Газодинамический расчет газопроводов

5. Газодинамический расчет газопроводов

При проектировании трубопроводов для транспорта газа выбор типоразмеров труб осуществляется на основании их газодинамического расчета, имеющего цель определить внутренний диаметр газопровода для пропуска необходимого количества газа при допустимых для конкретных условий потерях давления или, наоборот, потери давления при транспорте необходимого количества газа по газопроводу заданного диаметра

 Газодинамический расчет сети низкого давления

При выборе системы газоснабжения района газификации будем учитывать то, что трасса газопроводов должна размещаться на расстояниях, определяемых СНиП, от линии застройки, трамвайных путей, подземных инженерных коммуникаций и других сооружений, поэтому необходимо прокладывать ее не по основным магистральным улицам города, а по улицам с меньшим количеством инженерных коммуникаций.

При разработке схемы газоснабжения определяем количество ГРП на территории района газификации.

Увеличение числа ГРП уменьшает радиус действия каждого из них и, следовательно, уменьшает диаметры газопроводов после ГРП и металловложения в сеть низкого давления, но это приводит к удорожанию системы за счет стоимости самих ГРП.

В курсовой работе сначала мы формируем сеть низкого давления. Для этого строим главный питающий контур, охватывающий большую часть жилого массива, наносим перемычки внутри главного питательного контура по межквартальным проездам, а также формируем тупиковую сеть в периферийной части жилого массива.

Определение общего числа ГРП

Приближенное общее число ГРП рассчитывается по формуле:

 ,

где F – газифицируемая площадь (площадь жилого массива), включая площадь проездов, км²;

R – оптимальный радиус действия ГРП, км.

Оптимальный радиус действия ГРП принимаем равным 0,5÷1км.

 ГРП.

Определение точек встречи потоков газа

Располагаем точки встречи потоков газа таким образом, чтобы потоки газа, выходящие из ГРП в разные стороны, были бы примерно одинаковыми и двигались к потребителю по кратчайшему пути.

Определение удельных путевых расходов газа для всех контуров питания потребителей

Удельные путевые расходы газа для всех контуров питания потребителей определяются по формуле:

 ,

где  – расчетный часовой расход газа для рассчитываемого контура (квартала), м³/ч;

 – суммарная длина сети, охватывающей рассчитываемый контур (квартал), м.

Результаты вычислений сводим в таблицу 4.

Таблица 4

«Удельные путевые расходы»

№ кв-ла	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, м3/ч	133	168	135	135	135	53	52	59	52
, м	125	195	150	400	390	490	450	255	215
, м3/ч ·м	1,06	0,86	0,9	0,34	0,35	0,11	0,12	0,23	0,24

 м³/ч.

Определение удельных путевых расходов газа для участков сети низкого давления

При определении удельных путевых расходов газа на участках сети необходимо учитывать односторонний и двухсторонний разбор газа в кварталах. Для окольцованных кварталов этот объем подачи газа определяется по удельным расходам в кольцах (контурах), в которые заключены кварталы, а удельный расход газа на прилегающие площади прибавляется целиком к удельному путевому расходу газа на участке сети, к которому прилегает данная площадь.

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м;

 м³/ч*м.

 м³/ч*м.

 м³/ч*м.

Определение путевых расходов газа для участков сети низкого давления

Общие путевые расходы газа для участков сети рассчитываются по формуле:

 ,

где  – длина рассчитываемого участка, м;

 – удельный путевой расход газа для рассчитываемого участка, м³/ч·м.

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Определение транзитного расхода газа на участках сети низкого давления

Транзитный расход газа на рассчитываемом участке равен сумме путевых расходов всех участков, последующих за рассчитываемым.

На концевых участках и участках, заканчивающихся точкой встречи, транзитный расход равен нулю.

Определение расчетного расхода газа на участках сети низкого давления

Расчетные расходы газа на участках сети определяются по формуле:

 ,

где  – транзитный расход газа на рассчитываемом участке, м³/ч;

 – общий путевой расход газа на рассчитываемом участке, м³/ч.

Результаты вычислений сводим в таблицу 5.

Таблица 5

«Часовые расходы газа на участках сети низкого давления»

№ уч-ка	L, м	gп, м3/чм	Часовые расходы, м3/ч
1	2	3	4	5	6	7
0-1	30	0,35	10,5	5,3	915,5		920,8
1-2	70	0,35	24,5	12,3	664,7	677
2-3	150	1,25	187,5	93,8	477,2	571
3-4	65	1,21	78,7	39,4	398,5	437,9
4-5	130	1,2	156	78	242,5	320,5
5-6	125	1,4	175	87,5	67,5	155
6-7	145	0,34	49,3	24,7	18,2	42,9
7-А	165	0,11	18,2	9,1	-	9,1
А-8	70	0,11	7,7	3,9	-	3,9
8-9	255	0,34	86,7	43,4	7,7	51,1
9-10	215	0,36	77,4	38,7	94,4	133,1
10-11	235	0,12	28,2	14,1	171,8	185,9
11-1	75	0,35	26,3	13,2	200	213,2

В конце вычислений определяем суммарный часовой расход газа, выходящего из ГРП (ΣQ_р^уч, м³/ч), и сравниваем его с суммарным часовым расходом газа для жилых кварталов (ΣQ_р^кв, м³/ч), используя формулу:

такая точность считается приемлемой.

Определение среднего гидравлического уклона

Перед определением среднего гидравлического уклона необходимо выделить основные питающие контуры сети низкого давления, а затем вычислить средние гидравлические уклоны основных питающих контуров по формуле:

,

где 0,9 – доля расчетного перепада, теряемого на трение;

∆P_р – перепад давления от ГРП до потребителя, ∆P_р = 1200 Па;

l_пк – длина питающего контура, расстояние от ГРП до концевой точки, м.

Результаты расчетов сводим в таблицу 6.

Таблица 6

«Средние гидравлические уклоны для полукольцевых направлений»

Направление	I
lпк, м	880
, Па/м	1, 2

l_пк = l_0-1 + l_1-2 + l_2-3 + l_3-4 + l_4-5 + l_5-6 + l_6-7 + l_7-А = 30+70+150+65+130+125+145+165=880 м.

 Па/м.

Газодинамический расчет сети низкого давления

По номограмме выбирается диаметр первого по контуру от ГРП газопровода. Далее по сортаменту выбирается два значения диаметров газопровода. При этом для первой половины участков питающего контура выбирается меньшее значение, для второй половины – большее.

,

где l_уч — длина рассчитываемого участка, м.

Затем определяем давление в конце рассчитываемого участка питающего контура по формуле:

P_к = P_н – 1,1∙ ,

где P_н – давление на выходе из ГРП, его следует принять равным 3000 Па (по СНиП 2.04.08-87);

1,1 – коэффициент, учитывающий наличие местных сопротивлений.

Для последующего участка питающего контура P_н принимается равным P_к предыдущего участка.

На последнем участке питающего контура диаметры выбираются по максимально возможному значению газодинамического уклона, выраженного через , по формуле:

где ∆P_р = 1200 Па;

 — сумма потерь давления по направлению от ГРП до начала последнего участка.

Для каждого кольца сети находится газодинамическая навязка по формуле:

где ∑∆P — алгебраическая сумма потерь давления в кольце; потери давления считаются положительными для участков с движением газа по часовой стрелке и отрицательными — против часовой стрелки;

 — сумма абсолютных значений потерь давления на участках кольца.

Допускаемая невязка в кольце до 10%. Для колец с невязкой до 10% расчет считается законченным, для колец с невязкой более 10% производится газодинамическая увязка.

Конечное давление P_к на последнем участке питающего контура и в конце любого тупикового участка должно быть не более 2040 Па и не менее 1800 Па, то есть 1800 Па ≤ P_к ≤ 2040 Па.

Результаты вычислений сводятся в таблицу 7.

Таблица 7

«Газодинамический расчет сети низкого давления»

Кольцо направ- ление	Участок	Длина участка lуч, м	, м3/ч	, Па/м		Потери давления на участке			Невязка Па / %	Давление в конце участка Pк , Па
						, Па/м	, Па	, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12
1 пк = = 880	0-1	30	920,8	1,2	273×7	0,8	26,7	29,4		2970,6
	1-2	70	677		219×5	1,35	105	115,5		2855,1
	2-3	150	571		219×5	0,95	158,3	174,1		2681
	3-4	65	437,9		219×5	0,55	39,7	43,7		2637,3
	4-5	130	320,5		219×5	0,3	39	42,9		2594,4
	5-6	125	155		133×4	1	138,9	152,8		2441,6
	6-7	145	42,9		76×3	1,4	225,6	248,2		2193,4
	7-А	165	9,1		49×3,5	1,35	247,5	272,3		1921,1
							∑=980,7	∑=1078,9
2 пк	А-8	70	3,9	1,2	38×3	0,8	62,2	68,4	5,9%	1826,3
	8-9	255	51,1		88,5×4	1,2	340	374		1894,7
	9-10	215	133,1		133×4	0,7	150,5	165,6		2268,7
	10-11	235	185,9		133×4	1,42	370,8	407,9		2434,3
	11-1	75	213,2		140×4,5	1,4	116,7	128,4		2842,2
							∑=1040,2	∑=1144,3

Газодинамический расчет однокольцевой газовой сети высокого(среднего) давления

При расчете кольцевых сетей высокого (среднего) давления необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных газодинамических режимах. Принятый резерв проверяется расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие режимы обычно возникают при выключении головных участков сети.

Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчету, два: при выключении головных участков слева и справа от точки питания. Так как при выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, поэтому диаметр кольца определяется из расчета аварийного газодинамического режима при лимитированном газоснабжении для тупиковой линии.

Предварительный расчет диаметра кольца газопровода

Предварительный диаметр кольца газопроводов определяется по следующим приближенным зависимостям:

где — расчетный расход газа для сети высокого давления, м³/ч;

— расчетный расход газа потребителями, м³/ч;

— коэффициент обеспеченности для всех потребителей;

— абсолютные давления газа в начале и в конце сети, кПа²;

1,1— коэффициент, учитывающий местные сопротивления;

— протяжённость кольца, м;

0,59 — коэффициент, зависящий от соотношения между путевым и транзитным расходами и числа потребителей, составляющих путевую нагрузку.

По номограмме (приложение 9) выбирается диаметр кольца газопроводов. Целесообразно принимать постоянный диаметр для кольца газопроводов. Если такой диаметр подобрать не удается, то для участков газопроводов, расположенных диаметрально противоположно точке питания, следует выбирать трубы меньшего диаметра, но не менее чем 0,75 диаметра головного участка.

Газодинамический расчет аварийных режимов однокольцевой газовой сети

Выполняются два варианта газодинамического расчета аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания (например: участок-n, участок-m). Приведенный ниже порядок расчета проводится для каждого из двух вариантов аварийных режимов.

Расчетный расход газа для каждого участка кольца газопроводов при аварийных режимах определяется по следующей формуле:

,

где Q_уч — расчетный расход газа на рассматриваемом участке, м³/ч.

По выбранному диаметру кольца газопроводов и по расчетному расходу газа по номограмме (приложение 9) определяются квадратичные потери давления на каждых 100 м рассматриваемого участка.

 (кПа²).

Квадратичные потери давления для всего участка определяются по следующей формуле:

 ,

где L_у - длина рассчитываемого направления, м;

 1,1-коэффициент, учитывающий наличие местных сопротивлений;

Результаты вычислений сводятся в таблицу 8.

Таблица 8

«Результаты газодинамического расчета аварийных режимов»

Показатели участка				, кПа2	, кПа2
№ уч-ка		Длина участка lуч, м	, м3/ч
Отказал участок 0-7
0-1	133х4	650	3100,5	6700	47905
1-2	133х4	250	3036	6250	17188
2-3	133х4	400	2690,2	4700	20680
3-4	114х4	10	1998,7	9170	1009
4-5	114х4	300	1968,7	8340	27522
5-6	114х4	280	1862,9	6670	20544
6-7	114х4	300	1740,6	5833	19249
					∑=154097
Отказал участок 0-1
0-7	114х4	200	3100,5	17500	3850
7-6	114х4	300	1359,7	3600	11880
6-5	114х4	280	1237,4	3300	10164
5-4	114х4	300	1131,6	3000	9900
4-3	114х4	10	1101,6	2600	286
3-2	133х4	400	410,1	142	625
2-1	133х4	250	64,3	1	3
					∑=71358

Диаметры участков кольца газопроводов в процессе расчета корректируем таким образом, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения.

Для всех ответвлений рассчитываем диаметры газопроводов с подачей им:

 ,

где  – расчетно-часовой расход газа на рассматриваемом ответвлении, м³/ч.

Давление вначале рассматриваемого ответвления определяется исходя из следующей формулы:

 ,

где  – давление вначале рассматриваемого ответвления, кПа;

 – абсолютное давление газа (начальное давление газа после ГРП), кПа²;

 – сумма потерь давления на участках кольца газопроводов, расположенных до точки подключения рассматриваемого ответвления к кольцу.

Затем определяем допустимые потери квадрата давления на 100м рассматриваемого ответвления по формуле

 ,

где – длина рассматриваемого ответвления, м;

По номограмме выбираем диаметр ответвления и действительное значение потерь давления на 100м.

Потери квадрата давления на всем ответвлении вычисляются по формуле:

 ,

где  – действительное значение потерь давления на 100м, кПа².

Давление в конце ответвления вычисляется по следующей формуле:

 .

Результаты вычислений сводим в таблицу 9.

Таблица 9

«Результаты газодинамического расчета ответвлений при аварийных режимах»

№ Отв-я	, м3/ч	, м		, кПа2	, кПа2	, кПа	, кПа
Отказал участок 0-7
1	64,5	70	38×3	4 000	3080	559	556
2	345,8	90	38×3	100 000	99000	543	443
3	691,5	50	57×3	35 000	19250	524	505
4	30	120	38×3	2 300	3036	523	520
5	1740,6	100	70×3	70 000	77000	496	411
6	122,3	110	38×3	14 000	16940	475	457
7	105,8	90	38×3	10 000	9900	454	443
Отказал участок 0-1
7	105,8	90	38×3	10 000	9900	567	558
6	122,3	110	38×3	14 000	16940	556	541
5	1740,6	100	70×3	70 000	77000	547	471
4	30	120	38×3	2 300	3036	538	535
3	691,5	50	57×3	35 000	19250	538	520
2	345,8	90	38×3	100 000	99000	537	435
1	64,5	70	38×3	4 000	3080	537	534