Определение места сужения в трубопроводе методом выравнивания давлений
Локальное гидратообразование зачастую происходит в шлейфах газовых скважин, а также в магистральных и распределительных газопроводах в зимний период при компенсирующем отборе газа из подземных хранилищ.
Допустим, на действующем газопроводе образовалась несплошная газогидратная пробка 5, которая делит газопровод между кранами 3 и 4 на два участка 1 и 2 (рисунок ниже). В отсеченных участках 1 и 2 кранами 3 и 4 (причем кран 4 закрыт позднее крана 3) производится выравнивание давления и температуры, которые в момент времени t0 принимают значения р0; Т0, а масса газа в этих участках будет m0 и m'0, соответственно.
Участок трубопровода с локальным гидратообразованием
Приоткрывается кран 3 на какое-то время t1, в участок 1 поступает газ со средним расходом q1, в результате чего давление и температура в участке 1 поднимутся до значений р1 и Т1, а масса газа станет равной m1 = m0 + q1t1.
В течение этого же времени давление и температура в участке 2 поднимутся до значений (р1 и Т1, рисунок ниже). Так как переток газа q'1 из участка 1 в участок 2 происходит с расходом q'1 < q1, то масса газа в участке 2 изменится до значения m'1 = m'0 + q'1t'1 В момент времени t1 кран 3 перекрывается и в момент времени t1 + t2 значения давлений и температур в обоих участках 1 и 2 станут равными (р2 и Т2). Так как участки 1 и 2 разделены локальным гидратообразованием, то выравнивание давлений происходит с массовым расходом q2.
Массы газа в этих участках в момент времени t1 + t2 будут m2 = m1 - q2t2 и m'2 = m'1 + q2t2, соответственно. Рассмотрим кривые 2-3 и 4-3 на рисунке ниже и запишем для них уравнения изменения массы газа.
Изменение параметров газа
Так как m = ρV = ρLS = p'/RT LS, где S - площадь сечения трубы, то для кривой 2-3 (участок 1)
Для кривой 4-3 (участок 2)
Сравнивая уравнения выше получим
Таким образом, измеряя давления и температуры в участках, можно определить место сужения трубопровода
Выражение выше можно упростить, сделав несколько допущений. Возможны два режима закачки газа: изотермический и адиабатический. В первом случае, при относительно медленной и равномерной подаче газа, когда успевает произойти теплообмен с окружающей средой (грунтом), выражение выше примет вид
L1 / L2 = p2-p'1 / p1-p2
Если же время закачки и выравнивания давлений невелико, труба теплоизолирована, то изменение давления и температуры происходит адиабатически
а выражение выше примет вид
где γ - показатель адиабаты.