Приближенное значение коэффициента теплопередачи от газа к грунту  принимается с учетом местных специфических условий прохождения газа по газопроводу.

Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи: для грунта, состоящего из сухого песка,  = 4,187 кДж/(м ·ч·°С); для очень влажного песка  = 12,54 кДж/(м·ч·°С); для влажной глины  = 5,64 кДж(м·ч·°С).

При отсутствии данных о характере и влажности грунтов по трассе газопровода коэффициент теплопередачи от газа к грунту можно приближенно принимать равным 1,75 Вт/(м·°С). Однако коэффициент теплопередачи  существенно зависит от вида прокладки газопровода (подземная, надземная, прокладка в насыпи), от характера грунта (талый, мерзлый), от степени изоляции (нетеплоизолированный и теплоизолированный).

Коэффициент теплопередачи для нетеплоизолированных газопроводов в талых грунтах:

,

где

,

      - коэффициент теплопроводности талого грунта (табл. 4.15);  - расстояние от поверхности почвы до оси трубопровода;  - коэффициент теплоотдачи от поверхности грунта в воздух,  = 5,3 + З,6;  - среднемесячная (среднеквартальная, среднесезонная) скорость ветра, определяемая по данным ближайшей метеостанции или климатическим справочникам.

Таблица 4.15

Расчетные значения теплофизических характеристик талых и мерзлых грунтов

При наличии снежного покрова

,

где  - толщина снежного покрова;  - коэффициент теплопроводности снежного покрова.

При приближенных теплотехнических расчетах коэффициент теплопередачи  можно определять по номограмме на рис. 4.22, где  - теплопроводность грунта.

Рис. 4.22. Номограмма для определения коэффициента теплопередачи

Приведенные параметры: давление , температура , где  и - соответственно псевдокритические давление и температура газовой смеси, определяемые по графику на рис. 4.23.

Рис. 4.23. Номограмма для определения псевдокритических параметров газовых смесей

в зависимости от их плотности (- плотность при 20 °С и 0,1013 МПа)

Коэффициент Джоуля-Томпсона  определяют по номограмме, приведенной на рис. 4.24. Для этого проводят линию, параллельную изоэнтальпии, от точки с координатами  и  до конечного давления  и определяют понижение температуры за счет дроссель-эффекта. Разделив () на (), получаем , т. е.

.

 Рис. 4.24. Номограмма для определения интегрального дроссель-эффекта природного газа

Удельную теплоемкость газа при постоянном давлении следует рассчитывать по формуле

,

где - теплоемкость -го компонента газа в идеальном состоянии; - поправка к теплоемкости, учитывающая отклонение от идеального газа;  - мольная концентрация -го компонента газа;   - число компонентов в составе газа.

Теплоемкость газов усредненных составов в идеальном состоянии  можно принимать по данным графика, изображенного на рис. 4.25. Значения поправки теплоемкости  в зависимости от приведенных параметров следует определять по графику на рис. 4.26.

Рис. 4.25. График определения теплоемкости газов усредненных составов в идеальном состоянии

( - содержание метана в газе в долях единицы)

Рис. 4.26. Зависимость поправки теплоемкости  от приведенных параметров  и

Пример 4.14. Определить температуру газа в конце газопровода при следующих данных: = 85 млн. м/сут, = 1420 мм, = 7,5 МПа, = 5,6 МПа, = 6,6 МПа, = 0,9, = 2,52 кДж/(кг·°C), = 27°C, = 1,51 м, = 3,56 кДж/(м·ч· °C),  = 2 м/с, = 2 °С, = 100 км, = 0,59, = 0,21 кг/см.

Решение

1. Определяем вспомогательные величины:

= (5,3 + 3,6 - 2)·4,127 = 52,4 кДж/(м·ч·°С);

= 1,51 + 3,56/52,4 = 1,58 м;

= 4,01 кДж/(м·ч·°С);

= 0,28;

по табл. 4.12

e= 0,7558.

2. Определяем средние температуру и давление:

(1- e) = 23,4 °C;

= 6,6 МПа.

По номограмме на рис. 4.23 определяем

= 4,1 МПа;  = 196,5 К.

3. Определяем приведенные параметры:

= 66/47,11 = 1,4;

= 296,4/196,5 = 1,51.

4. Находим коэффициент Джоуля-Томпсона

= 0,37 °C/МПа.

5. Определяем температуру газа в конце газопровода

= 2 + (27 - 2)e-= 14,8 °C.