Основная задача гидравлических расчетов заключается в том, чтобы определить диаметры газопроводов. С точки зрения методов гидравлические расчеты газопроводов можно разделить на следующие типы:
· расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления;
· расчет тупиковых сетей высокого и среднего давления;
· расчет многокольцевых сетей низкого давления;
· расчет тупиковых сетей низкого давления.
Для проведения гидравлических расчётов необходимо иметь следующие исходные данные:
· расчетную схему газопровода с указанием на ней номеров и длин участков;
· часовые расходы газа у всех потребителей, подключенных к данной сети;
·допустимые перепады давления газа в сети.
Расчетная схема газопровода составляется в упрощенном виде по плану газифицируемого района. Все участки газопроводов как бы выпрямляются и указываются их полные длины со всеми изгибами и поворотами. Точки расположения потребителей газа на плаке определяются местами расположения соответствующих ГРП или ГРУ.
12.1 Гидравлический расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления.
Гидравлический режим работы газопроводов высокого и среднего давления назначается из условий максимального газопотребления.
Расчёт подобных сетей состоит из трёх этапов:
· расчет в аварийных режимах;
· расчет при нормальном потокораспределении;
· расчёт ответвлений от кольцевого газопровода.
Расчетная схема газопровода представлена на рис. 2 . Длины отдельных участков указаны в метрах. Номера расчетных участков указаны числами в кружках. Расход газа отдельными потребителями обозначен буквой V и имеет размерность м 3 /ч. Места изменения расхода газа на кольце обозначены цифрами 0, 1, 2, ..... , и т. д.. Источник питания газом (ГРС) подключен к точке 0.
Газопровод высокого давления имеет в начальной точке 0 избыточное давление газаР Н =0,6 МПа. Конечное давление газа Р К = 0,15 МПа . Это давление должно поддерживаться у всех потребителей, подключенных к данному кольцу, одинаковым независимо от места их расположения.
В расчетах используется абсолютное давление газа, поэтому расчетные Р Н =0,7 МПа и Р К =0,25 МПа. Длины участков переведены в километры.
Для начало расчёта определяем среднюю удельную разность квадратов давлений:
А СР = (Р 2 н - Р 2 к) / 1,1 å l i
где å l i - сумма длин всех участков по расчётному направлению, км.
Множитель 1,1 означает искусственное увеличение длинны газопровода для компенсации различных местных сопротивлений (повороты, задвижки, компенсаторы и т. п.).
Далее, используя среднее значение А СР и расчетный расход газа на соответствующем участке, по номограмме рис. 11.2 определяем диаметр газопровода и по нему, используя ту же номограмму, уточняем значение А для выбранного стандартного диаметра газопровода. Затем по уточненному значению А и расчетной длине, определяем точное значение разности Р 2 н - Р 2 к на участке. Все расчеты сводят в таблицы.
12.1.1 Расчет в аварийных режимах.
Аварийные режимы работы газопровода наступают тогда, когда откажут в работе участки газопровода, примыкающие к точке питания 0. В нашем случае это участки 1 и 18. Питание потребителей в аварийных режимах должно осуществляться по тупиковой сети с условием обязательного поддержания давления газа у последнего потребителя Р К = 0,25 МПа.
Результаты расчетов сводим в табл. 2 и 3.
Расход газа на участках определяется по формуле:
V Р = 0,59 S (К ОБ i V i) (м 3 / ч),
где К ОБ i - коэффициент обеспеченности различных потребителей газа;
V i - часовой расход газа у соответствующего потребителя, м 3 / ч.
Для простоты коэффициент обеспеченности принят равным 0,8 у всех потребителей газа.
Расчетную длину участков газопровода определяют по уравнению:
l Р = 1,1 l Г (км),
Средняя удельная разность квадратов давлений в первом аварийном режиме составит:
А СР = (0,7 2 - 0,25 2) / 1,1 6,06 = 0,064 (МПа 2 / км),
å l i = 6,06 (км),
| Отказал участок 1 | |||||
| № уч. | d У мм | l Р км | V Р м 3 / ч | Р 2 н-Р 2 к l Р | Р 2 н-Р 2 к, МПа 2 |
| 0,077 | 10053,831 | 0,045 | 0,003465 | ||
| 1,848 | 9849,4501 | 0,04 | 0,07392 | ||
| 0,407 | 9809,2192 | 0,04 | 0,01628 | ||
| 0,726 | 9796,579 | 0,04 | 0,02904 | ||
| 0,077 | 9787,3632 | 0,19 | 0,01463 | ||
| 0,473 | 9785,6909 | 0,19 | 0,08987 | ||
| 0,253 | 9745,46 | 0,18 | 0,04554 | ||
| 0,044 | 2566,8403 | 0,1 | 0,0044 | ||
| 0,121 | 2554,2002 | 0,1 | 0,0121 | ||
| 0,22 | 1665,1787 | 0,053 | 0,01166 | ||
| 0,121 | 1663,5064 | 0,053 | 0,006413 | ||
| 0,176 | 1459,1257 | 0,045 | 0,00792 | ||
| 0,154 | 1449,9099 | 0,045 | 0,00693 | ||
| 0,913 | 1437,2697 | 0,045 | 0,041085 | ||
| 0,451 | 903,3339 | 0,045 | 0,020295 | ||
| 0,154 | 901,6616 | 0,2 | 0,0308 | ||
| 0,363 | 12,64016 | 0,031 | 0,011253 | ||
| ål Р =6,578 | å(Р 2 н-Р 2 к)=0,425601 |
P К = Ö(0,7 2 - 0,425601) - 0,1 = 0,1537696 Ошибка: 1,5 % <5 %
Переходим к расчету во втором аварийном режиме.
| Отказал участок 18 | |||||
| № уч. | d У мм | l Р км | V Р м 3 / ч | Р 2 н-Р 2 к l Р | Р 2 н-Р 2 к, МПа 2 |
| 0,22 | 10053,831 | 0,045 | 0,0099 | ||
| 0,231 | 10041,191 | 0,045 | 0,010395 | ||
| 0,154 | 9152,1692 | 0,038 | 0,005852 | ||
| 0,451 | 9150,4969 | 0,038 | 0,017138 | ||
| 0,913 | 8616,5611 | 0,1 | 0,0913 | ||
| 0,154 | 8603,9209 | 0,1 | 0,0154 | ||
| 0,176 | 8594,7051 | 0,1 | 0,0176 | ||
| 0,121 | 8390,3244 | 0,1 | 0,0121 | ||
| 0,22 | 8388,6521 | 0,1 | 0,022 | ||
| 0,121 | 7499,6307 | 0,085 | 0,010285 | ||
| 0,044 | 7486,9905 | 0,085 | 0,00374 | ||
| 0,253 | 308,37082 | 0,085 | 0,021505 | ||
| 0,473 | 268,1399 | 0,06 | 0,02838 | ||
| 0,077 | 266,4676 | 0,06 | 0,00462 | ||
| 0,726 | 257,2518 | 0,06 | 0,04356 | ||
| 0,407 | 244,61169 | 0,06 | 0,02442 | ||
| 1,903 | 204,38072 | 0,045 | 0,085635 | ||
| ål Р =6,644 | å(Р 2 н-Р 2 к)=0,42383 |
P К = Ö(0,7 2 - 0,42383) - 0,1 = 0,1572353 Ошибка: 2,9 % <5 %
Отсюда следует, расчёт сделан правильно.
На этом расчет во втором аварийном режиме заканчивается.
Зная потери давления на каждом участке, определяем абсолютное давление в каждой точке в обоих аварийных режимах:
P i = Ö P 2 Н - S(P 2 Н - P 2 К) i ,
где S(P 2 Н - P 2 К) - сумма разности квадратов давлений на участках, предшествующих точке определения давления.
Все расчеты по определению давлений в различных точках кольца можно свести в таблицу.
| Номер точки на кольце | Отказал участок 1 | Отказал участок 19 |
| Давление газа, МПа | Давление газа, МПа | |
| 0,7 | 0,7 | |
| 0,2537696 | 0,6928925 | |
| 0,2750491 | 0,6853503 | |
| 0,3262698 | ||
| 0,3560154 | 0,6683674 | |
| 0,409673 | 0,5961669 | |
| 0,418055 | 0,5831081 | |
| 0,4274131 | 0,567816 | |
| 0,4348505 | 0,5570592 | |
| 0,4480569 | 0,5369497 | |
| 0,4613621 | 0,5272855 | |
| 0,4661062 | 0,523727 | |
| 0,5126353 | 0,5027773 | |
| 0,593856 | 0,473714 | |
| 0,6060487 | 0,4688123 | |
| 0,6295514 | 0,4197916 | |
| 0,6423512 | 0,3896216 | |
| 0,6975206 | 0,2572353 |
Давление газа в точках подключения к кольцу потребителей необходимо знать для определения диаметров ответвлений при гидравлическом расчете последних.
12.1.2 Расчет ответвлений.
В этом расчете определяются диаметры газопроводов, подводящих газ от кольцевого газопровода к потребителям V 1 , V 2 , ..... , и т. д.. Для этого используется расчет давления в точках изменения расходов 1, 2, 3, .... 17 сведенный в таблицу? . Перепад давлений в точке подключения газопровода ответвления к кольцевому газопроводу и заданным конечным давлением у потребителя.
Для определения начального давления из таблицы 2,3 для одной и той же точки выбираем наименьшее абсолютное давление газа. Далее определяется удельная разность квадратов давлений на участке:
A = (P 2 Н - P 2 К) / 1,1 l Г i , (МПа 2 / км),
По номограмме рис. 11.2 из определяем диаметр газопровода.
Все расчеты по определению диаметров ответвлений сводим в таблицу:
А 19 = 0,0145;
А 20 = 0,1085;
А 21 = 0,4997;
А 22 = 0,3649;
А 23 = 2,3944;
А 24 = 0,8501;
А 25 = 1,5606;
А 26 = 1,1505;
А 27 = 0,8376;
А 28 = 0,9114;
А 29 = 2,3447;
А 30 = 2,4715;
А 31 = 0,8657;
А 32 = 1,7872;
А 33 = 1,2924;
А 34 = 1,3528;
А 35 = 0,0664;
| Номер ответв-ления. | Начальное давление, МПа | Конечное давление, МПа | Длина участка, Км | Расход газа, м 3 / ч | Диаметр условный, мм |
| 0,2538 | 0,25 | 0,12 | 26,78 | ||
| 0,275 | 0,25 | 0,11 | 1883,52 | ||
| 0,3263 | 0,25 | 0,08 | 3,543 | ||
| 0,356 | 0,25 | 0,16 | 1131,22 | ||
| 0,4097 | 0,25 | 0,04 | 26,78 | ||
| 0,418 | 0,25 | 0,12 | 19,525 | ||
| 0,4274 | 0,25 | 0,07 | 433,01 | ||
| 0,4348 | 0,25 | 0,1 | 3,543 | ||
| 0,448 | 0,25 | 0,15 | 1883,52 | ||
| 0,4614 | 0,25 | 0,15 | 26,78 | ||
| 0,4661 | 0,25 | 0,06 | 15208,94 | ||
| 0,5028 | 0,25 | 0,07 | 85,235 | ||
| 0,4737 | 0,25 | 0,17 | 3,543 | ||
| 0,4688 | 0,25 | 0,08 | 19,525 | ||
| 0,4198 | 0,25 | 0,08 | 26,78 | ||
| 0,3896 | 0,25 | 0,06 | 85,235 | ||
| 0,2572 | 0,25 | 0,05 | 433,01 |
12.1.3 Расчёт при нормальном потокораспределении.
Нормальное потокораспределение предполагает движение газа от питания кольца в обе стороны.
Точка схода обоих потоков газа должна находиться где-то на кольце. Эта точка определяется из следующих условий - расходы газа по обоим направлениям кольца должны быть примерно одинаковыми.
Расчёты при нормальном потокораспределении рекомендуется свести в таблицу.
Таблица 6.
| N О участка. | Расход на участке, м 3 /ч | Диаметр газопровода, мм | Длина участка, км | Р 2 Н -Р 2 К /l, МПа 2 /км | Р 2 Н -Р 2 К, МПа 2 | Р 2 Н -Р 2 К /V УЧ, 10 -6 |
| -10650,2445 | 0,2 | 0,052 | 0,0104 | 0,976 | ||
| -10623,4645 | 0,21 | 0,052 | 0,01092 | 1,026 | ||
| -8739,9445 | 0,14 | 0,034 | 0,00476 | 0,545 | ||
| -8736,4015 | 0,41 | 0,034 | 0,01394 | 1,596 | ||
| -7605,1815 | 0,83 | 0,085 | 0,07055 | 9,277 | ||
| -7578,4015 | 0,14 | 0,085 | 0,0119 | 1,57 | ||
| -7558,8765 | 0,16 | 0,085 | 0,0136 | 1,799 | ||
| -7125,8665 | 0,11 | 0,075 | 0,00825 | 1,158 | ||
| -7122,3235 | 0,2 | 0,075 | 0,015 | 2,106 | ||
| -5238,8035 | 0,11 | 0,039 | 0,00429 | 0,819 | ||
| -5212,0235 | 0,04 | 0,039 | 0,00156 | 0,299 | ||
| +9996,9165 | 0,23 | 0,122 | 0,02806 | 2,807 | ||
| +10082,1515 | 0,43 | 0,122 | 0,05246 | 5,203 | ||
| +10085,6945 | 0,07 | 0,122 | 0,00854 | 0,847 | ||
| +10105,2195 | 0,66 | 0,045 | 0,0297 | 2,939 | ||
| +10131,9995 | 0,37 | 0,045 | 0,01665 | 1,643 | ||
| +10217,2345 | 1,68 | 0,045 | 0,0756 | 7,399 | ||
| +10650,2445 | 0,07 | 0,05 | 0,0035 | 0,329 | ||
| S= 0,37968 | S= 42,34 10 -6 | |||||
| +0,04934 |
* Знаки "+" и "-" означают условное деление потоков газа на положительные (направление по часовой стрелке) и отрицательные (движение против часовой стрелки).
Для определения ошибки надо просуммировать по модулю все числа в графе 6 и оценить разность положительных и отрицательных чисел в этой же графе по нижеприведенной формуле
Ошибка составляет: 0,04934 100 / 0,5 0,37968 = 25,99 %
Диаметры участков газопровода в этом режиме выбираются из таблицы расчетов в аварийных режимах. Для каждого участка принимается наибольший из двух диаметров. При этом размеры диаметров на головных участках кольца будут наибольшими. Далее размеры диаметров будут монотонно убывать в направлении точки схода потоков.
Для определения удельной разности квадратов давлений на участке используют номограмму рис. 11.2. . Их определяют по известным диаметру и расходу и вносят в графу 5 таблицы. Зная расчетные длины участков, вычисляют разности квадратов давлений на участках и вносят их в графу 6 таблицы.
Критерием правильности расчёта является равенство сумм положительных и отрицательных значений Р 2 н - Р 2 к. Если равенства нет, то разность этих значений не должна превышать 10 % от половины абсолютного значения суммы чисел в графе 6 таблицы. В нашем примере эта разность составляет 25,99 %, что слишком много.
Следовательно, расчёт надо повторить.
DV = å(Р 2 н - Р 2 к) 10 6 / 2 å(Р 2 н - Р 2 к) / Vi.
DV = 0,04934 10 6 / 2 42,34 = 582,66 » 600 (м 3 /ч),
Сумма в знаменателе этой формулы берется из графы 7 таблицы 6.
Увеличим все положительные расходы на 600 м 3 /ч, а все отрицательные расходы уменьшим также на 600 м 2 /ч. Повторим расчет при новых значениях расходов на участках
Таблица 7.
| N О Участка. | Расход на участке, м 3 /ч | Диаметр газопровода, мм | Длина участка, км | Р 2 Н -Р 2 К /l, МПа 2 /км | Р 2 Н -Р 2 К, МПа 2 | Р 2 Н -Р 2 К /V УЧ, 10 -6 |
| -11250,2445 | 0,2 | 0,06 | 0,012 | 0,976 | ||
| -11223,4645 | 0,21 | 0,06 | 0,0126 | 1,026 | ||
| - 9339,9445 | 0,14 | 0,037 | 0,00518 | 0,545 | ||
| -9336,4015 | 0,41 | 0,037 | 0,01517 | 1,596 | ||
| -8205,1815 | 0,83 | 0,1 | 0,083 | 9,277 | ||
| -8178,4015 | 0,14 | 0,1 | 0,014 | 1,57 | ||
| -8158,8765 | 0,16 | 0,1 | 0,016 | 1,799 | ||
| -7125,8665 | 0,11 | 0,085 | 0,00935 | 1,158 | ||
| -7725,3235 | 0,2 | 0,085 | 0,017 | 2,106 | ||
| -5838,8035 | 0,11 | 0,048 | 0,00528 | 0,819 | ||
| -5812,0235 | 0,04 | 0,048 | 0,00192 | 0,299 | ||
| +9396,9165 | 0,23 | 0,117 | 0,02691 | 2,807 | ||
| +9482,1515 | 0,43 | 0,117 | 0,05031 | 5,203 | ||
| +9485,6945 | 0,07 | 0,117 | 0,00819 | 0,847 | ||
| +9505,2195 | 0,66 | 0,038 | 0,02508 | 2,939 | ||
| +9531,9995 | 0,37 | 0,038 | 0,01406 | 1,643 | ||
| +9617,2345 | 1,68 | 0,038 | 0,06384 | 7,399 | ||
| +10050,2445 | 0,07 | 0,045 | 0,00315 | 0,329 | ||
| S= 0,38304 | S= 43,5 10 -6 | |||||
| +0,00004 |
Ошибка составляет: 0,00004 100 / 0,5 0,38304 = 0,02 %,
После введения кругового расхода ошибка снизилась до 0,02%, что приемлемо.
На этом гидравлический расчет газопровода высокого давления заканчивается.
12.2. Гидравлический расчет многокольцевых газовых сетей низкого давления.
Гидравлический расчет газопроводов низкого давления (до 5 кПа) сводится к решению транспортной задачи с последующей ее оптимизацией.
Исходные данные для расчета:
1. Общий расход газа через ГРП, питающее сеть низкого давления:
V 0 = 1883,52 (м 3 / ч).
2. Расчетная схема: рис. 3.
3. Расчетный перепад давления в сети:
DP = 1200 (Па).
Задачей гидравлического расчета сети низкого давления является определение диаметров всех ее участков при соблюдении заданного DP . Минимальный диаметр труб в сети должен быть равен 50 мм.
Путевые расходы газа на участках определяются по формуле:
V ПУТ = l ПР i V 0 / Sl ПР i
где l ПР i - приведенная длина участка, м
l ПР i = l Р К Э К З
l Р - расчетная длина участка (l Р = 1,1 l Г ), м;
l Г - геометрическая длина участка по плану района газификации, м;
К Э - коэффициент этажности, учитывающий наличие зданий различной этажности;
К З - коэффициент застройки, учитывающий плотность жилой застройки по трассе газопровода.
Расчет путевых расходов газа сводим в таблицу 8.
| Номер участка | Геометрич. Длина, м | Расчетная Длина, м | Коэфф. Этажности | Коэфф. Застройки | Приведеная длина, м | Путевой расход, м 3 / ч |
| 0-1 | ||||||
| 1-2 | 48,29538 | |||||
| 2-3 | 96,59077 | |||||
| 1-4 | 144,8862 | |||||
| 4-5 | 144,8862 | |||||
| 2-6 | 144,8862 | |||||
| 3-7 | 144,8862 | |||||
| 5-6 | 193,1815 | |||||
| 6-7 | 96,59077 | |||||
| 7-8 | 96,59077 | |||||
| 6-9 | 96,59077 | |||||
| 4-10 | 144,8862 | |||||
| 3-12 | 144,8862 | |||||
| 10-14 | 96,59077 | |||||
| 10-11 | 96,59077 | |||||
| 12-13 | 96,59077 | |||||
| 12-14 | 96,59077 | |||||
| Sl ПР = 5940 |
Определяем узловые расходы газа:
V УЗЛ i = 0,5 S V ПУТ i , (м 3 /ч),
где S V ПУТ i - сумма путевых расходов газа на участках, примыкающих к узлу, (м 3 /ч),
V УЗЛ 1 = 96,59077 (м 3 / ч),
V УЗЛ 2 = 144,8862 (м 3 / ч),
V УЗЛ 3 = 193,1815 (м 3 / ч),
V УЗЛ 4 = 217,3292 (м 3 / ч),
V УЗЛ 5 = 169,0338 (м 3 / ч),
V УЗЛ 6 = 265,6246 (м 3 / ч),
V УЗЛ 7 = 169,0338 (м 3 / ч),
V УЗЛ 8 = 48,0338 (м 3 / ч),
V УЗЛ 9 = 48,29538 (м 3 / ч),
V УЗЛ 10 = 169,0338 (м 3 / ч),
V УЗЛ 11 = 48,29538 (м 3 / ч),
V УЗЛ 12 = 169,0338 (м 3 / ч),
V УЗЛ 13 = 48,29538 (м 3 / ч),
V УЗЛ 14 = 96,59077 (м 3 / ч),
Определяем расчетный расход газа на участках.
При вычислении расчетного расхода газа используют первое правило Кирхгофа для сетей, которое можно сформулировать так: алгебраическая сумма всех потоков газа в узле равна нулю.
Минимальное значение расчетного расхода газа на участке должно быть равно половине путевого. Для обеспечения экономичности системы следует выделить главные направления, по которым транспортируется большая часть газа.
Такими направлениями будут:
На этих направлениях можно выделить участки, по которым идут транзитные потоки газа. Это участки:
1-2; 2-6; 2-3; 3-12; 1-4; 4-10.
Здесь расчетный расход определяется по правилу Кирхгофа.
На участках, где нет транзитных потоков газа:
V Р = 0,5 V ПУТ (м 3 /ч),
V Р 0-1 = 1786,929 (м 3 / ч)
V Р 1-2 = 1134,942 (м 3 / ч)
V Р 2-3 = 531,2492 (м 3 / ч)
V Р 1-4 = 555,3969 (м 3 / ч)
V Р 4-5 = 72,44308 (м 3 / ч)
V Р 2-6 = 458,8062 (м 3 / ч)
V Р 3-7 = 72,44308 (м 3 / ч)
V Р 5-6 = 96,59077 (м 3 / ч)
V Р 6-7 = 48,29538 (м 3 / ч)
V Р 7-8 = 48,29538 (м 3 / ч)
V Р 6-9 = 48,29538 (м 3 / ч)
V Р 4-10 = 265,6246 (м 3 / ч)
V Р 3-12 = 265,6246 (м 3 / ч)
V Р 10-14 = 48,29538 (м 3 / ч)
V Р 10-11 = 48,29538 (м 3 / ч)
V Р 12-13 = 48,29538 (м 3 / ч)
V Р 12-14 = 48,29538 (м 3 / ч)
Определяем диаметры участков:
Для этого, используя заданный перепад давления DP, вычисляют среднюю первоначальную удельную потерю давления на главных направлениях:
А = DР / S l Р i (Па/м)
где S l Р i - сумма расчетныхдлин участков, входящих в данное главное направление.
По величине А и расчетному расходу газа на каждом участке по номограмме рис.11.4 определяют диаметры газопровода. Действительное значение удельных потерь давления на участке определяют при выборе стандартного значения условного диаметра по той же номограмме. Действительное значение удельной потери на участке умножают на расчётную длину участка и вычисляют, таким образом, потерю давления на этом участке. Общая потеря давления на всех участках главного направления не должна превышать заданного DР .
Все расчеты по определению диаметров участков газопровода низкого давления сводят в таблицу.
| Номер Участка | Расчетн. расход, м 3 / ч | Расчет длина, м | Средняя потеря давления, Па / м | Диаметр Условный, Мм | Действит. удельная потеря давления, Па/м | Потеря давления на участке, Па | Давл. В конце участка, Па |
| 0-1 | 1786,92 | 1,33 | 325 ´ 8 | 1,1 | 24,2 | 4975,8 | |
| 1-2 | 1134,94 | 1,33 | 273 ´ 7 | 4865,8 | |||
| 2-3 | 531,25 | 1,33 | 219 ´ 6 | 0,7 | 4711,8 | ||
| 3-7 | 72,44 | 1,33 | 108 ´ 4 | 0,9 | 4414,8 | ||
| 7-8 | 48,29 | 1,33 | 88,5 ´ 4 | 1,38 | 303,6 | 4111,2 | |
| 2-6 | 458,81 | 1,33 | 219 ´ 6 | 0,47 | 155,1 | 4710,7 | |
| 6-7 | 48,29 | 1,33 | 88,5 ´ 4 | 1,38 | 303,6 | 4407,1 | |
| Невязка в узле 7: (4414,8-4407,1) / 4414,8 100 % = 0,17 % | |||||||
| 3-12 | 265,62 | 1,33 | 159 ´ 4 | 1,1 | 4348,8 | ||
| 12-14 | 48,29 | 1,33 | 88,5 ´ 4 | 1,3 | 4062,8 | ||
| 1-4 | 555,4 | 1,33 | 219 ´ 6 | 0,75 | 247,5 | 4728,3 | |
| 4-10 | 265,62 | 1,33 | 159 ´ 4 | 1,1 | 4365,3 | ||
| 10-14 | 48,29 | 1,33 | 88,5 ´ 4 | 1,38 | 303,6 | 4061,7 | |
| Невязка в узле 14: (4062,8-4061,7)/4062,8 100 % =0,03 % | |||||||
| 5-6 | 96,59 | 1,33 | 114 ´ 4 | 1,2 | 4182,7 | ||
| 4-5 | 72,44 | 1,76 | 89 ´ 3 | 1,8 | 4117,8 | ||
| Невязка в узле 5: (4182,7-4117,8)/4182,7 100 % =1,55 % | |||||||
| 6-9 | 48,29 | 1,76 | 88,5 ´ 4 | 1,38 | 303,6 | 4407,1 | |
| 10-11 | 48,29 | 1,33 | 88,5 ´ 4 | 1,38 | 303,6 | 4061,7 | |
| 12-13 | 48,29 | 1,33 | 88,5 ´ 4 | 1,38 | 303,6 | 4045,2 |
Первым критерием правильности расчёта является невязка давлений в узловых точках, которая не должна быть более 10%. Давление в узловых точках определяется путём вычитания потерь давления на участках из начального давления от ГРП при движении потока газа до рассматриваемого узла по кратчайшему расстоянию. Разность давлений образуется вследствие различных направлений подхода газа к узлу.
Вторым критерием является оценка потерь давления от ГРП до самых удалённых потребителей. Эта потеря не должна быть более расчётного перепада давления, равного 1200 Па и отличатся от него не более чем на 10%.
Условия правильности расчета соблюдаются и на этом расчет многокольцевых сетей низкого давления заканчивается.
12.3 Гидравлический расчет тупиковых газопроводов низкого давления.
Тупиковые газопроводы низкого давления прокладываются внутри жилых домов, внутри производственных цехов и по территории небольших населенных пунктов сельского типа.
Источником питания подобных газопроводов являются ГРП низкого давления.
Гидравлический расчет тупиковых газопроводов производят по номограмме рис. 11.4. из .Особенностью расчёта здесь является то, что при определении потерь давления на вертикальных участках надо учитывать дополнительное избыточное давление из-за разности плотностей газа и воздуха, то есть
DР Д = ± h (r В - r Г) g,
где h -
r В, r Г -
g
Для природного газа, который легче воздуха, при движении его по газопроводу вверх значение DР будет отрицательным, а при движении вниз положительным.
Учет местных сопротивлений можно производить путем введения надбавок на трение
l Р = l Г * (1 + а/100) , (м),
где а - процентная надбавка.
на стояках - 20%;
при длине 1-2 м. - 450%,
при длине 3-4 м. - 200%,
при длине 5-7 м. - 120%,
при длине 8-12 м. - 50%.
Перепад давления DР в тупиковых газопроводах низкого давления определяется начальным давлением после ГРП или ГРУ, которое равно 4-5 кПа, и давлением необходимым для работы газогорелочных установок или газовых приборов. Перепад давления DР , согласно рекомендациям таблицы 11.10. принимаем равным 350 Па.
1. Создаём расчётную схему газопровода: рис. 4.
2. Назначаем магистральное направление.
3. Определяем для каждого участка магистрального направления расчётный расход газа по формуле,
V Р = V ЧАС К ОД , (м 3 /ч),
где - максимальный часовой расход газа соответствующего потребителя, м 3 /ч,
V ЧАС = 1,17 (м 3 /ч),
К ОД - коэффициент одновременности, учитывающий вероятность одновременной работы всех потребителей.
4. Определяем расчётную длину участков магистрального направления (l Р i ) по формуле,
l Р = l Г (1 + а/100) , (м),
где а - процентная надбавка.
на газопроводах от ввода в здание до стояка - 25%;
на стояках - 20%;
на внутри квартирной разводке:
при длине 1-2 м. - 450%,
при длине 3-4 м. - 200%,
при длине 5-7 м. - 120%,
при длине 8-12 м. - 50%.
5. Вычисляем расчётную длину магистрального направления в метрах, суммируя все расчётные длины его участков (S l Р i ).
6. Определяем удельный перепад давления на магистральном направлении
А = DР / S l Р i , (Па/м).
А = 8,1871345 (Па/м).
7. Используя диаграмму рис. 11.4. , определяем диаметры участков газопровода магистрального направления и уточняют удельный перепад давления на каждом участке в соответствии с выбранным стандартным диаметром.
8. Определяем действительный перепад давления газа на каждом участке, умножая удельный перепад давления на расчётную длину участка.
9. Суммируем все потери на отдельных участках магистрального направления.
10. Определяем дополнительное избыточное давление в газопроводе,
DР Д = ± h (r В - r Г) g,
DР Д = 110,26538
где h - разность геометрических отметок в конце и начале газопровода, м;
r В, r Г - плотности воздуха и газа при нормальных условиях, кг/м 3 ;
g - ускорение свободного падения, м/с 2 .
h = 20,7 (м),
11. Вычисляем алгебраическую сумму потерь давления а магистрали и дополнительного избыточного давления и сравниваем её с допустимой потерей давления в газопроводе DР.
Критерием правильности расчёта будет условие
(SDР i ± DР Д + DР ПРИБ) £ DР ,
где SDР i - сумма потерь давлений на всех участках магистрали, Па;
DР Д - дополнительное избыточное давление в газопроводе, Па;
DР ПРИБ - потеря давления газа в газоиспользующем приборе, Па;
DР - заданный перепад давления, Па.
(SDР i ± DР Д + DР ПРИБ) = 338,24462 Невязка составляет 3,36%.
Отклонение (SDР i ± DР Д + DР ПРИБ) от DР должно быть не больше 10%.
Расчёт сделан верно.
Все расчёты по определению диаметров газопровода сводим в таблицу.
| N O участка | Расход газа, м 3 /ч | Коэфф. одно- врем. | Расчёт. расход, м 3 /ч | Длина участка м | Надб. на мес. сопр. | Расчёт. длина, м | Усл. диам. мм | Потери давления Па | |
| на 1 м | на уч-ке | ||||||||
| 10-15 | 1,17 | 0,65 | 1,17 | 13,2 | 21,3´2,8 | 2,2 | 29,04 | ||
| 9-10 | 0,34 | 0,45 | 1,521 | 3,6 | 21,3´2,8 | 14,4 | |||
| 8-9 | 3,51 | 0,35 | 1,5795 | 3,6 | 21,3´2,8 | 4,2 | 15,12 | ||
| 7-8 | 4,68 | 0,29 | 1,638 | 3,6 | 21,3´2,8 | 4,5 | 16,2 | ||
| 6-7 | 5,85 | 0,26 | 1,6965 | 8,75 | 21,3´2,8 | 43,75 | |||
| 1-6 | 11,7 | 0,255 | 3,042 | 21,3´2,8 | |||||
| 0-1 | 17,55 | 4,47525 | 21,3´2,8 | ||||||
| S42,75 | S388,51 |
Окончательно принимаем следующие диаметры газопровода на участках магистрального направления:
10-15: 21,3´2,8 мм
9-10: 21,3´2,8 мм
8-9: 21,3´2,8 мм
7-8: 21,3´2,8 мм
6-7: 21,3´2,8 мм
1-6: 21,3´2,8 мм
0-1: 21,3´2,8 мм
Два других стояка несут аналогичную нагрузку и по конструкции идентичны расчетному. Поэтому диаметры газопровода на этих стояках принимаем такими же, как и у рассчитанного.
Исключение составят только участки подводящего газопровода 1-2, 6-11. Определяем диаметры газопроводов на этих участках:
1. Расчётные длины ответвлений: 0-1-6-11-12-13-14, 0-1-2-3-4-5 соответственно составят L P 6-11 = 40,25, L P 1-2 = 41,5 (м).
2. Расчетные расходы газа:
Участок 1-2 V Р = 1,6965 (м 3 / ч)
Участок 6-11 V Р = 1,6965 (м 3 / ч).
3.Средняя удельная потеря
Для безопасной и безотказной работы газоснабжения его нужно спроектировать и рассчитать. Важно безупречно подобрать трубы для магистралей всех типов давления, обеспечивающих стабильную поставку газа к приборам.
Чтобы подбор труб, арматуры и оборудования был максимально точным, производят гидравлический расчет трубопровода. Как его сделать? Признайтесь, вы не слишком сведущи в этом вопросе, давайте разбираться.
Мы предлагаем ознакомиться со скрупулезно подобранной и досконально обработанной информацией о вариантах производства гидравлического расчета для газопроводных систем. Использование представленных нами данных обеспечит подачу в приборы голубого топлива с требующимися параметрами давления. Тщательно проверенные данные опираются на регламент нормативной документации.
В статье предельно обстоятельно рассказано о принципах и схемах производства вычислений. Приведен пример выполнения расчетов. В качестве полезного информативного дополнения использованы графические приложения и видео-инструкции.
Любой выполняемый гидравлический расчет представляет собой определение параметров будущего газопровода. Эта процедура является обязательным, а также одним из важнейших этапов подготовки к строительству. От правильности исчисления зависит, будет ли газопровод функционировать в оптимальном режиме.
При осуществлении каждого гидравлического расчета производится определение:
- необходимого , которые обеспечат эффективную и стабильную транспортировку нужного количества газа;
- будут ли приемлемыми потери давления при перемещении требуемого объема голубого топлива в трубах заданного диаметра.
Потери давления происходят из-за того, что в любом газопроводе существует гидравлическое сопротивление. При неправильном расчете оно может привести к тому, что потребителям не будет хватать газа для нормальной работы на всех режимах или в моменты максимального его потребления.
Эта таблица является результатом гидравлического расчета, проведенного с учетом заданных значений. Для выполнения вычислений потребуется внести конкретные показатели в столбцы.
| Начало участка | Конец участка | Расчетный расход м³/ч | Длина газопровода | Внутренний диаметр, см | Начальное давление, Па | Конечное давление, Па | Перепад давления, Па |
| 1 | 2 | 31,34 | 120 | 9,74 | 2000,00 | 1979,33 | 20,67 |
| 2 | 3 | 31,34 | 150 | 9,74 | 1979,33 | 1953,48 | 25,84 |
| 3 | 4 | 31,34 | 180 | 7,96 | 1953,48 | 1872,52 | 80,96 |
| 4 | 5 | 29,46 | 90 | 7,96 | 1872,52 | 1836,2 | 36,32 |
| 5 | 6 | 19,68 | 120 | 8,2 | 1836,2 | 1815,45 | 20,75 |
| 6 | 7 | 5,8 | 100 | 8,2 | 1815,45 | 1813,95 | 1,5 |
| 4 | 8 | 9,14 | 140 | 5 | 1872,52 | 1806,38 | 66,14 |
| 6 | 9 | 4,13 | 70 | 5 | 1815,45 | 1809,83 | 5,62 |
Такая операция представляет собой стандартизированную государством процедуру, которая выполняется согласно формулам, требованиям, изложенным в СП 42-101–2003 .
Исчисления обязан проводить застройщик. За основу принимаются данные технических условий трубопровода, которые можно получить в своем горгазе.
Газопроводы, требующие выполнения расчетов
Государство требует, чтобы гидравлические вычисления выполнялись для всех типов трубопроводов, относящихся к системе газоснабжения. Так как процессы, происходящие при перемещении газа, всегда одинаковые.
К указанным газопроводам относятся следующие виды:
- низкого давления;
- среднего, высокого давления.
Первые предназначенны для транспортировки топлива к жилым объектам, всевозможным общественным зданиям, бытовым предприятиям. Причем в частных, многоквартирных домах, коттеджах давление газа не должно превышать 3 кПа, на бытовых предприятиях (непроизводственных) этот показатель выше и достигает 5 кПа.
Второй тип трубопроводов предназначен для питания сетей, причем всевозможных, низкого, среднего давления через газорегуляторные пункты, а также осуществляющих подвод газа к отдельным потребителям.
Это могут быть промышленные, сельскохозяйственные, различные коммунальные предприятия и даже отдельно стоящие, или пристроенные к промышленным, здания. Но в двух последних случаях будут существенные ограничения по давлению.
Перечисленные выше виды газопроводов специалисты условно делят на такие категории:
- внутридомовые , внутрицеховые , то есть транспортирующие голубое топливо внутри какого-либо здания и доставляющие его к отдельным агрегатам, приборам;
- абонентские ответвления , использующиеся для поставки газа от какой-то распределительной сети ко всем имеющимся потребителям;
- распределительные , использующиеся для снабжения газом определенных территорий, например, городов, их отдельных районов, промпредприятий. Их конфигурация бывает различной и зависит от особенностей планировки. Давление внутри сети может быть любым предусмотренным - низким, средним, высоким.
Кроме того, гидравлический расчет выполняется для газовых сетей с разным количеством ступеней давления, разновидностей которых много.
Так, для удовлетворения потребностей могут использоваться двухступенчатые сети, работающие с газом, транспортируемым при низком, высоком давлении или низком, среднем. А также нашли применение трехступенчатые и различные многоступенчатые сети. То есть все зависит только от наличия потребителей.
Несмотря на большое разнообразие вариантов газопроводов гидравлический расчет в любом из случаев схож. Так как для изготовления используются элементы конструкции со схожих материалов, а внутри труб происходят одинаковые процессы.
Гидравлическое сопротивление и его роль
Как указывалось выше, основанием для проведения расчета является наличие в каждом газопроводе гидравлического сопротивления.
Оно действует на всю конструкцию трубопровода, а также на отдельные ее части, узлы - тройники, места существенного уменьшения диаметра труб, запорную арматуру, различные клапаны. Это приводит к потере давления транспортируемым газом.
Гидравлическое сопротивление всегда представляет из себя сумму:
- линейного сопротивления, то есть действующего по всей длине конструкции;
- местных сопротивлений, действующих у каждой составляющей части конструкции, где происходит изменение скорости транспортировки газа.
Перечисленные параметры постоянно и существенно влияют на рабочие характеристики каждого газопровода. Поэтому в результате неправильного расчета будут иметь место дополнительные и внушительные финансовые потери по причине того, что проект придется переделывать.
Правила выполнения расчета
Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.
Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.
Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные
Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы.
К которым относятся:
- расчет по приведенным в СП формулам - это самый сложный способ расчета;
- расчет по, так называемым, номограммам - это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.
Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.
Вариант вычислений с помощью ПК
Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким - все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.
Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.
Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:
- плотность газа;
- коэффициент кинетической вязкости;
- температуру газа в своем регионе.
Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.
Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых
Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.
Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:
- для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, - 0,007 см;
- для уже использовавшихся стальных изделий - 0,1 см;
- для новых стальных конструкций - 0,01 см.
Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.
Расчет расхода на ограниченном участке
Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.
Определение данных с помощью программы
Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету.
Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):
- Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
- Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
- Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
- Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
- Полученные суммы для котлов и плит суммируются.
Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.
Расчет с использованием формул
Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.
А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.
Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения
В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов низкого, среднего и, конечно же, . И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.
Вычисления с помощью номограмм
Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом - диаметр трубы и толщину ее стенок.
Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети
Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.
Пример выполнения расчета
Приведен пример выполнения гидравлического расчета с помощью программы для газопроводов низкого давления. В предлагаемой таблице желтым цветом выделены все данные, которые проектировщик должен ввести самостоятельно.
Они перечислены в пункте о компьютерном гидравлическом расчете, приведенном выше. Это температура газа, коэффициент кинетической вязкости, плотность.
В данном случае осуществляется расчет для котлов и плит, ввиду этого необходимо прописать точное количество конфорок, которых может быть 2 или 4. Точность важна, ведь программа автоматически выберет коэффициент одновременности.
На картинке желтым цветом выделены колонки, в которые показатели должен ввести сам проектировщик. Внизу приведена формула для расчета расхода на участке
Стоит обратить внимание на нумерацию участков - ее придумывают не самостоятельно, а берут из ранее составленной схемы, где указаны аналогичные цифры.
Далее прописывается фактическая длина газопровода и так называемая расчетная, которая больше. Происходит это потому, что на всех участках, где есть местное сопротивление, необходимо увеличивать длину на 5-10%. Это делается для того, чтобы исключить недостаточное давление газа у потребителей. Программа осуществляет расчет самостоятельно.
Суммарный расход в кубических метрах, для которого предусмотрена отдельная колонка, на каждом участке исчисляется заранее. Если дом многоквартирный, то нужно указывать количество жилья, причем начиная с максимального значения, как видно в соответствующей графе.
В обязательном порядке в таблицу вносятся все элементы газопровода, при прохождении которого теряется давление. В примере указаны клапан термозапорный, отсечной и счетчик. Значение потери в каждом случае бралось в паспорте изделия.
Внутренний диаметр трубы указывается согласно техническому заданию, если у горгаза есть какие-то требования, или из ранее составленной схемы. В этом случае на большинстве участков он прописан в размере 5 см, ведь большая часть газопровода идет вдоль фасада, а местный горгаз требует, чтобы диаметр был не меньше.
Если даже поверхностно ознакомиться с приведенным примером выполнения гидравлического расчета, то легко заметить, что, кроме внесенных человеком значений, присутствует большое количество других. Это все результат работы программы, так как после внесения цифр в конкретные колонки, выделенные желтым цветом, для человека работа по расчету закончена.
То есть само вычисление происходит довольно оперативно, после чего с полученными данными можно отправляться на согласование в горгаз своего города.
Выводы и полезное видео по теме
Этот ролик дает возможность понять, с чего начинается гидравлический расчет, откуда проектировщики берут нужные данные:
В следующем ролике приведен пример одного из видов компьютерного расчета:
Чтобы выполнить гидравлический расчет с помощью компьютера, как это позволяет профильный Свод правил, достаточно потратить немного времени на ознакомление с программой и сбор нужных данных.
Но практического значения все это не имеет, так как составление проекта - процедура гораздо более объемная и включает в себя множество других вопросов. Ввиду этого большинству граждан придется обращаться за помощью к специалистам.
Появились вопросы, нашли недочеты или можете дополнить наш материал ценной информацией? Оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.
I. Разновидности расчетов сетей:
1) Оптимизационные и технико-экономические расчеты решают задачи выбора основных параметров, включаемых в задание на проектирование, в частности: выбор оптимального направления и условий прокладки трубопровода, определение наиболее эффективной технологической схемы транспортировки и параметров трубопровода, определение целесообразного уровня резервирования в элементах систем и другие
2) Технологические расчеты включают выбор технологии и технологической схемы транспортировки, обоснование технологической структуры трубопровода, определение состава и типа используемого оборудования, режимов его работы и другие
3) Гидравлические расчеты предусматривают определение давления и скорости перемещаемой по трубопроводу среды в различных сечениях трубопровода, а также потери напора движущегося потока
4) Тепловые расчеты включают определение температуры транспортируемого продукта, оценку температуры стенок трубопроводов и оборудования, а также потерь тепла трубопроводами и их термических сопротивлений
5) Механические расчеты предполагают оценку прочности, устойчивости, и деформации трубопровода, конструкций, установок и оборудования под действием температуры, давления и других нагрузок и выбор значений параметров, обеспечивающих надежную работу в заданных условиях
6) Расчет внешних воздействий на процесс транспортировки включают определение температуры внешней среды, ветровых, снеговых и других механических нагрузок, оценку сейсмичности и другие
7) Расчет свойств транспортируемой среды предусматривает определение физических, химических, термодинамических и прочих характеристик, необходимых для проектирования трубопроводов и прогнозирования режимов его эксплуатации
II. Цель гидравлического расчета
Прямой задачей при проектировании газопроводов является определение внутреннего диаметра труб при пропуске необходимого количества газа при допустимых для конкретных условий потерях давления.
Обратная задача – определение потерь давления при заданном расходе, диаметре газопровода и давлении.
III. Уравнения, являющиеся основанием для вывода формул гидравлического расчета
Для большинства задач расчета газопроводов движение газа можно считать изотермическим, температура трубы принимается равной температуре грунта. Следовательно определяющими параметрами будут: давление газа р, его плотность ρ и скорость движения ω. Для их определения нам нужна система из 3 уравнений:
1) Уравнение Дарси в дифференциальной форме, определяющее потери давления на преодоление сопротивлений:
Где – коэффициент трения, d – внутренний диаметр
2) Уравнение состояния для учета изменения плотности от изменения давления:
3) Уравнение неразрывности:
Где М – массовый расход, Q 0 – объемный расход, приведенный к нормальным условиям
Решая систему, получим основное уравнение для расчета газопроводов высокого и среднего давления:
Для расчета городских газопроводов Т≈Т 0 , следовательно:
Для расчета низкого давления подставим , а так как ≈Р 0 , то формула примет вид:
IV. Основные составляющие сопротивления движения газа
· Линейные сопротивления трения по всей длине газопровода
· Местные сопротивления в местах изменения скоростей и направления движения
По соотношению местных потерь и потерь давления по длине сети бывают:
Короткие – местные потери соизмеримые с потерями по длине
Длинные – местные потери пренебрежимо малы по отношению к потере по длине (5-10%)
V. Основные формулы для гидравлического расчета согласно
СП 42-101-2003
1. Падение давления на участке газовой сети можно определить по формулам:
а) Для среднего и высокого давления:
Р н - абсолютное давление в начале газопровода, МПа;
Р к - абсолютное давление в конце газопровода, МПа;
Р 0 = 0,101325 МПа;
Коэффициент гидравлического трения;
l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;
d - внутренний диаметр газопровода, см;
Плотность газа при нормальных условиях, кг/м 3 ;
Q 0 - расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях;
б) Для низкого давления:
Р н - избыточное давление в начале газопровода, Па;
Р к - избыточное давление в конце газопровода, Па
в) В трубопроводах жидкой фазы СУГ:
V – средняя скорость движения сжиженных газов, м/с: во всасывающих трубопроводах – не более 1,2 м/с; в напорных трубопроводах – не более 3 м/с
2. Режим движения газа по газопроводу, характеризуемый числом Рейнольдса:
где ν - коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, 1,4 10 -6 м 2 /с
Условие гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода:
n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных - 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных - 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации - 0,0007 см/
3. Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от значения Re:
а) для ламинарного режима движения газа Re ≤ 2000:
б) для критического режима движения газа 2000≤ Re ≤ 4000:
в) при Re > 4000 - в зависимости от выполнения условия гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода:
Для гидравлически гладкой стенки:
· при 4000 < Re < 100000:
· при Re > 100000:
Для шероховатых стенок:
4. Предварительный подбор диаметров участков сети
, где
· d p - расчетный диаметр [см]
· А, В, m, m1 - коэффициенты, определяемые по таблицам 6 и 7 СП 42-101-2003 в зависимости от категории сети (по давлению) и материала газопровода
· - расчетный расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях;
· ΔP уд - удельные потери давления (Па/м - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого давления)
Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший - для стальных газопроводов и ближайший меньший - для полиэтиленовых.
5. При расчете газопроводов низкого давления учитывается гидростатический напор Нg, даПа, определяемый по формуле:
где g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 ;
h - разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;
ρ а - плотность воздуха, кг/м 3 , при температуре 0°С и давлении
0,10132 МПа;
ρ 0 - плотность газа при нормальных условиях, кг/м 3
6. Местные сопротивления:
Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетную длину газопроводов определяют по формуле:
где l 1 – действительная длина газопровода, м;
Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода
Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения фактической длины газопровода на 5 - 10 %
При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допускается определять потери давления газа на местные сопротивления в размере:
На газопроводах от вводов в здание:
· до стояка – 25% линейных потерь
· на стояках – 20% линейных потерь
На внутриквартирной разводке:
· при длине разводки 1 - 2 м – 450% линейных потерь
· при длине разводки 3 - 4 м – 300% линейных потерь
· при длине разводки 5 - 7 м – 120% линейных потерь
· при длине разводки 8 - 12 м – 50% линейных потерь
Более подробные данные о величине ξ приведены в справочнике С.А.Рысина:
7. Расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10 %. При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с для газопроводов среднего давления, 25 м/с для газопроводов высокого давления.
VI. По конфигурации сети бывают:
1) Простые: трубопроводы с постоянным диаметром и не имеющие ответвлений
2) Сложные: имеющие хотя бы одно ответвление
а) Тупиковые (обычно сети низкого давления, позволяют сэкономить на трубопроводах, т. к. имеют минимальную длину)
б) Кольцевые (обычно сети высокого и среднего давления, имеют возможность резервирования, т.е. продолжения снабжения газом объектов в случае аварии на одном из участков путем перераспределения потоков)
в) Смешанные (сочетают возможности тупиковых и кольцевых сетей, обычно получаются из тупиковых сетей путем их закольцовки – добавления перемычки между стратегически важными точками)
Вопросы для самопроверки
11. Разновидности расчетов сетей
12. Цели гидравлического расчета
13. Понятие о сопротивлении движению газа
14. Определение основных констант и переменных, входящих в формулы гидравлического расчета
15. Учет местных сопротивлений при гидравлическом расчете газопроводов
16. Допустимые невязки и скорости газа в сетях
17. Классификация сетей по конфигурации.
Б2Л10 СГРГП
Лекция 10
Потребление газа характеризуется большой неравномерностью по месяцам года, дням, неделям и часам суток.
Режим работы системы газоснабжения зданий зависит от многих факторов: в жилых зданиях – от числа и типа установленных газовых приборов, степени благоустройства зданий, климатических условий, времени года, количества людей, проживающих в зданиях; в коммунально-бытовых, общественных и производственных зданиях, помимо перечисленных факторов – от характера работы технологического оборудования и технологических процессов, режима работы цехов и предприятия в целом.
Системы газоснабжения рассчитывают на подачу максимального расчетного часового расхода газа, который определяется по годовой потребности в газе.
Максимальный часовой расход газа на хозяйственные и производственные нужды при нормальных условиях (давлении 0,1 Мпа при 0°С) определяют по формуле
где – годовой расход газа, м 3 /год; − коэффициент перехода от годового расхода газа к максимальному часовому (коэффициент часового максимума расхода газа).
Для жилых и общественных зданий расчетный часовой расход газа определяют с учетом общего числа газовых однотипных приборов n, числа их типов или однотипных групп m, номинального расхода газ одним газовым прибором – по паспорту или технической характеристике , м 3 /ч, и коэффициенту одновременного действия приборов , по формуле
Для расчета газопроводов выполняют гидравлический расчет из условий бесперебойной подачи газа в часы максимального газопотребления.
Расчет трубопроводов газовой сети сводится к подбору диаметров труб по расчетным расходам и потерям давления газа.
Предварительное определение диаметров отдельных расчетных участков газопроводов выполняется по формуле
где − часовой расход газа, м 3 , при нормальных начальных условиях давления и температуры газа (0,1 Мпа и 0°С); − абсолютное давление газа на расчетном участке газопровода, МПа; – скорость движения газа, м/с.
Далее определяют падение давления газа по длине газопровода и в местных сопротивлениях: на поворотах, в соединениях, в фасонных частях, арматуре и пр. С учетом дополнительного гидростатического напора газа это падение давления сравнивают с допустимым. Если падение давления превышает допустимую величину, то делают перерасчет диаметров на отдельных расчетных участках в сторону их увеличения.
Падение давления газа по длине газопровода низкого давления определяют в зависимости от режима движения газа, который характеризуется числом Рейнольдса:
Для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000 падение давления газа на трение по длине:
для турбулентного режима при Re > 4000
где – падение давления, Па; – расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях (давление 0,1 МПа и температуре 0°С); d – внутренний диаметр газопровода, см; – коэффициент кинематической вязкости газа, м 2 /с, при нормальных начальных условиях состояния газа; – плотность газа, кг/м 3 , тоже при нормальных начальных условиях состояниях газа; – эквивалентная абсолютная шероховатость труб: для стальных труб = 0,01, полиэтиленовых = 0,005; – расчетная длина участка газопровода одного диаметра, см.
Для внутренних и наружных газопроводов расчетную длину определяют с учетом приведенной длины, зависящей от эквивалента длины трубы, учитывающей местные сопротивления:
где – расчетная длина газопровода, м; – действительная длина газопровода, м; − приведенная длина газопровода, м, равная:
– эквивалентная длина, на которой падение давления газа на трение равно падению давления в местных сопротивлениях при = 1; ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке газопровода длиной .
Эквивалентную длину определяют по формулам:
для ламинарного режима движения газа
для турбулентного режима движения газа
Для жилых домов в газопроводах низкого давления местные потери давления газа определяют как часть от потерь по длине, т.е. линейных потерь, %:
от ввода до стояка………………………………………………………… 25
на стояках……………………………………………………………………20
на внутриквартирной разводке в зависимости от длины, %:
до 2 м………………450 до 7 м…………………120
» 4 м………………300 » 12 м…………………50
Допустимую величину потерь давления принимают:
во внутренних и дворовых газопроводах……………60 даПа (60 мм)
в уличных и внутриквартальных газопроводах…….120 даПа (120 мм)
Таким образом, общая допустимая потеря давления в распределительных сетях низкого давления (от ГРП до самого отдаленного потребителя газа) составляет 180 даПа.
При гидравлическом расчете газопроводной сети здания необходимо учитывать естественный гидростатический напор газа, возникающий в связи с тем, что плотность газа меньше плотности воздуха, и как результат газ поднимается вверх по газопроводу.
Гидростатический напор, Па, определяют по формуле
где – высота подъема газа, т.е. разность геодезических отметок начального и
конечного участка газопровода, м;
И – плотность воздуха и газа, кг/м 3 , при нормальных начальных условиях
состояния газа (давлении 0,1 МПа и температуре 0°С).
В результате гидравлического расчета следует проверить условие обеспечения подачи газа потребителям, т.е. чтобы давление газа на вводе было не меньше требуемого давления с учетом гидростатического напора :
Величина требуемого давления равна:
где – необходимое давление газа у диктующего газового прибора, Па или даПа; − гидростатический напор, Па;
∑ – сумма потерь давления по длине и в местных сопротивлениях в сети от ввода до диктующего газового прибора, Па.
Если неравенство не выполняется, то следует увеличить диаметры труб, с тем чтобы уменьшить общие потери давления.
Для нормальной работы бытовых газовых приборов всегда указывается номинальное давление газа 2 (200 мм) или 1,3 кПа (130 мм), поэтому после ГРП в газовой сети устанавливают давление газа соответственно 3 (300 мм) или 2 кПа (200 мм).
Таким образом, при расчете газовых сетей в зданиях необходимо учитывать следующие условия:
1. На вводе создается располагаемое давление газа , равное действующему (фактическому) давлению плюс дополнительное естественное давление газа (гидростатический напор), т.е.
2. Располагаемое давление всегда должно быть не меньше требуемого:
3. Требуемое давление складывается из потерь по длине и в местных сопротивлениях и номинального давления у газовых приборов без естественного гидростатического напора.
4. Расчет газовой сети следует выполнять правильно, чтобы сумма допустимых потерь давления в газовых сетях не была бы меньше фактических потерь:
Допустимая величина потерь давления в газовых сетях приведена
в табл. 25.1.
Гидравлические режимы работы распределённых газопроводов должны приниматься из условий создания (при ΔР макс.доп. ) системы, обеспечивающей устойчивость работы всех ГРП, горелок в допустимых пределах давления газа.
Расчёт газопроводов сводится к определению необходимых диаметров и к проверке заданных перепадов давления. В практических расчётах газовых сетей широко используются номограммы, построенные в координатах и расчётного расхода Q р.ч. , для стандартных диаметров.
Номограмма построена на основе формулы для всей области турбулентного режима.
где k э и d в см.
Порядок расчёта может быть следующим:
1. Начальное давление определяется режимом работы ГРС или ГРП, а конечное давление – паспортными характеристиками газовых приборов потребителей.
2. Выбирают наиболее удалённые точки разветвлённых газопроводов и определяют общую длину l об. их по выбранным основным направлениям. Каждое направление рассчитывается отдельно.
3. В системах газоснабжения правило постоянного перепада давления на единице длины газопровода . Местные сопротивления в газопроводе учитывают увеличением общей расчётной длины на 5-10%, 
(км).
4. Определяют расчётные расходы газа для каждого участка газопровода Q p . i . .
5. По величинам A ср и Q p . i . по номограмме выбирают диаметры участков, округляя их по ГОСТу в большую сторону, т.е. в сторону меньших перепадов давлений на участке.
6. Для выбранных стандартных диаметров по госту находят действительные значения А д, затем уточняют Р к по формуле
7. Определяют давления, начиная с начала газопровода, т.к. начальное давление ГРС или ГРП известно. Если давление Р к.д. значительно больше заданного (более 10%), то уменьшают диаметры конечных участков
основного направления.
8. после определения давления по данному основному направлению проводят гидравлический расчёт газопроводов-отводов по той же методике, начиная со второго пункта. При этом за начальное давление принимают давление в точке отбора.
Задача 9.2.2. Провести гидравлический расчет разветвленной сети высокого давления, типа «дерево» по двум вариантам: а, б (рис. 9.4).
 |
а) Q 6 = 700 м 3 /ч; Р 6 = 0,3 МПа;
Q 7 = 900 м 3 /ч; Р 7 = 0,33 МПа;
Q 4 = 1200 м 3 /ч; Р 4 = 0,4 МПа;
Q 2 = 1700 м 3 /ч; Р 2 = 0,5 МПа;
Р ГРС = 1 МПа;
l ГРС-1 = 4 км; l 1-2 = 7 км;
l 1-3 = 6 км; l 3-4 = 8 км;
l 3-5 = 10 км; l 5-6 = 3 км; l 5-7 = 7 км;
б) Q 8 = 1500 м 3 /ч; Р 8 = 0,3 МПа; Q 10 = 2000 м 3 /ч; Р 10 = 0,4 МПа; Q 13
2100 м 3 /ч; Р 13 = 0,45 МПа; Q 14 = 2300 м 3 /ч; Р 14 = 0,6 МПа; Р ГРС = 0,8 МПа; l ГРС-11 = =5км; l 11-12 =7 км; l 12-14 =l 12-13 =8 км; l 11-9 =20 км; l 9-8 =4 км; l 9-10 =6 км;
Рис. 9.5. Номограмма газопроводов высокого и среднего давления.
9.2.3. Расчёт газопроводов высокого и среднего давления
Пример 9.2.1. Определить расход газа в газопроводе длиной 5 км, диаметром 500 мм. Избыточное давление в начале и в конце газопровода соответственно равно р 1 =3∙10 5 Н/м 3 и р 2 =1∙10 5 Н/м 3 . Газовая постоянная 500 (Н∙м)/(кг∙К). Температура газа 5 о С. Коэффициент гидравлического сопротивления λ =0,02. Плотность газа 0,7 кг/м 3 .
Решение
Абсолютная температура газа
Т= 273+5=278 К.
Коэффициент отклонения значения реальных газов от значения идеальных принимаем равным единице (z =1).
Массовый расход будет равен
.
Объёмный расход газа
.
Часовой расход газа
Пример 9.2.2. Определить перепад давления в горизонтальном газопроводе длиной 10 км, диаметром 300 мм, при расходе газа 500000 м 3 /сут. Плотность газа 0,7 кг/м 3 , газовая постоянная R =500 (Н∙м)/(кг∙К). Коэффициент гидравлического сопротивления λ =0,015. Коэффициент Z =1. Температура газа в газопроводе равна 7 о С. Абсолютное давление в конце газопровода равно р 2 =6∙10 5 Па.
Решение
Выразим секундный массовый расход газа через объёмный
Определяем разность квадрата давлений
Перепад давления
Пример 9.2.3. z= 500 м, Т= 280 К, р 2 =5∙10 5 Па (давление абсолютное), R =500 (Н∙м)/(кг∙К). Газопровод остановлен (М 0 =0).
Решение
Определяем значение коэффициента b
Пример 9.2.4. Определить давление столба газа в наклонном газопроводе, если Δz= 280 м, абсолютное давление в начальной точке газопровода р 2 =3∙10 5 Па, R =490 (Н∙м)/(кг∙К), Т =280 К. Газопровод остановлен (М =0).
Решение
Определяем коэффициент b
Определяем давление столба газа
или р 1 -р 2 составляет 2% от давления в начале газопровода р 1 .
Пример 9.2.5. Определить массовый и объемный расход газа метана в газопроводе длинной 10 км, внутренним диаметром 0,3 м. Положительная разность отметок газопровода составляет 500 м. Избыточное давление в начале газопровода равно р 1 = 15 кгс/см 2 , в конце газопровода р 2 =14 кгс/см 2 . Температура газа 5 о С, плотность ρ =0,7кг/м 3 , газовая постоянная R =500(Н∙м)/(кг∙К).
Решение
Определяем коэффициент b
Приведённые давление и температура
Коэффициент сжимаемости по графикам устанавливаем равным 0,95.
