Расчет кольцевой сети низкого давления газа

Задача гидравлического расчета заключается в определении диаметров газопровода по заданным расходам и расчетным потерям давления в сети для обеспечения всех потребителей требуемым расходом газа с требуемым давлением. Расчет ведется на максимальные расходы газа.

Газопровод, рассчитанный на минимальный расход газа, не обеспечит подачу необходимого его количества при максимуме потребления. Ориентация при расчете на пик потребления приводит к неполному использованию пропускной способности газопроводов в период снижения нагрузки, что повышает себестоимость транспорта газа.

Городские сети низкого давления, распределяющие газ по всей территории застройки, представляют собой сложную по конфигурации систему сопряженных колец, которые получают газ от нескольких ГРП и снабжают газом многочисленные ответвления на кварталы. При расчете такую сеть разбивают на отдельные районы по количеству ГРП, и сеть каждого района рассчитывают отдельно.

Методика расчета предполагает, что расход газа равномерно распределяется по всей длине участка.

Направления движения потоков газа выбирают так, чтобы газ от точки питания подавался ко всем потребителям по кратчайшему пути с учетом минимальных гидравлических потерь давления газа. При этом диаметры сети будут наименьшими. Направления движения газа выбираются, начиная от точки питания к периферии. В результате выявляются нулевые точки – конечные точки встречи потоков газа, идущих по разным направлениям.

Суммарные потери давления газа от ГРП до наиболее удаленного прибора не должны превышать 1200 Па. Согласно заданным условиям давление на выходе из ГРП составляет 3000 Па, оптимальное давление в нулевой точке составляет 1800 Па. Исходя из вышеприведенных данных, потери давления при гидравлическом расчете невыгодных колец (наиболее протяженные участки от ГРП до нулевой точки) должны быть увязаны с допустимыми потерями давления – 1200 Па.

Сопротивление движению газа 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.

Расчет необходимо делать для каждого участка кольцевого газопровода.

Расчет начинаем с определения удельных, путевых, эквивалентных, транзитных и расчетных расходов для всех контуров питания потребителей. Причем вышеупомянутые расходы рассчитываются для каждого участка кольцевой сети.

Расчет ведется в следующей последовательности:

1. Определяем удельные расходы газа на каждом участке:

, ( 3.2)

где ^. – часовой расход газа в квартале, м³/ч (см.табл.2.1);

– суммарная длина участков газопровода по периметру, снабжающего данный квартал, м (сумма длин участков вокруг квартала).

Для смежных участков удельные расходы газа суммируются.

2. Путевой расход газа на участке сети, м³/ч

, ( 3.3)

где – удельный расход газа в квартале, который обеспечивает данный участок, м³/ч, ;

l_уч. – геометрическая длина участка, м .

3. Эквивалентный расход газа на участке сети, м³/ч

, ( 3.4)

где V_пут – путевой расход газа на участке, м³/ч.

4. Проектируемые транзитные расходы газа на участке – это не истраченный на квартал с каждого прокладываемого участка газопровода расход газа, транспортируемый на соседние участки, если направление движения газа в них совпадает с направлением на рассчитываемом участке. При выборе направления движения газа на участке руководствуются разницей давлений в начальной и конечной точках участка : направление потока газа показывают стрелкой от точки с более высоким давление к точке с более низким, с учетом потерь давления на местные сопротивления прилегающих участков, относительно ГРП.

5. Расчет транзитных расходов газа начинают с нулевых точек, так как на участках, прилегающих к нулевым точкам, транзитные расходы газа равны нулю. Для остальных участков транзитные расходы определяются по формуле как сумма путевых и транзитных расходов газа участков, прилегающих к определяемому и следующих за рассчитываемым участком по ходу движения газа. При этом необходимо учитывать неравномерность потребления газа кварталом с учетом направлений движения газа в прилегающих участках, выбирая нужные пропорции.

6. Расчетный расход газа на участке сети, м³/ч

(3.5)

Таблица 3.1

Расчетные расходы газа на участках

Для проверки расчетов необходимо произвести увязку суммарных (по всем участкам) путевых и транзитных расходов (по ГРП) с суммарным часовым расходом (см. табл. 2.3):

; ( 3.6)

. ( 3.7)

После определения расчетных расходов на участках производят гидравлический расчет всех возможных направлений движения газа от ГРП до нулевых точек, начиная с самого протяженного. Расчет геометрической длины каждого участка производится согласно заданному масштабу (см. исходные данные). Для учета потерь на местные сопротивления геометрическая длина участков увеличивается на 10%, т.е.:

, (3.8)

где l_р – расчетная длина участка, м;

l_г – геометрическая длина участка, м.

Гидравлический расчет производится для каждого участка кольцевой сети по номограмме низкого давления (см. прил. 1).

Расчет выполняется следующим образом:

1. Для каждого ГРП выбираем невыгодное кольцо – наиболее протяженное и нагруженное от ГРП до нулевой точки. Количество невыгодных колец должно быть равно количеству нулевых точек.

2. Определяем удельные потери давления в кольце, так чтобы фактические потери не превышали допустимые: ∆р_доп = р_грп – р_ноль.т = = 3000 – 1800 = 1200 Па. Допустимая невязка составляет 10%.

3. Далее производим расчет удельных потерь давления на каждый метр газопровода всех невыгодных колец R_уд, которые необходимы для подбора диаметра каждого участка газопровода, на основании рассчитанного расхода газа ( см. табл. 3.1 ):

, (3.9)

где – допустимые потери давления, Па, для невыгодного кольца;

∑l_р – сумма расчетных длин участков невыгодного кольца.

4. Затем, зная расчетный расход на участках и примерные удельные потери давления на участке, подбираем по номограмме (прил. 1) диаметры для газопроводов низкого давления, а также определяем фактические удельные потери на всем участке:

. ( 3.10)

В итоге определяем суммарные потери давления в невыгодном кольце и увязываем суммарные потери с допустимыми потерями давления (1200 Па). Зная фактические удельные потери , по номограмме определяют диаметр каждого участка исходя из часового расхода газа на данном участке:

1) находят точку пересечения расхода и фактических потерь давления;

2) если точка пересечения попадает по номограмме между двумя диаметрами, тогда передвигаются по линии постоянного расхода к ближайшему из них, фиксируя полученный диаметр;

3) далее уточняют значение удельных потерь на участке;

4) полученные результаты заносят в табл. 3.2.

5. Далее производим расчет ответвлений (участки, не вошедшие в невыгодные кольца).

Расчет производится аналогично расчету невыгодного кольца. Для расчета допустимых потерь необходимо вычислить давления в крайних точках ответвления, которые должны примыкать к магистрали (просчитанные точки невыгодного кольца). Удельные потери давления на ответвлении рассчитывают на основании вычисленных допустимых потерь (разница давлений крайних точек ) и сумм всех длин участков ответвления.

Ответвления могут состоять как из одного, так и из нескольких участков газопровода.

Если невязка больше 10%, то изменяем диаметры газопроводов на одном или нескольких участках. Если и в этом случае невязка не выполняется, то допускается разбивка участка с одним расходом газа на два участка с разными диаметрами, при условии установки фитингов на переходе трубопроводов от одного диаметра к другому.

Пример расчетной схемы кольцевого газопровода низкого давления см. прил. [5].

Таблица 3.2

Гидравлический расчет газопровода низкого давления

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА НА КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫЕ НУЖДЫ

– коэффициент часового максимума (см. табл. 4.2).

Таблица 4.1

Нормы расхода теплоты

Таблица 4.2

Коэффициент часового максимума

Часовой расход газа на один котел в газовой котельной рассчитывается по следующей формуле:

, (4.4)

где Q_кот – мощность котла, кВт, задается преподавателем;

Q^н_р – низшая рабочая теплота сгорания, МДж/м³;

ŋ – КПД котла (90% - 92%).