Моделювання витікань газу з газопроводів в аварійних ситуаціях

Abstract

У розвиток теорії течії газу в газопроводах досліджено практичні питання експлуатації газотранспортної системи. Досліджувані в роботі витікання газу з газопроводів можуть виникати у разі аварійних розривів стінки трубопроводу, а також в штатних ситуаціях, зокрема, під час продування і спорожнення ділянок газопроводу високого тиску. У досліджені використані як рівняння збереження маси і зміни кількості руху, так і рівняння енергії, показано термодинамічні перетворення, що відбуваються з газом. У розрахунках визначаються розподіл швидкості, тиску та температури газу, і на цій основі виявляються нові, раніше невідомі ефекти, а також перевіряються і уточнюються відомі результати і існуючі методи розрахунку. Газова динаміка розвивалася, звичайно, і для вирішення проблем проектування і експлуатації трубопроводів. Експлуатація газотранспортних систем пов’язана з безліччю технологічних режимів, коли «спрощені припущення» суперечать дійсності і не дозволяють виявити важливі для практики ефекти. Найпростіші оцінки показують, що в газопроводах існують течії, що характеризуються великими швидкостями, за яких сили інерції досить істотні, а температура газу внаслідок стиснення і розширення потоку змінюється на десятки градусів. Перш за все, це відноситься до процесів, що виникають у разі витікання газу через отвори при розривах газопроводу, а також до технологічних операцій, пов’язаних з частковим перепуском газу або його скиданням в атмосферу. В роботі досліджено саме такі явища. Зокрема проведено моделювання процесу витікання газу через дефект певного діаметра в тілі магістрального газопроводу, досліджено вплив зміни діаметра дефекту і відстані до місця витоку від початку перегону між компресорними станціями, на значення тиску та температури в кінці перегону.

The article is devoted to the development of the theory of gas flow in gas pipelines, as well as the study of the practical issues of operating a gas transmission system. The flows studied in scientific work can occur during emergency ruptures of the pipeline wall, as well as in normal situations, in particular, during the purging and emptying of sections of the high pressure gas pipeline. The equations of conservation of mass and changes in momentum, as well as the equations of energy, are shown for consideration, and the thermodynamic transformations occurring with the gas are shown. In the calculations, the distributions of gas velocity, pressure and temperature are built, and on this basis new, previously unknown effects are revealed, and known results and existing calculation methods are checked and refined. Gas dynamics also developed, of course, as applied to the problems of design and operation of pipe pipelines. The operation of gas transmission systems is associated with many technological regimes when “simplified assumptions” contradict reality and do not allow revealing effects important for practice. The simplest estimates show that there are flows in gas pipelines that are characterized by high velocities, at which the inertia forces are very significant, and the gas temperature changes by tens of degrees as a result of compression and expansion of the flow. First of all, this refers to the processes that occur during gas leakage through openings during gas pipeline ruptures, as well as to technological operations associated with a partial passage of gas or its discharge into the atmosphere. This work is devoted to the study of just such phenomena. In particular, the work carried out modeling of the gas leak due to a defect of a certain diameter in the body of the main gas pipeline, investigated the effect of changes in the diameter of the defect and the distance to the leak from the beginning of the stretch between compressor stations, on the pressure and temperature at the end of the stretch.

В развитие теории течения газа в газопроводах исследованы практические вопросы эксплуатации газо-транспортной системы. Исследуемые работе течения могут возникать при аварийных разрывах стенки тру-бопровода, а также в штатных ситуациях, в частности, во время продувки и опорожнения участков газопрово-да высокого давления. В исследованиях использованы как уравнения сохранения массы и изменения количества движения, так и уравнения энергии, показаны термодинамические преобразования, происходящие с газом. В расчетах строятся распределения скорости, давления и температуры газа, и на этой основе выявляются новые, ранее неизвест-ные эффекты, а также проверяются и уточняются известные результаты и существующие методы расчета. Газовая динамика развивалась, конечно, и в приложении к проблемам проектирования и эксплуатации трубо-продов. Эксплуатация газотранспортных систем связана с множеством технологических режимов, когда «уп-рощенные предположения» противоречат действительности и не позволяют выявить важные для практики эффекты. Простейшие оценки показывают, что в газопроводах существуют течения, характеризующиеся высокими скоростями, при которых силы инерции весьма существенные, а температура газа в результате сжатия и расширения потока меняется на десятки градусов. Прежде всего, это относится к процессам, возни-кающим при вытекании газа через отверстия при разрывах газопровода, а также к технологическим операциям, связанным с частичным пропуском газа или его сбросом в атмосферу. В работе исследованы именно такие явления. В частности проведено моделирование процесса утечки газа из-за дефекта определенного диаметра в теле магистрального газопровода, исследовано влияние изменения диаметра дефекта и расстояния до места утеч-ки от начала перегона между компрессорными станциями, на значение давления и температуры в конце перегона.