Гидравлический расчет газопроводов

Цель гидравлического расчета - подбор оптимальных диаметров расчетных участков газовой сети способных обеспечивать заданный расход газа к различным потребителям.

Диаметры газопроводов определяют посредством гидравлического расчета, исходя из условия обеспечения бесперебойного снабжения газом всех потребителей в часы максимального его потребления. При проектировании газопроводов определяют диаметр труб на основе значений расчетного расхода газа и удельных потерь давления. При реконструкции газопроводов по заданным значениям диаметров и новым расходам газа определяют потери давления.

Сопротивление движению газа в трубопроводе складывается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений. Сопротивление трения имеется по всей длине трубопровода. Местные сопротивления образуются в местах изменения скорости и направления движения газа.

Источниками местных сопротивлений являются: переходы с одного размера газопровода на другой, колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, запорная, регулирующая и предохранительная арматура, сборники конденсата, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа.

Учитывая падение давления из-за местных сопротивлений, увеличивают расчетную длину газопровода на 5…10%

Расчетную длину наружных надземных и внутренних газопроводов определяют по формуле:

l = l_ф + ∑ ζ l_экв, (м) (5.1)

где, l_ф - действительная длина газопровода, м;

∑ · ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l₁;

l_экв – эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м (т.е. длина участка, потери давления на котором равны потерям давления на местное сопротивление ∑ · ζ =1).

Эквивалентную длину газопровода определяют в зависимости от режима движения газа в нем.

Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего давлений принимают в соответствующих для них пределах.

Расчетные перепады давлений газа в распределительных газопроводах низкого давления принимают равными 1800 Па.

Падение давления в газопроводах низкого давления определяют в зависимости от режима движения газа, характеризуемого числом Рейнольдса.

Для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000 и коэффициенте гидравлического сопротивления λ = 64/Re потери давления:

∆p = 1,132 10⁶ (Q/d⁴) ν p l, (Па) (5.2)

где, Q – расход газа, м³/ч;

d – внутренний диаметр газопровода, см;

ν – кинематическая вязкость газа, м²/с;

p – плотность газа, кг/м³.

Для критического режима газа при Re = 2000…4000 и λ = 0,0025 · √Re потери давления:

∆p = 0,516 (Q²^,333 /d^5,333 ν^0,333) p l (5.3)

Для турбулентного режима движения газа при Re ≥ 4000 и λ = 0,11 х(k_экв/d + 68/Re)^0,25 потери давления:

∆p = 69 · (k_экв/d + 1,922 d · ν/Q)^0,25 Q²/d⁵ · p l, (5.4)

где, k_экв – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см (для стальных труб принимается 0,01, а для полиэтиленовых – 0,002).

Движение газа в газопроводах среднего и высокого давлений, в отличие от газопроводов низкого давления, происходит при значительном изменении плотности газа и скорости его движения.

Для гидравлического расчета газопроводов среднего и высокого давлений в области турбулентного режима движения газа используют формулу:

p²_абс. –p²_абс.к = 1,4 10^-5 (k_экв/d + 1,922 d ν/Q)^0,25 Q²/d⁵ · p l,(Па) (5.5)

где, p²_абс.н – абсолютное давление газа в начале участка, МПа;

p²_абс.к – абсолютное давление газа в конце участка, МП.

Расчеты с использованием приведенных формул требуют много времени, поэтому на практике для гидравлического расчета газопроводов используют программы с использованием ПК или таблицы, приведенные в [3] Приложениях 1 и 2, и номограммы, составленные на основе формул для наиболее распространенных в системах газораспределения сортаментов труб. Диаметр газопровода, обозначаемый D_н х S (здесь D_н– наружный диаметр трубы, а S – толщина стенок), определяется по номограмме. Если точка пересечения двух линий, соответствующих удельным потерям давления ∆p/ l и расчетному расходу Q, попадает по номограмме между двумя диаметрами, тогда, передвигаясь по линии постоянного расхода к ближайшему из них, уточняют значения удельных потерь давления. Приведенные в Приложениях 1 и 2 удельные потери давления трубопровода соответствуют внутренним диаметрам труб.

5.1 Гидравлический расчет газопроводов низкого давления

Методика расчета тупиковых газовых сетей низкого давления.

Суммарную потерю давления газа от ГРП до наиболее удаленного прибора принимают равной 180 даПа, причем считают, что 120 даПа приходится на уличные и внутриквартирные газопроводы, а 60 даПа – на дворовые и внутренние.

Зная общий расход газа длину и длину расчетных участков, определяют удельный путевой расход газа на 1 м распределительной сети.

Путевые расходы находят, перемножая удельные путевые расходы газа на длину соответствующих участков сети.

Удельные потери давления для самой протяженной магистрали рассчитывают по формуле ∆p/1,1 ∑l.

Потери на местные сопротивления принимают равными 10% от потерь на трение.

Так как точка пересечения линий, соответствующих расходу и удельным потерям давления, на номограмме чаще всего находится между двумя диаметрами, то при постоянном расходе, передвигаясь к ближайшему из них, уточняют значение удельных потерь давления. Полученное значение удельных потерь давления умножают на длину расчетного участка и находят потери давления.

После подбора диаметра труб определяют степень использования расчетного перепада давлений:

∆p_р- ∑ ∆p_i / ∆p_р≤ 0,1 (5.6)

где, ∑ ∆p_i – сумма потерь давления от ГРП до самой удаленной точки распределительной газовой сети.

Если это неравенство не соблюдается, то выбирают другой диаметр газовой сети.

При расчете ответвлений из расчетного перепада давлений ∆p_р вычитают сумму потерь давления на общих участках и подбирают диаметры труб для остальных участков на полученную при этом разность.

Методика расчета кольцевых сетей низкого давления.

Основное отличие кольцевых газовых сетей от тупиковых заключается в том, что они состоят из замкнутых контуров (колец), в результате чего отельные их участки могут иметь двухстороннее и многостороннее питание.

Расчетный расход газа для распределительных газопроводов:

Q_р = Q_тр + α Q_п,(м³/ч) (5.7)

где, Q_тр – транзитный расход газа, м³/ч;

Q_п – путевой расход газа, м³/ч;

α– коэффициент, зависящий от соотношения между путевым и транзитным расходами и числа мелких потребителей, составляющих путевую нагрузку, который принимают равными 0,55.

При расчете городских газовых сетей считают отдачу газа по длине газопровода равномерной. При этом вся газифицированная территория разбивается на участки с одинаковой плотностью населения и вычисляется количество газа, потребляемое на этих участках.

Удельные путевые расходы определяют путем деления расхода газа на отдельных участках на периметр сети, от которой эти участки снабжаются газом.

Путевой расход на участке получают, умножив удельный расход на длину этого участка. При этом если участок является общим для двух колец, то путевой расход определяют как произведение длины этого участка и суммы удельных расходов соседних колец сети.

Направление движения газа задают таким образом, чтобы потребителям он поступал кратчайшим путем и не возвращался обратно. Узловые точки схода газа в кольцевой сети располагают в местах, наиболее удаленных от противоположной точки питания сети. Затем распределяют транзитные расходы газа исходя из принципа гидравлической надежности сети. Зная значения путевых и транзитных расходов газа, определяют расчетный расход.

Предварительный гидравлический расчет заключается в подборе диаметров труб по расчетному расходу газа и удельным потерям давления. В связи с тем, что ближайшие диаметры труб значительно отличаются друг от друга, не удается удовлетворить второй закон Кирхгофа, что не позволяет определить действительное давление газа в узловых точках.

В результате окончательного гидравлического расчета газовых сетей, т.е. гидравлической увязки, алгебраическая сумма потерь давления всех замкнутых контуров сети должна быть равна нулю.

Поправочный круговой расход:

∆Q = ∆Q ^' + ∆Q^"_,(м³/ч) (5.8)

где, ∆Q^' – часть поправки, полученная без учета влияния поправочных расходов соседних колец:

∆Q ^' = ∑ ∆p/(1,75 (∑ ∆p/ Q)), (м³/ч) (5.9)

∆Q^" – часть поправки, учитывающая влияние поправочных расходов в соседних кольцах на рассчитываемое кольцо:

∆Q^"= (∑∆Q ^'_с.к (∆p/ Q)_у.с.к)/(∑ ∆p/ Q), (м³/ч) (5.10)

где, ∆p – алгебраическая сумма потерь давления в кольце;

(∆p/ Q)_у.с.к – вычисляют для участков, имеющих соседние кольца;

∆Q^'_с.к– первое приближенное значение поправочных расходов в соседних кольцах.

После расчета круговых поправочных расходов ∆Q_к для всех колец сети определяют поправочные расходы и новые расчетные расходы для всех участков газифицируемой территории.

Для участка, не имеющего соседних колец, поправочный расход ∆Q_уч = ∆Q_к, а новый расчетный расход Q_{нов.расч} = Q + ∆Q_уч.

Для участка, имеющего соседние кольца, поправочный расход

∆Q_уч = ∆Q_к - ∆Q_с.к , (м³/ч) (5.11)

а новый расчетный расход:

Q_{нов.расч} = Q + ∆Q_уч = Q + ∆Q_к - ∆Q_с.к , (м³/ч) (5.12)

где, ∆Q_с.к – поправочный расход в соседнем кольце, который прибавляется к расходу на участке с обратным знаком.

Проверив степень использования расчетного перепада давления, при необходимости корректируют диаметры отдельных труб.

Таблица 5.1 Гидравлический расчет газопровод низкого давления

№

Уч.

L,м

∑ L,м

Q,м³/ч

D_н х S,мм

Располагаем.

давление

Фактическое

давление

∆Р, Па

∆Р/L, Па/м

1,1 ∆Р Па

Алгоритм заполнения т.5.1:

Рассчитывается главная расчетная ветка:

1.(колонка таблицы) номер участков берется со схемы;

2. длины участков берутся со схемы в масштабе;

3. высчитывается сумма всех длин;

4. расход газа берется из т.3.1 колонка 12, соответственно участкам;

5. диаметры труб подбираются по номограммам;

6. по заданию;

7. рассчитывается по формуле ∆Р/L, Па;

8. подбираются приближенные значения к ∆Р/L (колонка 7);

9. рассчитывается по формуле 1,1 ∆Р (Па);

10. рассчитывается по формуле (большее минус меньшее)/большее ∙100%.

Увязку рассчитываем для того, чтобы поставить в одинаковые условия потребителей.(участок 6-7 с участком 6-15).

Последовательность расчета увязки аналогична расчету главной расчетной ветки. Особенностью является заполнение колонки 6 в которой указывается значение располагаемого давления с учетом полученных значений по участкам главной расчетной ветки до точки схода для конкретного участка увязки.

5.2 Гидравлический расчет внутридомового газопровода

Расчет внутридомового газопровода производится после выбора и размещения бытовых газовых аппаратов и составления схемы газопровода.

Расчетный перепад давления газа увязывается с перепадом давления в распределительной сети.

Определяется расчетный расход для всех участков по формуле:

Q^h_d = ∑ k_sim _ί q_nom _ί n_ί, (м³/ч) (5.13)

где, k_sim _ί - коэффициент одновременности действия приборов,

n_ί - число однотипных приборов,

q_nom _ί - номинальный расход газа приборами (м³/ч)

Определяется расчетная длина участков и потери давления на них по формуле:

l_р = l_ф + ∑ζ· l_экв, (м) (5.14)

где, l_р - расчетная длина газопровода, м;

l_ф – фактическая длина газопровода, м;

∑ · ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l₁;

Определяется дополнительное избыточное давление, зависящее от высоты располагаемого газопровода

∆Р_гидр. = ± g · h (ρ_в – ρ_г), Па (5.15)

где, ∆Р_гидр. – гидростатическое давление, Па;

h – геометрическая разница отметок конца и начала участка, считая походу движения газа, м;

ρ_в = 1,293 кг/м³;

ρ_г – плотность газового топлива применяемого в системе, кг/м³;

“ + ” – используется при движении природного газа сверху - вниз;

“ - ” – используется при движении природного газа снизу – вверх.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

1. Определяются расчетные расходы для всех участков сети;

2. Задаются диаметры участков газопроводов;

3. Определяется сумма местных коэффициентов ([10] т.6.1)

4. Определяются удельные потери на трения (номограмма 6.4 [10]; [2] стр.88).

5. Определяется расчетная длина участков и потери давления на них (рассчитывается по формуле 5.7)

6. Рассчитывается дополнительное избыточное давление (рассчитывается по формуле 5.15)

7. Определяются потери давления на участках по формуле ∆Р = ∆Р/l · l_р.

8. Определяются суммарные потери давления на газопроводе с учетом потерь в трубах и арматуре приборов (300-350 Па плюс потери в приборах), по формуле P+P_гид.

Примерное значение потерь давления в трубах и арматуре газовых приборов составляет:

§ в плитах (40-60 Па);

§ в водонагревателях (80-100 Па).

9. Полученные суммарные потери сравнивают с располагаемым перепадом давления; при необходимости выполняют перерасчет.

Результаты расчета выполняются в табличном виде.

Таблица 5.1 Гидравлический расчет внутридомового газопровода

№уч.

Q м³/ч

D_нхS,

L_ф,

∑ζ

L_экв

L_расч,

Потери P

P_гид,

Па

P+P_гид,

Па

∆P/l, Па/м

∆P, Па

Алгоритм заполнения таблицы 5.1

1. (колонка таблицы) номер участка берется с расчетной схемы;

2. расход газа берется из табл.3.;

3. диаметр труб берется по [13] страница 88, [11] страница 245 приложение 1;

4. фактическая длина берется с расчетной схемы;

5. сумма местных сопротивлений определяется по [1] т.6.1.;

6. эквивалентная длина берется по [13] страница 88, [11] страница 245 приложение 1;

7. расчетная длина определяется по формуле 5.14;

8. удельные потери трения определяются по [13] т.3.;

9. потери давления определяются по формуле ∆Р = ∆Р/l · l_р;

10. определяется движение газа по расчетной схеме (“ + ” – используется при движении природного газа сверху - вниз; “ - ” – используется при движении природного газа снизу – вверх);

11. определяется дополнительное избыточное давление (рассчитывается по формуле 5.15);

12. определяются суммарные потери давления на газопроводе (рассчитывается по формуле P+P_гид).

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: