

Очистка газа на установках проводится, как правило, в одну ступень  в пылеуловителе. В ряде случаев  применяется двухступенчатая очистка  газа с использованием на второй ступени  фильтров-сепараторов: подобная очистка  предусматривается примерно на каждой 3-5 компрессорной станции и практикуется в основном после участков газопровода  с повышенной вероятностью аварий, также после подводных переходов  протяженностью более 500 м, подверженным относительно частым ремонтам и загрязнению. В данном курсовом проекте рассматривается  первая очистка газа в пылеуловителе. В качестве пылеуловителя на компрессорной  станции применяются аппараты двух типов масляные и циклонные. Очистка газа от примесей в масляных пылеуловителях осуществляется в результате контакта газа с маслом в нижней части пылеуловителя и оседания твердых и жидких включений на поверхности с масла. В циклонных пылеуловителях освобождение газа от примесей производится с помощью сил создаваемых в аппаратах за счет их особой конструкции. Преимущественное применение в настоящее время находят аппараты циклонного типа. Расчет потребного количества циклонных пылеуловителей для установок очистки газа на компрессорных станциях производится на основе характеристик данных аппаратов и выполняется в следующей последовательности.

Первоначально уточняем рабочее  давление пылеуловителя, оно соответствует  давлению на входе в компрессорную  станцию. Затем по характеристике аппарата определяется его максимальная и  минимальная допустимая производительность. При отличии плотности транспортируемого  газа при стандартных условиях от 0,75 кг/ По уточненным значениям производительностей определяется потребное число пылеуловителей таким образом, чтобы при отключении одного аппарата, нагрузка на остальные за пределы их максимальной производительности, а при работе всех аппаратов, не выходила за пределы минимальной подачи. При этом для любого режима работы общие потери давления на сторонне всасывания не должны превышать нормативную величину.

Рабочее давление ПУ:

 

- потери во  входных коммуникациях, принимаем  равной 0,12 МПа;

Коэффициент изменения производительности ПУ определяется по их характеристике. Он зависит от плотности газа и  равняется 0,94.

(принимаем по заданию)- минимальная производительность пылеуловителя

(принимаем по заданию)- максимальная производительность пылеуловителя

Производительность корректируется с учетом коэффициента изменения  производительности ПУ:

 

 

Находим количество ПУ:

 

 

Где:

- производительность трубопровода, по заданию, 

Принимаем усредненное число  ПУ .

Производительность при  работе всех ПУ:

 

 

12,5 млн.м³ /сут > 10,34 млн.м³ /сут

Условия выполняются, принимаем ПУ марки ГП.144.00.000 в количестве 4 штук. При отключении одного ПУ производительность составит:

 

 

16,66 млн.м³ /сут < 17,86 млн.м³ /сут

Условия выполняются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2.4.Выбор аппаратов  воздушного охлаждения (АВО).

Компримированные газы на КС сопровождается его нагревом. Охлаждение газа проводиться на выходе станции  и осуществляется с целью: предотвращения нарушения устойчивости прочности  труб и покрывающей их изоляции; для предотвращения растепления  грунтов много мёрзлых, в которых  уложен газопровод, обслуживаемой КС; для повышения экологичности  транспорта газа за счет уменьшения его  объема при охлаждении. Охлаждение газа осуществляется, как правило, в  АВО (аппаратах воздушного охлаждения). Разработка установки охлаждения газа в объеме курсовой работы включает в себя: определение типа и количества АВО газа, разработку технологической  схемы установки. Тип АВО определяются экономичностью его использования  для условий рассматриваемой  КС, количество АВО – гидравлическим и тепловым расчетом газопровода и оптимальной среднегодовой температуры охлаждения газа. Полученное количество АВО уточним гидравлическим и тепловым расчетом газопровода для абсолютной максимальной температуры наружного воздуха и июльской температуры грунта. Максимальная температура транспортируемого газа, определенная в ходе  проверочного расчета не должна приводить к потере устойчивости и прочности труб и изоляционного покрытия их. При невыполнении этого условия количество АВО должно быть увеличено. Принимаем температуру наружного воздуха среднюю за год. Оптимальная среднегодовая температура охлаждения газа принимается на 10 - 12 выше расчетной среднегодовой температуры наружного воздуха :

 

где - среднегодовая температура наружного воздуха,;

- поправка на  изменчивость климатических данных, принимаются равными +2.

Определяем общее количество тепла, подлежащего отводу от газа на установке (Дж/с):

 

 

 

где

М – массовая производительность участка, кг/с(из определения числа КС);

 – удельная теплоемкость газа при давлении на входе АВО;

 – средняя температура, ранее определенная при расчете КС;

 – давление на входе в АВО (с учетом атмосферного), МПа.

К рассмотрению принимаются  несколько различных типов АВО. По номинальной производительности аппаратов и известной производительности КС определяем потребное количество АВО m, каждого типа и рассчитываются требуемые производительности одного аппарата данного типа по теплоотводу и по газу

Проведем расчет потребного количества АВО типа АВЗ (прил.9)

 

– массовый расход газа, равный 196000 кг/ч (по прил.9)

                          (69)

                                                                                                                (70)

Проверка принятого количества АВО по температуре охлаждающего воздуха:

                                                                              (71)

где:

- температура  на выходе АВО, ;

- температура  на входе АВО; 

- общий объемный  расход воздуха подаваемого всеми  вентиляторами одного АВО и  равняется 228 /с;

- плотность воздуха  на входе в АВО, кг/;

- теплоемкость  воздуха при барометрическом  давлении  и , Дж/(кг*К)

             (72)

Тогда:

= -13+= -5,6

<    -5,6 < 19 условия выполняются.

Проверка принятого  АВО по поверхности теплопередачи  одного АВО:

-F≤

-расчетная (требуемая)  поверхность теплопередачи одного  аппарата, ;

F-фактическая поверхность теплопередачи (для данного вида АВО), увеличиваем на 10% с учетом возможного выхода из строя отдельных вентиляторов и загрязнений поверхностей теплообмена, ;

-допустимое расхождение  м/у   и F, принимаемое равным 5% от F, ;

= = =3948,65                                                      (73)

3948,65-7500375

-3551,35375

Условие выполняется для данного  типа АВО при =2,5

= == 2252314,35 Дж/с                                           (74)

Где:

m - скорректированное кол-во АВО;

 – коэффициент  теплопередачи=20 Вт/К(по прил.9).

=* =30,02*0.95=28,52

= = = 30,02                           (75) 

=+*(i-1)=0.93+*(1-1)=0.95

Ө, , - коэффициенты;

i-число ходов газа в аппарате, i=1(по прил.9);

-поправка, определяющаяся  в зависимости от параметров R и Р;

R===1,16;                                                             (76)

Р===0,23;                                                              (77)

Поправка =0,93.

Расчет гидравлического сопротивления  АВО по ходу газа:

=Σ+** , МПа            (78)

- гидравлическое сопротивление АВО по ходу газа, МПа;

Σ- сумма коэффициентов местных сопротивлений АВО по ходу газа, приводящаяся в технических характеристиках аппарата;

ω – средняя скорость газа в  трубах АВО, м/с;

ω=     , м/с                                                                   (79)

- плотность газа  при давлении на входе в  АВО и средней температуры  газа в АВО, кг/;

= *= *=44,1 кг/            (80)

R-газовая постоянная, транспортируемого газа, Дж/(кг*К);

-давление на  входе АВО, Мпа;

- средняя температура  газа в АВО, К;

Z – определяем по монограмме, Z=0,88;

S – площадь поперечного сечения одного хода труб АВО со стороны газа, ;

- эквивалентная шероховатость  внутренней поверхности труб (принимаем 2*, м;

L – длина труб АВО, м (по прил.9).

S= *=*984 = 0,373 ;                                (81)

d – внутренний диаметр труб, м (по прил. 9).

n_т-общее число труб в аппарате (по прил.9).

ω = =3,07 м/с;

Тогда:

= Σ 5,3 * + * * = =0.0012 МПа

≤1,2

= 0,015…0,020, принял=0,018 МПа

0,0012≤1,2*0,018

0,0012≤0,0216

Условие выполняется.

Определение энергетического коэффициента.

Энергетический коэффициент используется для сравнения эффективности  работы теплообменной аппаратуры и  представляет собой отношение количества переданного тепла к затратам энергии на преодоление гидравлических сопротивлений теплообменника.

Е = =                                                             (82)

Е – энергетический коэффициент;

N – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивлений со стороны поверхности теплопередачи, Вт;

Н – полный напор, развиваемый вентиляторами  АВО, Па(по прил.9).

Е = = 25,97

G = W*m = 54*8 = 432 т.                                                     (83)

G – металлоёмкость, тонн;

W – масса аппарата, тонн(по прил. 9);

m – скорректированное количество АВО.

Из гидравлического расчета, выбираем тип АВО  АВ3(по прил.9).

 

1.3. Расчет катодной  защиты.

Защита магистральных  трубопроводов от почвенной коррозии осуществляется катодной поляризацией поверхности трубы установками катодной защиты (автоматическими и неавтоматическими).

Для расчета установок  катодной защиты необходимо при проведении электрометрических работ получить данные об удельном электрическом сопротивлении грунта в поле токов катодной защиты, а также в месте установки анодного заземления, иметь данные по характеристике трубопровода, ввиду изоляционного покрытия и наличию источников электроснабжения. Катодная поляризация подземных трубопроводов осуществляется с помощью наложения электрического поля от внутреннего источника постоянного тока. Отрицательный плюс источника постоянного тока подключается к защищенной  конструкции, при этом трубопровод является катодом по отношению к грунту, искусственно создаваемый анодный заземлителю к положительному полюсу.

Определяем расстояние между  двумя соседними установками  с учетом их взаимного влияния:

                                                                          (84)

где:  Е- положительная  разность потенциалов,  Е_max = -0,67 для влажных грунтов,    Е_max = -0,95 для сухих грунтов,   Е_min= -0,132

 – постоянное распространение  тока вдоль трубопровода.

Определяем продольное сопротивление  единицы длины трубопровода

R_т = = = 5,38*10^-6 Ом/м                      (85)

_{удельное  электрическое сопротивление  трубной стали, принимаем 0,245 Ом*мм}²/м.

- наружный диаметр  трубы (по заданию),м.

- номинальная толщина  стенки трубы, мм.

Определяем постоянное распространение  тока вдоль трубопровода:

                                                                                                          (86)

= 0,103*10^-3 1/м

где: _{– продольное сопротивление единицы длины трубопровода, Ом}

R_из - начальное переходное сопротивление изоляции на 1 м длины   принимаем R_из - 500 Ом.

Теперь можно определить расстояние между двумя соседними  установками с учетом их взаимного  влияния:

Для влажных грунтов:                                      

                              L=               (87)

Для сухих грунтов: 

                       L=                    (88)

Определяем входное сопротивление  трубопровода:

                     (89)

Определяем величину силы тока в точке дренажа в начальный  период работы катодной станции

                                                            (90)

где: y- расстояние анодного заземления до защищаемого трубопровода, принимаем 430 м (по заданию).

Для влажных грунтов:      

 

Для сухих грунтов :            

 

С учетом старения изоляции трубопровода в процессе его эксплуатации и ухудшение со временем его защищенных свойств изоляции,  величину силы тока в точке дренажа для конечного  периода работы принимается с  трехкратным запасом 

                                              *_к =3**_н.                                                        (90)

Для влажных грунтов: