Investigation of Changes in Natural Gas Parameters along a Damaged Gas Pipeline

Abstract

У роботі представлено математичну модель стаціонарного руху природного газу у похилому газопроводі, яка дає можливість обчислити значення параметрів газу (тиску, температури, фактора стисливості) у довільному перерізі газопроводу. Представлено також удосконалену авторами математичну модель, яка враховує зміну швидкості потоку газу вздовж газопроводу. Для підтвердження необхідності застосування удосконаленої математичної моделі виділено Комплекс 1, який характеризує вплив сил тертя та втрат тиску, та Комплекс 2, який визначає вплив швидкості потоку. На основі співвідношення цих комплексів сформовано кількісний критерій застосування удосконаленої математичної моделі. Представлено приклад порівняння комплексів для довгого газопроводу та короткого газопроводу з великою витратою газу. Показано, що за умови коли значення комплексів є одного порядку, відносне відхилення значень тиску в кінці газопроводу отриманих за відомою та удосконаленою моделлю можуть відрізнятися на 8 – 10%. Отже у такому випадку потрібно застосовувати удосконалену авторами математичну модель. Представлено приклад застосування математичних моделей для аналізу розподілу тиску та температури газу вздовж газопроводу зі значними пошкодженнями. Отримано профіль зміни тиску вздовж цього газопроводу для режиму його експлуатації з обмеженням витрати газу на вході та без обмеження. Показано, що при збільшенні площі пошкодження зміна профілю тиску для цих режимів експлуатації має характерні особливості, які можуть бути використані під час розроблення системи визначення об’єму газу, втраченого внаслідок раптових пошкоджень газопроводів.The paper presents a mathematical model of the stationary flow of natural gas in an inclined gas pipeline, which makes it possible to calculate the gas parameters (pressure, temperature, compressibility factor) in every cross-section of gas pipeline. An improved mathematical model is also proposed by the authors, which considers the change in the gas flowrate along the gas pipeline. Complex 1 characterizing the effect of frictional forces and pressure losses and Complex 2 determining the effect of flow velocity were proposed to confirm the need to use an improved mathematical model. Based on the ratio of these complexes, a quantitative criterion was formed for the application of the improved mathematical model. An example of a comparison of complexes for a long pipeline and a short pipeline with a large gas flowrate is presented. Provided that the complexes are of the same order, the relative deviation of the pressures at the end of the gas pipeline obtained by the known and improved model can differ by 8 – 10%. Therefore, in such a case, it is necessary to apply the mathematical model improved by the authors. An example of the application of mathematical models is presented for the analysis of gas pressure and temperature distribution along a gas pipeline with significant damage. The pressure profile along this gas pipeline was obtained for its operating mode with gas flowrate limitation at the inlet and without limitation. It is shown that when the area of ​​damage increases, the change in the pressure profile for these operating modes has features that can be used during the development of a system for determining the volume of gas lost because of sudden damage to gas pipelines.