Расчет диаметра газопровода: пример расчета и нюансы монтажа газовой сети

Для расчёта потери давления в подающем газопроводе используется следующая формула:

• где:
• ΔΡΑ-Β — потеря давления на участке между точками А и В (Па);
• λ — коэффициент трения;
• V — средняя скорость газа (м/с);
• ρ — плотность газа (кг/м³ ) при 15°С и 1,013 мбар;
• Lобщ — общая длина газопровода (м);
• Di — внутренний диаметр газопровода (м).
• Среднюю скорость газа можно вычислить по следующей формуле:

где:

Q — расход газообразного топлива (м³ /час); Di — внутренний диаметр газопровода (м).

Расход газа можно рассчитать по следующей формуле:

• где:
• Q — расход газообразного топлива (м³ /час);
• m — максимальная мощность горелки (кВт);
• Нi — низшая теплота сгорания газообразного топлива (кВт-ч/м³ );
• Напомним, что 1 кВт-ч = 3600 кДж.
• Коэффициент трения λ можно рассчитать по следующей формуле:

где:

Di, — внутренний диаметр газопровода (м);

Re — число Рейнольдса, которое можно рассчитать по следующей формуле:

• где:
• Di — внутренний диаметр газопровода (м);
• γ — кинематическая вязкость газообразного топлива (м²/c);
• Q — расход газообразного топлива (м³ /ч).

Вязкость газообразного топлива можно определить по графику изображенному на рис. 53.

Рисунок 53. Абсолютная вязкость некоторых газов

На графике показана абсолютная вязкость, выраженная в микроПуазах. Напомним, что кинематическая вязкость связана с динамической вязкостью следующим уравнением:

где

γабсолютная — Динамическая или абсолютная вязкость (кг/м-с);

γ — кинематическая вязкость газообразного топлива (мг/с);

ρ — плотность газа (кг/м³ ) при 15°С и 1,013 мбар.

На практике абсолютная вязкость измеряется в Пуазах (П), которые пересчитываются следующим образом:

Потеря давления в подающем газопроводе на участке между точкой входа газа и газовой рампой должна находиться в допустимых пределах. В этих пределах должна обеспечиваться правильная работа редуктора (если таковой имеется). В системах с низким давлением (р < 40 мбар), потеря давления не должны выходить за следующие пределы:

Таблица 10. Максимальные потери давления в газопроводах

Газ	Потеря давления (мбар)
Городской газ Смесь природного газа и воздуха	0,5
Природный газ Заменители природного газа Сжиженный нефтяной газ в смеси с воздухом	1,0
Сжиженный нефтяной газ (G.P.L.)	2,0

Потеря давления в газопроводе — это сумма распределённых потерь давления (на трение) в самом газопроводе и местных потерь давления в стыках и в запорно-регулирующей арматуре (фильтры, вентили и т.д.).

Потеря давления в запорно-регулирующей арматуре рассчитывается по принципу эквивалентной длины. Местному сопротивлению ставится в соответствие прямой участок газопровода, потеря давления в котором будет равна потери давления в этом элементе.

• Чтобы правильно рассчитать размеры газопровода, следует определить следующие параметры.
• Lфак — фактическая длина газопровода (м);
• Lэквив — сумма участков газопровода эквивалентной длины, соответствующих потерям давления в местных сопротивлениях См);
• Lобщ — общая длина газопровода, сумма фактической длины и эквивалентной длины (м):

Эквивалентную длину, соответствующую элементам газопровода с местным сопротивлением, можно определить по таблице 11, в которой приведены эквивалентные длины основных элементов, имеющих местное сопротивление.

Для того, чтобы определить общую длину, нужно задаться диаметром газопровода, с учётом того, что максимальная скорость потока газообразного топлива равна приблизительно 1 м/с. Значение общей длины необходимо будет скорректировать, если при вычислениях по формуле 2.6.1-1 получается диаметр отличный от заданного вначале.

В разделе 5 приведены таблицы, в которых даны значения расхода газа для стального и медного газопровода и его общей длины. Обратите внимание, что для подбора диаметра газопровода необходимо знать общую длину газопровода и расход газа.

Таблица 11. Эквивалентная длина различных элементов газопровода

Диаметр, мм	Изгиб 90'	Трой­ник	Крестовое соединение	Остро­угольный изгиб	Вентиль
Природный газ — смеси СН4/воздух — попутный газ
=81,7	1,5	6,5	13	4,5	2
Сжиженный нефтяной газ L.P.G. — смеси
= 81,7	1,5	7,5	15	5	2

Таблица 12. Пример расчёта диаметра газопровода

Резьба (дюйм)	3/8	1/2	3/4	1	1 1/4	1 1/2	2	2 1/2	3
Di, мм	13,2	16,7	22,3	27,9	36,6	42,5	53,9	69,7	81,7
Толщина, мм	2	2,3	2,3	2,9	2,9	2,9	3,2	3,2	3,6
L,m	Расход (м³ /час)
2	1,69	3,23	7,13	13,18	27,72	41,75	80,04	161,62	246,99
4	1,14	2,18	4,81	8,89	18,70	28,16	53,96	109,03	168,37
6	0,91	1,73	3,82	7,06	14,85	22,36	42,83	88,53	133,62
8	0,77	1,47	3,25	6,00	12,61	18,98	36,36	73,44	113,38
10	0,68	1,30	2,86	5,28	11,10	16,71	32,01	64,66	99,82
15	0,54	1,03	2,27	4,19	8,81	13,26	26,40	51,30	79,19
20	0,46	0,87	1,93	3,56	7,48	11,26	21,56	43,52	67,18
25	0,40	0,77	1,70	3,14	8,59	9,91	18,98	38,31	59,14
30	0,36	0,69	1,53	2,83	5,94	8,93	17,10	34,52	53,28
40	0,31	0,59	1,30	2,40	5,04	7,58	14,51	29,29	45,20
50	0,27	0,52	1,14	2,11	4,43	8,67	12,77	25,78	39,78
75	0,22	0,41	0,91	1,67	3,52	5,29	10,13	20,44	31,54
100	0,18	0,35	0,77	1,42	2,98	4,49	8,59	17,34	26,75

Выбор газовой рампы.

Для горелок малой и средней мощности (бытового и коммерческого применения) газовую рампу необходимо выбирать из каталога производителя (обязательно с учетом потерь давления на данной рампе).

Чтобы правильно подобрать газовую рампу необходимо просуммировать все потери давления, начиная от точки ввода газа и кончая горелкой. Эта сумма не должна превышать начальное давление в точке ввода газа.

По ходу движения газа суммарная потеря давления газа складывается из:

· Н1 — аэродинамическое сопротивление в камере сгорания;

· Н2 — потеря давления на головке горелки;

· Н3 — потеря давления на газовой рампе;

· Н4 — потеря на подводящем газопроводе.

Следует проверять выполнение следующего условия, где Η — минимальное давление в точке ввода газообразного топлива

• Желая облегчить расчёты, некоторые производители предоставляют диаграммы потерь давления в газовой рампе в виде суммы потери давления на газовой рампе и на головке горелки (Н2 + НЗ).
• Поэтому выбранная газовая рампа должна соответствовать следующему уравнению:

Зная максимально допустимое значение суммы Н2 + Н3 с помощью графика (рис. 55), несложно подобрать газовую рампу.

Рисунок 55. График для выбора газовой рампы

График характеристической кривой газовой рампы часто изображается вместе с рабочим диапазоном горелки, что облегчает выбор.

Предыдущая9101112131415161718192021222324Следующая

Рекомендуемые страницы:

Упрощенный гидравлический расчет многониточного газопровода — Сайт о нефти, газе и нефть сопутствующих продуктах

При гидравлических расчетах сложный газопровод с переменным диаметром заменяют эквивалентным газопроводом с постоянным диаметром, который имеет такую же пропускную способность при тех же начальном и конечном давлениях.

Взаимосвязь параметров эквивалентного и конкретного газопроводов определяется выражением

где  — диаметр эквивалентного газопровода;  — длина эквивалентного газопровода;  — число -х участков с различными диаметрами;  и  — соответственно длина и диаметр этих участков.

Пропускная способность газопровода с учетом параметров эквивалентного газопровода и физических свойств газа

Коэффициент расхода (отношение пропускной cпособности одного газопровода к пропускной способности другого при одинаковых параметрах и свойствах транспортируемого газа и квадратичном законе течения)

При относительном расходе, равном единице, по газопроводу диаметром 700 м получаем

Коэффициент расхода многониточного газопровода, состоящего из  ниток одинаковой длины, .

Коэффициент расхода однониточного газопровода, состоящего из  участков разного диаметра

где  и  — соответственно длина и коэффициент расхода -го участка.

Коэффициент расхода для сложного многониточного газопровода

где  и  — числа соответственно участков и ниток на каждом участке.

Значения коэффициентов расхода  газопроводов различного диаметра по отношению к газопроводам с условным диаметром , равным 700, 1000, 1200 мм, приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Коэффициенты расхода для газопроводов разного диаметра по отношению к газопроводам с условным диаметром , равным 700, 1000 и 1200 мм

, мм	(100)	(1000)	(1200)	, мм	(700)	(1000)	(1200)
50	0,0010	—	—	600	0,6698	0,2649	0,1649
100	0,0064	—	—	700	1,0000	0,3956	0,2462
150	0,0182	—	—	800	1,4151	0,5598	0,3484
200	0,0385	0,0152	—	900	1,9410	0,7678	0,4779
250	0,0688	0,0271	—	1000	2,5278	1,0000	0,6224
300	0,1105	0,0437	0,0272	1200	4,0608	1,6064	1,0000
350	0,1649	0,0652	0,0406	1400	6,0629	2,3984	1,4930
400	0,2334	0,0923	0,0574	1600	8,5794	3,3940	2,1127
500	0,4169	0,1649	0,0904

• Пропускная способность одной нитки многониточного газопровода
• ,
• где  и  — пропускная способность соответственно -й нитки газопровода и суммарная;  — коэффициент расхода   — й нитки.
• Для упрощения расчета сложного многониточного газопровода его можно заменить эквивалентным однониточным (с условным диаметром , равным 700, 1000 и 1200 мм), имеющим ту же пропускную способность при тех же начальном и конечном давлениях.
• Эквивалентная длина сложного многониточного газопровода

где  — число участков;  — длина участка;  — число ниток на участке; — диаметр -й нитки на участке длиной ,  — диаметр эквивалентного газопровода.

Пример 4.1. Рассчитать эквивалентную длину газопровода (рис. 4.7) в общем виде.

Рис. 4.7.  К расчету примера 4.1

Решение

или

Пример 4.2. Рассчитать эквивалентную длину того же газопровода, приняв = 700 мм.

Решение

Для системы параллельно работающих газопроводов

Если , то . Если  и , то .

• Для однониточного газопровода, имеющего участки с разными диаметрами:
• ,
• где  и  — соответственно длина и диаметр эквивалентного газопровода;  — число участков с разными диаметрами;  и  — соответственно коэффициент расхода, длина и диаметр -го участка.

Читайте также:  Можно ли держать газовый баллон в квартире: правила и советы по безопасной эксплуатации баллонного газа

Как посчитать пропускную способность трубы для разных систем – примеры и правила

Содержание:

Прокладка трубопровода – дело не очень сложное, но достаточно хлопотное. Одной из самых сложных проблем при этом является расчет пропускной способности трубы, которая напрямую влияет на эффективность и работоспособность конструкции. В данной статье речь пойдет о том, как рассчитывается пропускная способность трубы.  

Пропускная способность – это один из важнейших показателей любой трубы. Несмотря на это, в маркировке трубы этот показатель указывается редко, да и смысла в этом немного, ведь пропускная способность зависит не только от габаритов изделия, но и от конструкции трубопровода. Именно поэтому данный показатель приходится рассчитывать самостоятельно.

Способы расчета пропускной способности трубопровода

Перед тем, как посчитать пропускную способность трубы, нужно узнать основные обозначения, без которых проведение расчетов будет невозможным:

Внешний диаметр. Данный показатель выражается в расстоянии от одной стороны наружной стенки до другой стороны. В расчетах этот параметр имеет обозначение Дн. Внешний диаметр труб всегда отображается в маркировке.

Диаметр условного прохода. Это значение определяется как диаметр внутреннего сечения, который округляется до целых чисел. При расчете величина условного прохода отображается как Ду.

Расчет проходимости трубы может осуществляться по одному из методов, выбирать который необходимо в зависимости от конкретных условий прокладки трубопровода:

Физические расчеты. В данном случае используется формула пропускной способности трубы, позволяющая учесть каждый показатель конструкции. На выборе формулы влияет тип и назначение трубопровода – например, для канализационных систем есть свой набор формул, как и для остальных видов конструкций.

Табличные расчеты. Подобрать оптимальную величину проходимости можно при помощи таблицы с примерными значениями, которая чаще всего используется для обустройства разводки в квартире. Значения, указанные в таблице, довольно размыты, но это не мешает использовать их в расчетах. Единственный недостаток табличного метода заключается в том, что в нем рассчитывается пропускная способность трубы в зависимости от диаметра, но не учитываются изменения последнего вследствие отложений, поэтому для магистралей, подверженных возникновению наростов, такой расчет будет не лучшим выбором. Чтобы получить точные результаты, можно воспользоваться таблицей Шевелева, учитывающей практически все факторы, воздействующие на трубы. Такая таблица отлично подходит для монтажа магистралей на отдельных земельных участках.

Расчет при помощи программ. Многие фирмы, специализирующиеся на прокладке трубопроводов, используют в своей деятельности компьютерные программы, позволяющие точно рассчитать не только пропускную способность труб, но и массу других показателей. Для самостоятельных расчетов можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые, хоть и имеют несколько большую погрешность, доступны в бесплатном режиме. Хорошим вариантом большой условно-бесплатной программы является «TAScope», а на отечественном пространстве самой популярной является «Гидросистема», которая учитывает еще и нюансы монтажа трубопроводов в зависимости от региона.

Расчет пропускной способности газопроводов

Проектирование газопровода требует достаточно высокой точности – газ имеет очень большой коэффициент сжатия, из-за которого возможны утечки даже через микротрещины, не говоря уже о серьезных разрывах. Именно поэтому правильный расчет пропускной способности трубы, по которой будет транспортироваться газ, очень важен.

• Если речь идет о транспортировке газа, то пропускная способность трубопроводов в зависимости от диаметра будет рассчитываться по следующей формуле:
• Где р – величина рабочего давления в трубопроводе, к которой прибавляется 0,10 МПа;
• Ду – величина условного прохода трубы.
• Указанная выше формула расчета пропускной способности трубы по диаметру позволяет создать систему, которая будет работать в бытовых условиях.

В промышленном строительстве и при выполнении профессиональных расчетов применяется формула иного вида:

• Qmax = 196,386 Ду2 * p/z*T,

Где z – коэффициент сжатия транспортируемой среды;

Т – температура транспортируемого газа (К).

Эта формула позволяет определить степень разогрева транспортируемого вещества в зависимости от давления. Увеличение температуры приводит к расширению газа, в результате чего давление на стенки трубы повышается (прочитайте: «Почему возникает потеря давления в трубопроводе и как этого можно избежать»).

Чтобы избежать проблем, профессионалам приходится учитывать при расчете трубопровода еще и климатические условия в том регионе, где он будет проходить.

Если наружный диаметр трубы окажется меньше, чем давление газа в системе, то трубопровод с очень большой вероятностью будет поврежден в процессе эксплуатации, в результате чего произойдет потеря транспортируемого вещества и повысится риск взрыва на ослабленном отрезке трубы.

При большой необходимости можно определить проходимость газовой трубы с помощью таблицы, в которой описана взаимозависимость между наиболее распространенными диаметрами труб и рабочим уровнем давления в них. По большому счету, у таблиц есть тот же недостаток, который имеет рассчитанная по диаметру пропускная способность трубопровода, а именно – невозможность учесть воздействие внешних факторов.

Расчет пропускной способности канализационных труб

При проектировании канализационной системы нужно в обязательном порядке рассчитывать пропускную способность трубопровода, которая напрямую зависит от его вида (канализационные системы бывают напорными и безнапорными). Для осуществления расчетов используются гидравлические законы. Сами расчеты могут проводиться как при помощи формул, так и посредством соответствующих таблиц.

Для гидравлического расчета канализационной системы требуются следующие показатели:

• Диаметр труб – Ду;
• Средняя скорость движения веществ – v;
• Величина гидравлического уклона – I;
• Степень наполнения – h/Ду.

Как правило, при проведении расчетов вычисляются только два последних параметра – остальные после этого можно будет определить без особых проблем. Величина гидравлического уклона обычно равна уклону земли, который обеспечит движение стоков со скоростью, необходимой для самоочищения системы.

Скорость и предельный уровень наполнения бытовой канализации определяются по таблице, которую можно выписать так:

150-250 мм — h/Ду составляет 0,6, а скорость – 0,7 м/с.

Диаметр 300-400 мм — h/Ду составляет 0,7, скорость – 0,8 м/с.

Диаметр 450-500 мм — h/Ду составляет 0,75, скорость – 0,9 м/с.

Диаметр 600-800 мм — h/Ду составляет 0,75, скорость – 1 м/с.

Диаметр 900+ мм — h/Ду составляет 0,8, скорость – 1,15 м/с.

Для изделия с небольшим сечением имеются нормативные показатели минимальной величины уклона трубопровода:

• При диаметре 150 мм уклон не должен быть менее 0,008 мм;
• При диаметре 200 мм уклон не должен быть менее 0,007 мм.

Для расчета объема стоков используется следующая формула:

Где а – площадь живого сечения потока;

v – скорость транспортировки стоков.

• Определить скорость транспортировки вещества можно по такой формуле:
• где R – величина гидравлического радиуса,
• С – коэффициент смачивания;
• i – степень уклона конструкции.
• Из предыдущей формулы можно вывести следующую, которая позволит определить значение гидравлического уклона:
• Чтобы вычислить коэффициент смачивания, используется формула такого вида:
• Где n – коэффициент, учитывающий степень шероховатости, который варьируется в пределах от 0,012 до 0,015 (зависит от материала изготовления трубы).
• Значение R обычно приравнивают к обычному радиусу, но это актуально лишь в том случае, если труба заполняется полностью.
• Для других ситуаций используется простая формула:
• Где А – площадь сечения потока воды,
• Р – длина внутренней части трубы, находящейся в непосредственном контакте с жидкостью.

Табличный расчет канализационных труб

Определять проходимость труб канализационной системы можно и при помощи таблиц, причем расчеты будут напрямую зависеть от типа системы:

Безнапорная канализация. Для расчета безнапорных канализационных систем используются таблицы, содержащие в себе все необходимые показатели. Зная диаметр устанавливаемых труб, можно подобрать в зависимости от него все остальные параметры и подставить их в формулу (прочитайте также: «Как выполняется расчет диаметра трубопровода – теория и практика из опыта»). Кроме того, в таблице указан объем проходящей через трубу жидкости, который всегда совпадает с проходимостью трубопровода. При необходимости можно воспользоваться таблицами Лукиных, в которых указана величина пропускной способности всех труб с диаметром в диапазоне от 50 до 2000 мм.

Напорная канализация. Определять пропускную способность в данном типе системы посредством таблиц несколько проще – достаточно знать предельную степень наполнения трубопровода и среднюю скорость транспортировки жидкости.  «Как рассчитать объем трубы – советы из практики».

Таблица пропускной способности полипропиленовых труб позволяет узнать все необходимые для обустройства системы параметры.

Расчет пропускной способности водопровода

Водопроводные трубы в частном строительстве применяются чаще всего. На систему водоснабжения в любом случае приходится серьезная нагрузка, поэтому расчет пропускной способности трубопровода обязателен, ведь он позволяет создать максимально комфортные условия эксплуатации будущей конструкции.

Для определения проходимости водопроводных труб можно использовать их диаметр (прочитайте также: «Как определить диаметр трубы – варианты замеров окружности»).

Конечно, данный показатель не является основой для расчета проходимости, но его влияние нельзя исключать.

Увеличение внутреннего диаметра трубы прямо пропорционально ее проходимости – то есть, толстая труба почти не препятствует движению воды и меньше подвержена наслоению различных отложений.

Впрочем, есть и другие показатели, которые также необходимо учитывать.

Читайте также:  Козырек для кондиционера: варианты защиты, обустройство навеса

Например, очень важным фактором является коэффициент трения жидкости о внутреннюю часть трубы (для разных материалов имеются собственные значения).

Также стоит учитывать длину всего трубопровода и разность давлений в начале системы и на выходе.  Немаловажным параметром является и количество различных переходников, присутствующих в конструкции водопровода.

Пропускная способность полипропиленовых труб водопровода может рассчитываться в зависимости от нескольких параметров табличным методом. Одним из них является расчет, в котором главным показателем является температура воды.

При повышении температуры в системе происходит расширение жидкости, поэтому трение повышается. Для определения проходимости трубопровода нужно воспользоваться соответствующей таблицей.

Также есть таблица, позволяющая определить проходимость в трубах в зависимости от давления воды.

Самый точный расчет воды по пропускной способности трубы позволяют осуществить таблицы Шевелевых.

Помимо точности и большого числа стандартных значений, в данных таблицах имеются формулы, позволяющие рассчитать любую систему.

Данный материал в полном объеме описывает все ситуации, связанные с гидравлическими расчетами, поэтому большинство профессионалов в данной области чаще всего используют именно таблицы Шевелевых.

Основными параметрами, которые учитываются в этих таблицах, являются:

• Внешний и внутренний диаметры;
• Толщина стенок трубопровода;
• Период эксплуатации системы;
• Общая протяженность магистрали;
• Функциональное назначение системы.

Заключение

Расчет пропускной способности труб может выполняться разными способами. Выбор оптимального способа расчета зависит от большого количества факторов – от размеров труб до назначения и типа системы.

В каждом случае есть более и менее точные варианты расчета, поэтому найти подходящий сможет как профессионал, специализирующийся на прокладке трубопроводов, так и хозяин, решивший самостоятельно проложить магистраль у себя дома. 

Пример расчета однокольцевого газопровода

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И.Носова

• Кафедра Теплотехнических и Энергетических систем
• РАСЧЕТ СИСТЕМ ГАЗО- И ВОДОСНАБЖЕНИЯ
• Методические указания по курсовому проектированию по курсу
• «Технологические энергоносители промышленных предприятий»
• для студентов специальностей 140104
• Магнитогорск
• 2009

Составители:         Е.Б. Агапитов

Н.Г. Злоказова

В.Н. Михайловский

М.М.Ерофеев

М.А.Покатаева

Расчет систем газо- и водоснабжения: Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Технологические энергоносители промышленных предприятий» для студентов специальностей 140104. Магнитогорск, МГТУ, 2009.

Рецензент

© Е.Б.Агапитов, Н.Г.Злоказова, В.Н.Михайловский, М.М.Ерофеев, М.А.Покатаева, 2009

Введение

Проектирование распределительных систем газоснабжения является одной из составляющих деятельности инженера-энергетика. Рост потребления газа в городах и масштабность распределительных систем ставят перед инженером новые задачи, связанные с развитием и реконструкцией сетей, повышением надежности газоснабжения, поиску экономичных вариантов транспортировки газа.

Кольцевые сети обладают повышенной надежностью и применяются для снабжения наиболее ответственных потребителей. Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним иерархическим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и больших городов их проектируют кольцевыми, и только для малых городов они могут выполняться в виде разветвленных тупиковых сетей.

Газовые сети состоят из участков, по которым движется газ, и узлов, в которых соединяются участки и к которым присоединяют ответвления к потребителям.

Геометрические фигуры, состоящие из ребер и вершин (когда каждому ребру соответствуют две вершины, являющиеся концами этих ребер) называются графами.

Цепочка последовательно соединенных ребер, в которой каждую вершину (узел) при движении по направлению потока проходят один размазывается путем. Путь, у которого начальная и конечная вершины совпадают, образуют контур или цикл.

Тупиковая разветвленная газовая сеть представляет собой дерево. Кольцевая сеть представляет собой граф, состоящий только из циклов и не имеющих тупиковых ответвлений.

Большинство газовых сетей представляет собой смешанный граф, состоящий из замкнутых контуров и тупиковых ответвлений.

Кольцевую сеть можно трансформировать в дерево (разветвленную сеть) путем исключения из каждого цикла замыкающего участка – этот прием используется в гидравлических расчетах колец. Обычно для сетей задано начальное давление Рn у точки питания и Pk у потребителя.

Задача гидравлического расчета разветвленной сети, у которой транзитные расходы определены однозначно (следовательно, известны расчетные расходы для всех участков), заключается в нахождении диаметра трубопровода на участке di и потерь давления на участке ΔРi.

При расчете кольцевой сети можно наметить бесчисленное множество вариантов потокораспределения, т.к.

ветви кольцевой сети включены параллельно, поэтому, в общем случае у кольцевой сети неизвестными будут диаметры di на участках, перепады давления на них ΔРi и расчетные расходы Qi .

Поиск неизвестных проводят на основании решения системы уравнений, составленных на основании двух законов Кирхгофа для кольцевых сетей:

1. Алгебраическая сумма всех потоков газа Qij, сходящихся в узле, включая узловые расходы Qj, равна нулю.

Потокам, подходящим к узлу, присваивается знак плюс, а выходящим – знак минус.

Городские газовые сети рассчитывают на заданный перепад давлений, и это условие дает дополнительные уравнения типа:

где ΔРp – расчетный перепад давлений,

ΔPi – сумма потерь давления от точки 1 до концевой точки k.

Число таких уравнений равно числу точек встречи потоков. Оптимизацию сети проводят по оценке материальной характеристики – величины, пропорциональной расходу металла на сеть.

где р – число участков сети;

di, li — диаметры и длины участков.

На первом этапе гидравлического расчета проводят предварительное распределение потоков газа с соблюдением первого закона Кирхгофа и подбирают диаметры всех участков газопроводов. После подбора диаметров второй закон Кирхгофа для большинства колец оказывается неудовлетворительным.

Для независимых контуров составляется система уравнений относительно потерь давления в контуре, при этом:

для сети низкого давления

для сети высокого и среднего давления

здесь индексы «n», «k»относятся к началу и концу участка по ходу газа.

Для решения задачи используют метод циркуляционных (или контурных) расходов, когда в каждый независимый контур вводится циркуляционный расход ΔQk, в результате чего удовлетворяется второй закон Кирхгофа.

Для расчета величины ΔQk используют известную формулу Лобачева-Кросса. После введения циркуляционных расходов вычисляют » невязки» в кольцах и величины относительных ошибок, характеризующие» степень» невыполнения второго закона.

— для сети высокого давления

— для сети низкого давления

Если полученные ошибки оказываются меньше заданной точности (обычно 10%) – расчет потокораспределения считают законченным. Если ошибки оказываются больше допустимой – расчет повторяют снова.

Наиболее доступно метод гидравлического расчета кольцевых сетей изложен в работе А.А. Ионина [1]. Примеры расчетов сетей с учетом небольших методических дополнений предлагаются в данном методическом указании.

В приложении приведены различные варианты заданий для расчетов и необходимые для расчетов номограммы.

В дополнение к гидравлическому расчету газовых сетей приведен пример расчета надежности газоснабжения кольцевой газовой сети.

В основе расчета лежит оценка показателя надежности сети Rсети(t) как функции от принятого по заданию временного отрезка.

Если в результате расчета окажется, что величина Rсети (t) получилась менее 0,95, то проектанту необходимо разработать мероприятия, к которым относят: резервирование, байпассирование и дублирование, позволяющие повысить надежность сети, после чего уточняют оценку надежности.

Пример расчета однокольцевого газопровода

На схеме рис. 2. показаны узловые расходы газа (м3/ч) у всех потребителей, даны номера всех участков кольца и ответвлений, около номера участков в скобках указаны их длины (м). Начальное давление газа после ГРС рн=700 кПа (абс), минимальное конечное давление pk=300 кП, (абс). Коэффициент обеспеченности в аварийном режиме для всех потребителей принят равным: Коб=0.7.

Решение

1. Определим диаметр кольца по расчетному расходу:

и удельному падению квадрата давления

Здесь потери давления на местных сопротивлениях приняты 10% линейных потерь. Диаметр определяется по номограмме (см. рис.1), он равен 273х7мм.

Рис. 1. Номограмма для определения потерь давления природного газа в газопроводах среднего и высокого давления (до 1,2МПа)

Рис. 2. Схема однокольцевого газопровода высокого давления

(т.к. в дальнейших вычислениях потери квадрата давления относят к 100 м длины, рекомен­дуем на оси длин номограммы на рис 1. использовать только точку «100»),

2. Производим расчеты для аварийных режимов при выключении участков 1 и 15. Расчеты для обоих вариантов сводим в табл. 1 .Узловые расходы принимаем равными:

В процессе гидравлического расчета выяснилось (в примере не приведен), что кольцо диаметром 273×7 мм не обеспечивает необходимого давления в концевых точках. Особенно это проявлялось при выключении участка I.

Такое положение объясняется тем, что нагрузка на кольцо несимметричная — перегружена левая ветвь. Учитывая изложенное, для участков 1, 12, 13, 14 и 15 был принят диаметр 325×8, который и учтен в табл. 1. Определим давление в концевых точках.

При выключении участка 15

При выключении участка I

В обоих случаях давления достаточны, чтобы присоединить соответственно ответв­ления 29 и 16. Полученные диаметры кольца оставляем.

Рассчитываем диаметры ответвлений для аварийных режимов при подаче потребите­лям  м3/ч газа. Сначала определяем давление газа в начале всех ответвлений, как при отказе участка 15, так и при отказе участка 1.

Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления рк.от выбираем меньшее. Для этого давления и подбираем диаметр ответвления при условии, чтобы давление в конце ответвления рк.от было не менее 300 кПа.

Кроме того, диаметры менее 50 мм не проектируем. Порядок расчета проследим на примере ответвления 20.

Читайте также:  Трап для душа в полу под плитку: пошаговая инструкция по сооружению

а) Находим давление в начале ответвления при отказе участка 15

кПа

здесь 700 кПа — давление в начале сети, а сумма в скобках — потери квадрата давления на уча­стках 1, 2, 3, 4, 5, взятые из табл.1.

• б) Определяем давление в начале ответвления при отказе участка
• кПа
• Так как при отказе участка 1 давление в начале ответвления меньше, поэтому за расчетное значение принимаем кПа.
• в) Определяем допустимую потерю квадрата давления на 100 м

г) Подбираем диаметр ответвления по номограмме (см. рис. 1)

dxs=133×4,

д) Определяем потерю квадрата давления на ответвлении

кПа2

Таблица 1.

Гидравлический расчет аварийных режимов.

Отказал участок 1 5	Отказал участок 1
Показатели участка	А=(рн2- рк2)/l*100 кПа2	1.1А*lуч /100 кПа2	Показатели участка	А=(рн2- рк2)/l*100, кПа2

Гидравлический расчет газопровода

При проектировании трубопроводов выбор размеров труб осуществляется на основании гидравлического расчета, определяющего внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа при допустимых потерях давления или, наоборот, потери давления при транспорте необходимого количества газа по срубам заданного диаметра.

Сопротивление движению газа в трубопроводах слагается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений: сопротивления трения «работают» на всей протяженности трубопроводов, а местные создаются только в пунктах изменения скоростей и направления движения газа (углы, тройники и т.д.).

Подробный гидравлический расчет газопроводов осуществляется по формулам, приведенным в СП 42-101–2003, в которых учтены как режим движения газа, так и коэффициенты гидравлического сопротивления газопроводов. Здесь приводится сокращенный вариант.

Для расчетов внутреннего диаметра газопровода следует воспользоваться формулой:

• dp = (626Аρ0Q0/ΔPуд)1/m1 (5.1)
• где dp — расчетный диаметр, см; А, m, m1 — коэффициенты, зависящие от категории сети (по давлению) и материала газопровода; Q0 — расчетный расход газа, м3/ч, при нормальных условиях; ΔРуд — удельные потери давления (Па/м для сетей низкого давления)
• ΔPуд = ΔPдоп /1,1L (5.2)

Здесь ΔРдоп — допустимые потери давления (Па); L — расстояние до самой удаленной точки, м. Коэффициенты А, m, m1 определяются по приведенной ниже таблице.

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший — для стальных газопроводов и ближайший меньший — для полиэтиленовых. Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 1,80 кПа (в том числе в распределительных газопроводах — 1,20 кПа), в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах — 0,60 кПа. Для расчета падения давления необходимо определить такие параметры, как число Рейнольдса, зависящее от характера движения газа, и коэффициент гидравлического трения λ. Число Рейнольдса — безразмерное соотношение, отражающее, в каком режиме движется жидкость или газ: ламинарном или турбулентном.

Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит по достижении так называемого критического числа Рейнольдса Reкp. При Re < Reкp течение происходит в ламинарном режиме, при Re > Reкp — возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно. Число Рейнольдса есть отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости. Также число Рейнольдса можно рассматривать как отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине. Число Рейнольдса применительно к углеводородным газам определяется по следующему соотношению:

Re = Q/9πdπν (5.3)

где Q — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях; d — внутренний диаметр газопровода, см; π — число пи; ν — коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, м2/с (см. таб. 2.3).

Диаметр газопровода d должен отвечать условию:

(n/d) < 23 (5.4)

λ = 64/Re (5.5)

λ = 0,0025 Re0,333 (5.6)

λ = 0,3164/25 Re0,25 (5.7)

λ = 1/(1,82lgRe – 1,64)2 (5.8)

λ = 0,11[(n/d) + (68/Re)]0,25 (5.9)

Pн – Pк = 626,1λQ2ρ0l/d5 (5.10)

где Pн — абсолютное давление в начале газопровода, Па; Рк — абсолютное давление в конце газопровода, Па; λ — коэффициент гидравлического трения; l — расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м; d — внутренний диаметр газопровода, см; ρ0 — плотность газа при нормальных условиях, кг/м3; Q — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

l = l1 + (d/100λ)Σξ (5.11)

где l1 — действительная длина газопровода, м; Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода; d — внутренний диаметр газопровода, см; λ — коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения и гидравлической гладкости стенок газопровода.

l = l1 + Σξlэ (5.12)

где l1 — действительная длина газопровода, м; Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l1, lэ — условная эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м, потери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением коэффициента ξ = 1.

lэ = 5,5•10-6Q/v (5.13)

lэ = 12,15d1,333v0,333/Q0,333 (5.14)

lэ = d/[11(kэ /d + 1922vd/Q)0,25] (5.15)

H = 50λV2ρ/d (5.12)

Hg = ±lgh(ρa – ρ0) (5.13)

где g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; h — разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м; ρа — плотность воздуха, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа; ρ0 — плотность газа при нормальных условиях кг/м3.

где 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. Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса. Для ламинарного режима движения газа (Re ≤ 2000): Для критического режима движения газа (Re = 2000–4000): Eсли значение числа Рейнольдса превышает 4000 (Re > 4000), возможны следующие ситуации. Для гидравлически гладкой стенки при соотношении 4000 < Re < 100000: При значении Re > 100000: Для шероховатых стенок при Re > 4000: После определения вышеперечисленных параметров падение давления для сетей низкого давления вычисляется по формуле Расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расходов газа на данном участке. Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) учитываются путем увеличения фактической длины газопровода на 5–10%. Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетная длина газопроводов определяется по формуле: Местные гидравлические сопротивления в газопроводах и вызываемые ими потери давления возникают при изменении направления движения газа, а также в местах разделения и слияния потоков. Источники местных сопротивлений — переходы с одного размера газопровода на другой, колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, запорная, регулирующая и предохранительная арматура, конденсатосборники, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа. Падение давления в местных сопротивлениях, перечисленных выше, допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопровода на 5–10%. Расчетная длина наружных надземных и внутренних газопроводов Эквивалентная длина газопровода в зависимости от режима движения газа в газопроводе: — для ламинарного режима движения — для критического режима движения газа — для всей области турбулентного режима движения газа При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допустимые потери давления газа на местные сопротивления, % от линейных потерь: — на газопроводах от вводов в здание до стояка — 25; — на стояках — 20; — на внутриквартирной разводке — 450 (при длине разводки 1–2 м), 300 (3–4 м), 120 (5–7 м) и 50 (8–12 м), Приближенные значения коэффициента ξ для наиболее распространенных видов местных сопротивлений приведены в табл. 5.2. Падение давления в трубопроводах жидкой фазы СУГ определяется по формуле: где λ — коэффициент гидравлического трения (определяется по формуле 5.7); V — средняя скорость движения сжиженных газов, м/с. С учетом противокавитационного запаса средние скорости движения жидкой фазы принимаются: — во всасывающих трубопроводах — не более 1,2 м/с; — в напорных трубопроводах — не более 3 м/с. При расчете газопроводов низкого давления учитывается гидростатический напор Нg, даПа, определяемый по формуле 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.

Таблица 5.2. Коэффициенты местных сопротивлений ξ при турбулентном движении газа (Re > 3500)

Вид местного сопротивления	Значение	Вид местного сопротивления	Значение
Отводы:	Сборники конденсата	0,5–2,0
гнутые плавные	0,20–0,15	Гидравлические затворы	1,5–3,0
сварные сегментные	0,25–0,20	Внезапное расширение трубопроводов	0,60–0,25
Кран пробочный	3,0–2,0	Внезапное сужение трубопроводов	0,4
Задвижки:	Плавное расширение трубопроводов (диффузоры)	0,25–0,80
параллельная	0,25–0,50	Плавное сужение трубопроводов (конфузоры)	0,25–0,30
с симметричным сужением стенки	1,30–1,50	Тройники
Компенсаторы:	потоков слияния	1,7
волнистые	1,7–2,3	разделения потоков	1,0
лирообразные	1,7–2,4
П-образные	2,1–2,7