Введение

В основе гидравлического расчета газопроводной сети лежит определение оптимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск необходимых количеств газа при допустимых перепадах давления. Расчет ведется исходя из максимально возможных расходов газа в часы максимального газопотребления. При этом учитываются часовые расходы газа на нужды производственных (промышленных и сельскохозяйственных), коммунально-бытовых потребителей, а также на индивидуально-бытовые нужды населения (отопление, горячее водоснабжение). Как правило, при гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давления расчетные расходы газа потребителями принимаются в качестве сосредоточенных нагрузок, для сетей низкого давления учитывается также и равномерно распределенная нагрузка. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с установкой газорегуляторных пунктов у каждого потребителя или небольшой группы потребителей населенного пункта является применимость к ним принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками.

Гидравлический расчет газопровода.

При движении газа по трубопроводам происходит постепенное снижение первоначального давления за счет преодоления сил трения и местных сопротивлений:

В зависимости от скорости потока, диаметра трубы и вязкости газа течение его может быть ламинарным, т. е. упорядоченным в виде движущихся один относительно другого слоев, и турбулентным, когда в потоке газа возникают завихрения и слои перемешиваются между собой. Режим движения газа характеризуется величиной критерия Рейнольдса:

где ω - скорость потока, м/с; D - диаметр трубопровода, м; ν - кинематическая вяз-кость, .

Интервал перехода ламинарного движения в турбулентное называется крити-ческим и характеризуется Re = 2000–4000. При Re = 2000 течение ламинарное, а при Re = 4000 - турбулентное.

Практически в распределительных газопроводах преобладает турбулентное движение газа. Лишь в газопроводах малого диаметра, например во внутридомовых, при небольших расходах газ течет ламинарно. Течение газа по подземным газопрово-дам считают изотермическим процессом, так как температура грунта вокруг газопро-вода за короткое время протекания газа изменяется мало.

Различают гидравлический расчет сетей низкого давления и среднего (высокого) давления. Разработка системы газоснабжения жилого здания предполагает сеть низкого давления.

При расчете системы газоснабжения низкого давления используют формулу для расчета потерь давления на участке.

(3)

Где – разница давлений в начале и конце газопровода, – коэффициент гидравлического трения, Q – расход газа, d – внутренний диаметр трубы, – плотность газа, l – длина газопровода.

Также определяются удельные потери давления на участках (Па/м – для сетей низкого давления) по формуле:

– допустимые потери давления (Па – для сетей низкого давления); L – расстояние до самой удаленной точки, м.

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.

Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса,

Где, ν- коэффициент кинематической вязкости газа, Q-расход газа, d-внутренний диаметр трубы газопровода.

А также в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки газо-провода, определяемой по условию

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, для медных труб – 0,001 см.

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения λ:

для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000

для критического режима движения газа при Re = 2000–4000

(8)

При Re = 4000 в зависимости от выполнения условия (6):

для гидравлически гладкой стенки (неравенство (6) справедливо):

при 4000≤ Re ≤ 100 000

при Re ˃ 100 000

для шероховатых стенок (неравенство (6) несправедливо) при Re ˃ 4000

Таким образом, при проведении гидравлических расчетов газораспределительной сети учитывается материал газопровода, а также процесс старения трубы, который выражается в увеличении шероховатости и зарастании стальных труб и неизменности шероховатости в процессе эксплуатации и ползучести полиэтиленовых труб. Ползучесть полиэтиленовой трубы выражается в увеличении внутреннего диаметра на 5 в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего давления в результате уменьшения толщины стенки трубы.

Особая специфика полиэтиленовых труб заключается еще и в том, что они могут изготавливаться из полиэтилена различной плотности: средней – ПЭ 80, высокой – ПЭ 63 (в настоящее время в системах газораспределения не применяется), а также на основе бимодального сополимера – ПЭ 100. Известно, что внутренний слой стенки полиэтиленовой трубы насыщается газом и степень насыщения зависит от давления газа и плотности стенки. Насыщение газом приводит к изменению шероховатости стенки, вследствие чего изменяется гидравлическое сопротивление трубы. Ползучесть также влияет на изменение шероховатости стенки трубы в процессе эксплуатации. В совокупности все эти факторы определяют пропускную способность полиэтиленовых труб.

При расчете газопроводов низкого давления, прокладываемых в условиях резко выраженного переменного рельефа местности, надо учитывать гидростатический напор, Па,

где h – разность геометрических отметок газопровода, м; знак «+» – при течении газа по направлению снизу вверх, а знак «-» – при движении газа сверху вниз.

Потери давления в местных сопротивлениях вызываются изменениями величин и направлений скоростей движения газа в местах переходов газопровода с одного диаметра на другой, в запорной арматуре, отводах, тройниках и т. д. По формуле Вейсбаха потери давления в местных сопротивлениях, Па,

Для ряда последовательно расположенных местных сопротивлений на газопро-воде одного диаметра сумма их

Средние значения коэффициентов некоторых видов местных сопротивлений приведены в таблице 1.

Часто потери давления в местных сопротивлениях выражают через некоторую эквивалентную длину прямого участка трубы l экв, на которой линейные потери давле-ния на трение равнозначны потерям на данном местном сопротивлении,

где D - внутренний диаметр газопровода, м; l экв - эквивалентная длина, м, прямолинейного участка трубы данного диаметра, на котором потери давления на трение равны потерям в местном сопротивлении при .

Похожая информация.

Газорегуляторные пункты предназначены для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне независимо от расхода. Для городов с населением от 50 до 250 тысяч человек рекомендуется двухступенчатая система газоснабжения.

При известном расчетном расходе газообразного топлива районом города определяется количество ГРП, исходя из оптимальной производительности

(=1500..2000м 3 /ч)по формуле:

После определения количества ГРП намечают их месторасположение на генплане района города, устанавливая их в центре газифицируемой площади на территории кварталов.

3.2 Гидравлический расчет магистральных газопроводов высокого и среднего давления (гвд и гсд)

На генплане районо города намечают прокладку газопроводов высокого и среднего давления. Закольцовывание газопроводов наиболее целесообразно в районах с многоэтажной застройкой. Трассировка газопроводов производится таким образом, чтобы длина ответвлений от кольцевого газопровода к потребителям была минимальной (не более 200 м для повышения надежности газовых сетей). К газопроводу высокого и среднего давления присоединяются все промышленные предприятия, котельные и ГРП.

Гидравлический расчет выполняется для двух аварийных и нормального режимов потребления газа.

Начальное давление принимается по заданию, оно равно 450 кПа. (На выходе из ГРС). В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь абсолютное давление газа примерно 200..250 кПа.

На расчетной схеме газопроводов высокого или среднего давления наносятся номера участков, расстояние между участками в метрах, расчетные расходы газа, наименование промышленных предприятий и их расходы, квартальные или районные котельные.

Сначала на расчетной схеме ГВД или ГСД намечается нормальный режим, когда поток газа движется по полукольцам. Точка слияния потоков наза находится посередине длины газопровода на замыкающем участке.

Для выравнивания нагрузок по полукольцам производим распределение расходов газа на котельные №1 и №2. Для этого определяем расходы газа по полукольцам магистрального газопровода и, учитывая нагрузку на ГРП, промышленные предприятия и др., кроме котельных, и находим абсолютную невязку по формуле:

где V 1 – суммарная нагрузка по первому полукольцу, м 3 /ч;

V 2 – суммарная нагрузка по второму полукольцу, м 3 /ч;

V 1 = V грп1+ V пп3 = 1400,02+3300 = 4700,02м 3 /ч;

V 2 = V пп2+ V грп2 = 2800+1422,5=4222,5 м 3 /ч;

∆V=V 1 -V 2 =4700,02-4222,5=477,5 м 3 /ч;

Расход газа на котельную №1 равен:

V кот2 =(V кот -∆V)/2, м 3 /ч;

V кот1 =(V кот -∆V)/2=(12340,4-477,5)/2=5931,4м 3 /ч

Расход газа на котельную №2 равен:

V кот2 =V кот -V кот1 =12340,4-5931,4=6409 м 3 /ч

Определение аварийного расхода газа:

V ав =0.59*Σ(V i *K об), м 3 /ч

V ав =0.59*Σ(V i *K об),=0.59*((1422,5+1400,02)*0.8+(3300 +2800)*0.9+ (5931,4+6409)*0.7)=9894,5 м 3 /ч,

Где К об =0.8, К об =0.7, К об =0.9 –коэффициенты обеспеченности газом при аварийных ситуациях для ГРП, промышленных предприятий и отопительно-производственных котельных.

Среднеквадратичная потеря давления газа по кольцу равна:

A ср =(Pн 2 – Рк 2)/Σl р =(450 2 -250 2)/8184=17,106 кПа 2 /м

где P н, Р к – начальное и конечное давление газа;

l р = 1.1*l ф =1.1*7440=8184 м – расчетная длина кольцевого газопровода,

где l ф –фактическая длина кольцевого газопровода.

По номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого или среднего давления. По V расч и А ср определяем предварительные диаметры кольцевого газопровода. Желательно по кольцу иметь один диаметр, максимум – два.

Первый аварийный режим, когда отключен головной участок газопровода слева от источника газоснабжения (ГРС), второй аварийный режим – когда отключен участок газопровода справа от ГРС.

Диаметрами газопровода задаемся предварительно выбранными по номограмме для гидравлического расчета высокого или среднего давления. Затем в зависимости от расчетного расхода газа по участкам и диаметра определяем фактическую квадратичную потерю давления газа на участках газопровода. Давление у конечного потребителя должно быть не ниже минимально допустимого предела (Р к +50), к Па абс.

Конечное давление определяется по формуле, кПа абс.

По V ав и А ср определяем предварительный диаметр кольцевого газопровода 325х8.0

Таблица 3 – Гидравлический расчет газопровода высокого и среднего давления

Длина участка, м

Расход газа, Vр, м3/ч

Диаметр газопровода

Средне- квадратичная потеря давления газа, А, кПа/м

Давление газа на участке, Па

1 аварийный режим (ГРС-1-2-3…)

Проверка:404≥250+50 2 аварийный режим (ГРС-1-7-6…)

Проверка:400≥250+50

Нормальный режим 1
Нормальный режим 2

Проверка:430≥250+50

Невязка: (430-428)/430*100=0,46 %

Расчет ответвлений газопровода нормал. режим

Расчет ответвлений газопровода 1 авар.
Расчет ответвлений газопровода 2 авар.

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

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.

размер шрифта

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ГАЗОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ДО 300 ММ- СП 42-101-96 (2020) Актуально в 2018 году

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ

1. Гидравлический расчет газопроводов следует выполнять, как правило, на электронно-вычислительных машинах с использованием оптимального распределения расчетных потерь давления между участками сети.

При невозможности или нецелесообразности выполнения расчета на электронно-вычислительной машине (отсутствие соответствующей программы, отдельные небольшие участки газопроводов и т.п.) гидравлический расчет допускается производить по приведенным ниже формулам или номограммам, составленным по этим формулам.

2. Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего давлений следует принимать в пределах давления, принятого для газопровода.

Расчетные потери давления в распределительных газопроводах низкого давления следует принимать не более 180 даПа (мм вод.ст.), в т.ч. в уличных и внутриквартальных газопроводах - 120, дворовых и внутренних газопроводах - 60 даПа (мм вод.ст.).

3. Значения расчетной потери давления газа при проектировании газопроводов всех давлений для промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых предприятий принимаются в зависимости от давления газа в месте подключения, с учетом технических характеристик принимаемых к установке, газовых горелок, устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования технологического режима тепловых агрегатов.

4. Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давлений во всей области турбулентного движения газа следует производить по формуле:

где: P_1 - максимальное давление газа в начале газопровода, МПа;

Р_2 - то же, в конце газопровода, МПа;

l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d_i - внутренний диаметр газопровода, см;

тета - коэффициент кинематической вязкости газа при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа, м2/с;

Q - расход газа при нормальных условиях (при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа), м3/ч;

n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая для полиэтиленовых труб равной 0,002 см;

ро - плотность газа при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа, кг/м3.

5. Падение давления в местных сопротивлениях (тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопроводов на 5-10%.

6. При выполнении гидравлического расчета газопроводов по приведенным в настоящем разделе формулам, а также по различным методикам и программам для электронно-вычислительных машин, составленным на основе этих формул, диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле:

(2)

где: t - температура газа, °C;

P_m - среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа;

V - скорость газа м/с (принимается не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - среднего и 25 м/с - для газопроводов высокого давления);

d_i, Q - обозначения те же, что и в формуле (1).

Полученное значение диаметра газопровода следует принимать в качестве исходной величины при выполнении гидравлического расчета газопроводов.

7. Для упрощения расчетов по определению потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давлений рекомендуется использовать приведенную на рис. 1 номограмму, разработанную институтами ВНИПИГаздобыча и ГипроНИИГаз для труб диаметром от 63 до 226 мм включительно.

Пример расчета. Требуется запроектировать газопровод длиной 4500 м, максимальным расходом 1500 м3/ч и давлением в точке подключения 0,6 МПа.

По формуле (2) находим предварительно диаметр газопровода. Он составит:

Принимаем по номограмме ближайший больший диаметр, он составляет 110 мм (di=90 мм). Затем по номограмме (рис. 1) определяем потери давления. Для этого через точку заданного расхода на шкале Q и точку полученного диаметра на шкале d_i проводим прямую до пересечения с осью I. Полученная точка на оси I соединяется с точкой заданной длины на оси l и прямая продолжается до пересечения с осью. Поскольку шкала l определяет длину газопровода от 10 до 100 м, уменьшаем для рассматриваемого примера длину газопровода в 100 раз (с 9500 до 95 м) и соответствующим увеличением полученного перепада давления тоже в 100 раз. В нашем примере значение 106 составит:

0,55 100 = 55 кгс/см2

Определяем значение Р_2 по формуле:

Полученный отрицательный результат означает, что трубы диаметром 110 мм не обеспечат транспорт заданного расхода, равного 1500 м3/ч.

Повторяем расчет для следующего большего диаметра, т.е. 160 мм. В этом случае P2 составит:

= 5,3 кгс/см2 = 0,53 МПа

Полученный положительный результат означает, что в проекте необходимо заложить трубу диаметром 160 мм.

Рис. 1. Номограмма для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давления

8. Падение давления в газопроводах низкого давления следует определять по формуле:

(3)

где: Н - падение давления, Па;

n, d, тета, Q, ро, l - обозначения те же, что и в формуле (1).

Примечание: для укрупненных расчетов вторым слагаемым, указанным в скобках в формуле (3), можно пренебречь.

9. При расчете, газопроводов низкого давления следует учитывать гидростатический напор Нg, мм вод.ст., определяемый по формуле:

где: h - разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;

ро_a - плотность воздуха, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;

ро_o - обозначение то же, что в формуле (1).

10. Гидравлический расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец при максимальном использовании допустимой потери давления газа. 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 болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - для газопроводов среднего давления, 26 м/с - для газопроводов высокого давления.

11. Учитывая сложность и трудоемкость расчета диаметров газопроводов низкого давления, особенно кольцевых сетей, указанный расчет рекомендуется проводить на ЭВМ или по известным номограммам для определения потерь давления в газопроводах низкого давления. Номограмма для определения потерь давления в газопроводах низкого давления для природного газа с ро =0,73 кг/м3 и тета =14,3 106м2/с приведена на рис. 2.

В связи с тем, что указанные номограммы составлены для расчета стальных газопроводов, полученные значения диаметров, вследствие более низкого коэффициента, шероховатости полиэтиленовых труб, следует уменьшать на 5-10%.

Рис. 2. Номограмма для определения потерь давления в стальных газопроводах низкого давления

ПРИЛОЖЕНИЕ 11
(справочное)