Comparative assesment of steady-state pipeline gas flow models

• Autorzy: Chaczykowski M. , Osiadacz A.

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza modeli przepływu gazu w rurociągu w stanach ustalonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One-dimensional, non-isothermal flow of gas in a straight pipe has been considered to predict pressure and temperature profiles along the horizontal pipeline under steady-state conditions. Selected analytical models for the simplified calculation of these profiles are evaluated on the basis of the numerical solution of the accurate model, which incorporates the convective term in the momentum equation and the kinetic energy term in the energy equation, while treating the enthalpy as a function of pressure and temperature. For closure of the system of the conservation equations, the GERG 2004 equation of state was chosen. In order to present the discrepancies introduced by the models, the results of the numerical and analytical solutions are compared with the field data. The results show that in the case of the high pressure gas transmission system, the effects of the convective term in the momentum equation and the kinetic energy term in the energy equation are negligible for pipeline pressure and temperature calculation accuracies. It also indicates that real gas effects play an important role in the temperature distribution along the pipeline and cannot be neglected from the calculation when approximate analytical equations are used.

PL

W artykule analizowano jednowymiarowy, nieizotermiczny przepływ gazu w stanie ustalonym w celu określenia zmian ciśnienia i temperatury w poziomym gazociągu. Wyniki uproszczonych obliczeń za pomocą wybranych modeli analitycznych zostały porównane z wynikami obliczeń uzyskanych za pomocą numerycznego całkowania modelu dokładnego, zawierającego człon konwekcyjny w równaniu pędu oraz człon energii kinetycznej w równaniu energii, jednocześnie przyjmując entalpię jako funkcję ciśnienia i temperatury. W celu zamknięcia układu równań zachowania zastosowano równanie stanu zgodnie z metodą GERG 2004. Dla przedstawienia niedokładności związanych z zastosowaniem różnych modeli, przeprowadzono weryfikację wyników na zbiorze danych rzeczywistych. Wyniki pokazują, że w przypadku systemów przesyłowych wysokiego ciśnienia, wpływ członu konwekcyjnego w równaniu pędu oraz członu energii kinetycznej w równaniu energii jest pomijalny z punktu widzenia dokładności obliczeń wartości ciśnienia i temperatury w gazociągu. Ponadto, wyniki pokazują, że prawidłowy opis właściwości gazu rzeczywistego odgrywa ważną rolę w obliczeniach zmian temperatury wzdłuż gazociągu i powinien być stosowany w przypadku przybliżonych metod analitycznych.

Słowa kluczowe

EN

pipeline gas flow; steady-state flow model; convective term; kinetic energy term; design flow equation; GERG 2004 application

PL

transport rurociągowy; ustalony przepływ gazu; człon konwekcyjny; człon energii kinetycznej; równanie przepływu; metoda GERG 2004

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 1
• Strony: 23--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chaczykowski M.

• District Heating and Natural Gas Systems Division, Department of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

autor

Osiadacz A.

• District Heating and Natural Gas Systems Division, Department of Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

Bibliografia

• Abbaspour M., Chapman K.S., 2008. Nonisothermal transient flow in natural gas pipeline. Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME 75 (3), 0310181-0310188.
• Abdolahi F., Mesbah A., Boozarjomehry R.B., Svrcek W.Y., 2007. The effect of major parameters on simulation results of gas pipelines. International Journal of Mechanical Sciences 49 (8), 989-1000.
• Alves I.N., Alhanati F.J.S., Shoham O., 1992. A Unified Model for Predicting Flowing Temperature Distribution in Wellbores and Pipelines. Paper 20632, SPE Prod. Eng. 7 (4), 363-367.
• Barragán-Hernández V., Vázquez-Román R., Rosales-Marines L., García-Sánchez F. 2005. A strategy for simulation and optimization of gas and oil production. Computers and Chemical Engineering 30 (2), 215-217.
• Białecki R.A., Kruczek T., 1996. Frictional, diathermal flow of steam in a pipeline. Chemical Engineering Science 51 (19), 4369-4378.
• Buthod A.P., Castillo G., Thompson R.E., 1971. How to use computers to calculate heat, pressure in burried pipelines. Oil and Gas Journal, March 8, 57-59.
• Colebrook C.F., 1939. Turbulent flow in pipes, with particular reference to the transition region between the smooth and rough pipe laws. J Inst Civil Engrs, 11, 133-56.
• Coulter D.M., 1979. New equation accurately predicts flowing gas temperatures. Pipe Line Ind 50 (5), 71-73.
• Demneh F.A., Mesbah A., 2008. The effect of kinetic energy change on flow in gas pipelines. Hydrocarbon Processing 87 (5), 81-84.
• Edalat M., Mansoori G.A., 1988. Buried gas transmission pipelines: temperature profile prediction through the corresponding states principle, Energy Sources 10 (4), 247-252.
• Fasold H.G., Wahle H.N., 1998. Ein Model zur planerischen Berechnung von Offshore-Pipelines unter Verwendung eines Personal-Computers. Gas/Erdgas 139 (2) 97-105.
• Finch J.C., Ko D.W., 1988. Tutorial – Fluid Flow Formulas. PSIG Annual Meeting. Toronto, Canada, 20-21 October 1988.
• Gersten K., Papenfuss H.-D., Kurschat Th., Genillon Ph., Fernández Pérez F., Revell N., 2001. Heat Transfer in Gas Pepelines. Oil Gas European Magazine, 27, 30-34.
• Hyman S.I., Stoner M.A., Karnitz M.A., 1975. Gas flow formulas - strengths, weaknesses and practical applications. Proceedings of the American Gas Association, Operating Section. Los Angeles, USA, 5-7 May 1975, d125-d132.
• Kunz O., Klimeck R., Wagner W., Jaeschke M., 2007. The GERG-2004 Wide-range equation of state for natural gases and other mixtures. VDI Verlag. Duesseldorf.
• Lemmon E.W., Huber M.L., McLinden M.O., 2007. NIST Standard Reference Database 23: Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties-REFPROP, Version 8.0, National Institute of Standards and Technology, Standard Reference Data Program, Gaithersburg.
• Ouyang L.B., Aziz K., 1996. Steady-state gas flow in pipes, Pet. Sci. Engng, 14, 137-158.
• Schorre C.E., 1954. Here’s how to calculate flow temperature in a gas pipeline. Oil and Gas Journal 52 (9), 66-68.
• Schroeder D., 2010. The Use of Efficiency as a Tuning Parameter, PSIG Annual Meeting. Bonita Springs, FL, 11-14 May 2010.
• Tian S., Adewumi M.A., 1994. Development of analytical design equation for gas pipelines. SPE Production and Facilities 9 (2), 100-106.