Определение пропускной способности трубопроводов ГРС

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:

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 10 6 (Q/d 4 ) ν p l, (Па) (5.2)

где, Q – расход газа, м 3 /ч;

d – внутренний диаметр газопровода, см;

ν – кинематическая вязкость газа, м 2 /с;

p – плотность газа, кг/м 3 .

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

∆p = 0,516 (Q 2 ,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 Q 2 /d 5 · 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:

p 2 _абс. –p 2 _абс.к = 1,4 10 -5 (k_экв/d + 1,922 d ν/Q ) 0,25 Q 2 /d 5 · p l,(Па) (5.5)

где, p 2 _абс.н – абсолютное давление газа в начале участка, МПа;

p 2 _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:

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:

где, Q_тр – транзитный расход газа, м 3 /ч;

Q_п – путевой расход газа, м 3 /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 » _, (м 3 /ч) (5.8)

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

∆Q ‘ = ∑ ∆p/(1,75 ( ∑ ∆p/ Q)), (м 3 /ч) (5.9)

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

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

а новый расчетный расход:

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.

Определение пропускной способности трубопроводов ГРС

В последнее время все чаще приходится сталкиваться с примерами, когда оформление заказов на промышленное газовое оборудование ведут менеджеры, не имеющие достаточного опыта и технических знаний в отношении предмета закупок. Иногда результатом становится не вполне корректная заявка или принципиально неверный подбор заказываемого оборудования. Одной из наиболее распространенных ошибок является выбор номинальных сечений входного и выходного трубопроводов газораспределительной станции, сориентированный только на номинальные значения давления газа в трубопроводе без учета скорости потока газа. Цель данной статьи – выдача рекомендаций по определению пропускной способности трубопроводов ГРС, позволяющих при выборе типоразмера газораспределительной станции проводить предварительную оценку ее производительности для конкретных значений рабочих давлений и номинальных диаметров входного и выходного трубопроводов.

При выборе необходимых типоразмеров оборудования ГРС одним из основных критериев является производительность, которая в значительной мере зависит от пропускной способности входного и выходного трубопроводов.

Пропускная способность трубопроводов газораспределительной станции рассчитывается с учетом требований нормативных документов, ограничивающих максимально допустимую скорость потока газа в трубопроводе величиной 25м/с. В свою очередь, скорость потока газа зависит главным образом от давления газа и площади сечения трубопровода, а также от сжимаемости газа и его температуры.

Пропускную способность трубопровода можно рассчитать из классической формулы скорости движения газа в газопроводе (Справочник по проектированию магистральных газопроводов под редакцией А.К. Дерцакяна, 1977):

где W— скорость движения газа в газопроводе, м/сек;
Q — расход газа через данное сечение (при 20°С и 760 мм рт. ст.), м 3 /ч;
z — коэффициент сжимаемости (для идеального газа z = 1);
T = (273 + t °C) — температура газа, °К;
D — внутренний диаметр трубопровода, см;
p = (Pраб + 1,033) — абсолютное давление газа, кгс/см 2 (атм);
В системе СИ (1 кгс/см 2 = 0,098 МПа; 1 мм = 0,1 см) указанная формула примет следующий вид:

где D — внутренний диаметр трубопровода, мм;
p = (Pраб + 0,1012) — абсолютное давление газа, МПа.
Отсюда следует, что пропускная способность трубопровода Qmax, соответствующая максимальной скорости потока газа w = 25м/сек, определяется по формуле:

Для предварительных расчетов можно принять z = 1; T = 20?С = 293 ?К и с достаточной степенью достоверности вести вычисления по упрощенной формуле:

Значения пропускной способности трубопроводов с наиболее распространенными в ГРС условными диаметрами при различных величинах давления газа приведены в таблице 1.

Характеристики и диаметры газовых труб низкого давления

Нужда в классификации газопроводов пришла в нашу жизнь с повсеместным распространением технологий использования газа для нужд населения. Отопление жилых, административных, промышленных зданий, использование газа как в приготовлении пищи, так и в производстве уже давно стала для нас обыденной вещью.

Классификация газопроводов являет собой необходимые меры и правила по систематизации прокладки газовых магистралей. Газовые коммуникации могут различаться как по тому, какое у них назначение, так и по ряду показателей, таких как: давление, материал, из которого он изготовлен, местоположение, объемы транспортируемого газа и другие.

Влияние на расход газа

На расход газа влияет мощность котла и качество смеси

Потребление газа зависит от различных факторов. В больших домах ставятся котлы, которые расходуют больше топливной смеси, чем агрегаты в маленьких строениях или квартирах.

На расход топлива влияет:

• мощность котла;
• температура на улице;
• качество газовой смеси.

Некоторые газораспределительные компании подают в трубопровод неосушенные газовые смеси, которые содержат влагу и примеси. Калорийность снижается и увеличивается потребляемый объем.

Расчет расхода газа

Мощность котла или конвектора зависит от потерь тепла в строении. Средний подсчет проводится с учетом общей площади дома.

При расчете расхода газа учитываются нормы прогрева квадратного метра при высоте потолков до 3 м:

• в южных регионах берется 80 Вт/м²;
• в северных — до 200 Вт/м².

В формулах учитывается суммарная кубатура отдельных комнат и помещений в здании. На нагревание каждого 1 м³ общего объема выделяется 30 – 40 Вт в зависимости от района.

По мощности котла

Баллонный и природный газ рассчитывается в разных единицах

Расчет основывается на мощности и площади отопления. Применяется усредненный показатель расхода — 1 кВт на 10 м². Следует уточнить, что берется не электрическая мощность котла, а тепловая мощность оборудования. Часто такие понятия подменяются, и получается неправильный расчет потребления газа в частном доме.

Объем природного газа измеряется в м³/ч, а сжиженный — в кг/ч. Практика показывает, что на получение 1 кВт тепловой мощности расходуется 0,112 м³/ч магистральной топливной смеси.

По квадратуре

Удельное потребление тепла рассчитывается по представленной формуле, если разница между уличной и внутренней температурой составляет примерно 40°С.

Используется соотношение V = Q / (g · K / 100), где:

• V — объем природного газового топлива, м³;
• Q — тепловая мощность оборудования, кВт;
• g — наименьшая калорийность газа, обычно равняется 9,2 кВт/м³;
• K — коэффициент полезного действия установки.

В зависимости от давления

Количество газа фиксируется счетчиком

Объем газа, проходящего по трубопроводу, измеряется счетчиком, а расход подсчитывается в виде разницы между показаниями в начале и конце пути. Измерение зависит от порога давления в суживающемся сопле.

Ротационные счетные приборы используются для измерения давления больше 0,1 МПа, а разница уличной и внутренней температуры составляет 50°С. Показатель расхода газового топлива считывается при нормальном состоянии окружающей среды. В промышленности пропорциональными условиями считается давление 10 – 320 Па, разница температур 20°С и относительная влажность воздуха 0. Расход топлива выражается в м³/ч.

Расчет по диаметру

Расчет диаметра газопровода выполняется перед началом строительства

Скорость газа в газопроводе высокого давления зависит от площади сечения коллектора и составляет в среднем 2 – 25 м/с.

Пропускная способность находится по формуле: Q = 0.67 · D² · p, где:

• Q — расход газа;
• D — условный проходной диаметр газопровода;
• p — рабочее давление в газопроводной трубе или показатель абсолютного давления смеси.

На величину показателя влияет наружная температура, нагрев смеси, избыточное давление, атмосферные характеристики и влажность. Расчет диаметра газопровода делается при составлении проекта системы.

С учетом теплопотерь

Для расчета потребления газовой смеси требуется знать тепловые потери строения.

Используется формула Q = F (T1 – T2) (1 + Σb) · n / R, где:

• Q — теплопотери;
• F — площадь утепляющего слоя;
• Т1 — наружная температура;
• Т2 — внутренняя температура;
• Σb — сумма дополнительных потерь тепла;
• n — коэффициент расположения защитного слоя (в специальных таблицах);
• R — сопротивление передаче тепла (рассчитывается в конкретном случае).

Определение теплопотерь представляет собой сложный подсчет и проводится специалистами на стадии проекта. Можно заказать нахождение потерь на любом этапе эксплуатации строения.

По счетчику и без

Расход газа зависит от утепления стен и климатических условий региона

По прибору определяется расход газа за месяц. Применяются стандартные нормы расхода смеси, если счетчик не установлен. Для каждого региона страны нормативы устанавливаются отдельно, но в среднем принимаются из расчета 9 – 13 м³ в месяц на одного человека.

Показатель устанавливается местными органами самоуправления и зависит от климатических условий. Расчет ведется с учетом числа владельцев помещения и людей, фактически проживающих на указанной жилплощади.

Виды газопровода

Природный газ – легковоспламеняющееся вещество. И использование его, и транспортировка связаны с большим количествомтрудностей и требуют соблюдениястрожайших мер безопасности. Так, например, при укладке газовых труб в грунт или установке на опоры необходимо сооружение охранной зоны, в пределах которой категорически запрещается жечь костры или курить.

Важнейшей характеристикой, которая определяет и диаметр, и материал трубопровода, является величина давления.

По этому фактору используют следующую классификацию:

• газопровод первого уровня с рабочим давлением газообразного вещества до 0,713 МПа для природного газа, и до 1,7 МПа для смеси. Трубопровод применяется для обслуживания теплоэлектростанций, паровых и турбинных механизмов;
• газопроводный канал 2 категории с рабочим давлением до 0,607 МПа. Используется при обустройстве магистралей разного значения, в том числе и городских;
• газопровод, предназначенный для среднего давления величиной от 5 Кпа до 0,3 МПа. Устанавливается при обслуживании объектных участков – жилых зданий;
• газопроводный канал низкого давления – величина не превышает 5 КПа. Коммуникации монтируются внутри жилых и офисных зданий.

Железная газовая труба

Обозначения газовых труб низкого давления очень простое – Г1. На заводах они изготавливаются согласно стандартам ГОСТ 21.609-83. На фото – образец изделия.

Расчет расхода сжиженного газа

Расчет газа с применением пропана или бутана имеет свои особенности, но не представляет особых сложностей. Имеет значение плотность горючего вещества, которая изменяется с повышением или понижением температуры и зависит от состава газовой смеси. Постоянным остается только вес сжиженного топлива.

Объем используемого газа отличается зимой и летом, поэтому нет смысла применять единицы м³ для определения расхода сжиженного газа на 1 кВт тепла, для обозначения берутся килограммы, которые не меняются при смене сезонов.

Расчет на 1 кВт тепла

Количество рассчитывается на отопление дома и подогрев воды в системе. Если на газе готовится еда, это нужно учитывать дополнительно.

Используется формула Q = (169.95 / 12.88) · F, где:

• Q — масса топлива;
• 169,95 — годовая сумма кВт на обогрев 1 м² дома;
• 12,88 — теплотворная способность пропана;
• F — квадратура строения.

Полученное значение умножается на стоимость 1 кг сжиженной смеси, чтобы посчитать расход на закупку требуемого количества. Цена обычно дается за 1 кг, а не за 1 м³, что следует учитывать.

Материал для газопровода

Очевидно, что для изделия, работающих с высоким давлением, требуется куда более прочный и надежный материал, в то время как для бытовых систем достаточно и привычных пластиковых газовых труб. Однако, не все так просто:имеет значение и условия эксплуатации на участке, и маршрут пролегания, и, конечно, величина давления.

Пластиковая газовая труба

Традиционным материалом для газопровода низкого давления является сталь. Однако сегодня ГОСТ допускает применять для таких изделий и полиэтилен.

Полиэтиленовые газовые трубы обладают массой достоинств:

• вполне достойный срок службы – около 50 лет;
• большая легкость, что облегчает монтаж;
• высокая проходимость – внутренняя поверхность ПНД-изделия остается гладкой, то есть, здесь не накапливается мусор и не уменьшает рабочий диаметр;
• полимер не поддается никаким видам коррозии;
• полиэтиленовый газопровод не нуждается в специальном облуживании и не требует теплоизоляции;
• отличаются доступной стоимостью.

Обозначение ПНД-газопровода дополняется желтой линией вдоль всей трубы. Также указывается толщина стенок – ПЭ-80 для давления в 4–6 атм, ПЭ-100 – для давления в 3–12 атм.

Монтаж пластиковой газовой трубы

Стальной, безусловно, используются для систем с высоким давлением, так как пластмасс таких испытаний не выдерживает.

Железная труба высокого давления

Однако для газопровода низкого давления, применяются благодаря таким преимуществам:

• крайне высокая прочность, позволяющая свободный монтаж как наземный, так и подземный;
• сталь для газопровода используется только антикоррозийная, так что ржавление ей не грозит. Обозначение такого сплава – ярко-желтый цвет;
• очень большой срок эксплуатации;
• надежность и ремонтоспособность.

И для ПНД-изделий, и для стальных основные правила укладки остаются одинаковыми: соблюдение охранной зоны, доступ к любому участку и прочее.

Уменьшение потребления газа

Экономия газа напрямую связана с уменьшением потерь тепла. Ограждающие конструкции, такие как стены, потолок, пол в доме обязательно защищаются от влияния холодного воздуха или грунта. Применяется автоматическая регулировка работы отопительного оборудования для результативного взаимодействия наружного климата и интенсивности работы газового котла.

Утепление стен, кровли, потолков

Уменьшить расход газа можно с помощью утепления стен

Наружный теплозащитный слой создает преграду для охлаждения поверхностей, чтобы потребить наименьшее количество топлива.

Статистика показывает, что часть нагретого воздуха уходит через конструкции:

• крыша — 35 – 45%;
• неутепленные оконные проемы — 10 – 30%;
• тонкие стены — 25 – 45%;
• входные двери — 5 – 15%.

Полы защищаются материалом, который имеет допустимую влагопроницаемость по норме, т. к. при намокании теряются теплоизоляционные характеристики. Стены лучше изолировать снаружи, потолок утепляется со стороны чердака.

Замена окон

Пластиковые окна пропускают меньше тепла зимой

Современные металлопластиковые рамы с двух- и трехконтурными стеклопакетами не пропускают воздушных потоков и препятствуют сквознякам. Это ведет к уменьшению потерь через щели, которые были в старых деревянных рамах. Для проветривания предусматриваются поворотно-откидные механизмы створок, способствующие экономному расходованию внутреннего тепла.

Стекла в конструкциях оклеиваются специальной энергосберегающей пленкой, которая пропускает внутрь ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, но препятствует обратному их проникновению. Стекла снабжаются сетью элементов, подогревающих площадь для оттаивания снега и льда. Существующие конструкции рам дополнительно утепляются полиэтиленовой пленкой снаружи или используются плотные шторы.

Другие способы

Выгодно применять современные конденсационные котлы на газовом топливе и ставить автоматизированную координационную систему. На все радиаторы устанавливаются термоголовки, а на обвязке агрегата монтируется гидрострелка, что экономит 15 – 20% тепла.

В отопительной системе ставятся детекторы, регуляторы температуры, которые регулируют мощность котла в зависимости от состояния наружного климата. Если на улице теплая погода, результативнее и экономичнее перейти на отопление кондиционерами.

Источник https://studopedia.ru/29_16925_gidravlicheskiy-raschet-gazoprovodov.html

Источник http://www.gazprommash.ru/factory/vestnik/vestnik5/vestnik5_st12/

Источник https://spark-welding.ru/gaz/diametr-gazoprovoda-nizkogo-davleniya.html