Теоретическая часть

Рассмотрим работу газоиспользующих уста­новок у потребителей при регулировании выход­ного давления из ГРП в соответствии с нагруз­кой сети. Режим работы ГРП дан на рис. 9.12.

Рис. 9.12. Кривые давлений при сезонном регулировании

начального давления

1 – область колебания при р_н=2 кПа; 2 – область колебания р_п при р_н=1,67 кПа; 3, 4 – кривые давления у потребителей при β=1; 5 – номинальное давление газа 1,35 кПа

Малые нагрузки (х равен 0÷0,3) наблюдаются в ночное время, поэтому днем дав­ление у потребителей при β=1 (кривые 3 и 4, см. рис 9.12) будет изменяться в мень­шем диапазоне. Например, если р_н = 2000 Па, то отклонения р_u от р_o будут состав­лять + 40, —22%; если р_н = 1670 Па, то отклонения будут равны +15, 0%. У по­требителей с неполностью использованным расчетным перепадом давления колебание давления значительно возрастает (заштрихованная зона, см. рис. 9.12).

Начальное давление в сети следует поддерживать таким, чтобы давление у потребителей при всех режимах работы было равно номинальному или мало от него отлича­лось. Для нагрузок, близких к максимальной, при которых давление у потребителей поддерживает­ся меньше номинального, начальное давление в сети следует поддерживать постоянным, равным наибольшему значению, т. е. для х от 0,825 до 1, начальное давление должно составлять р_н= 1,5р₀. Для нагрузок меньше 0,825 р_н следует снижать так, чтобы давление у потребителей было равно номинальному.

Закономерность изменения р_н выражают следующей формулой:

р_н= р₀+Δр= р₀+0,7 р₀х^1,75

или

На основании изложенного могут быть построены оптимальная кри­вая регулирования начального давления в сети и кривая давления газа у потребителей при β=1. Если в ответвлениях к абонентам рас­четный перепад давления исполь­зуется не полностью, то кривая давления перед горелками будет лежать выше кривой давления р_п при β=1.

Рассмотрим, как изменяется начальное давление газа в сети при совместной работе регулято­ра давления и диафрагмы.

Идея установки диафрагмы в трубопроводе перед местом от­бора импульса заключается в следующем. Если регулятор дав­ления поддерживает постоянным давление непосредственно за дрос­сельной диафрагмой (рис. 9.13), то с увеличением потребления га­за увеличивается кинетическая энергия потока в отверстии диаф­рагмы, что приводит после превращения кинетической энергии в потен­циальную к увеличению давления газа в начальной точке сети. Участок стабилизации можно считать равным 50 диаметрам трубы. В этих пре­делах диаметр трубы, выходящей из ГРП, должен быть постоянным. Таким образом, регулятор поддерживает постоянным статическое дав­ление непосредственно за диафрагмой, а давление в начальной точке сети колеблется в зависимости от потребления газа. Соответствующим подбором диаметра диафрагмы можно добиваться различной амплиту­ды колебания давления газа в начале сети. Очевидно, чем меньше отвер­стие у диафрагмы, тем больше будет амплитуда колебания р_н.

Найдем характеристику работы регулятора давления совместно с диафрагмой. Поскольку в пределах сечений I—I, II—II диаметр трубы постоянный и, следовательно, динамическое давление не изменяется, по­этому его можно не учитывать при написании зависимостей между ста­тическими давлениями. Из рис. 9.13 вытекает следующее соотношение:

р_н = р_д + Δр_в,

где р_н и р_д — статические давления в начале сети низкого давления и после диафрагмы; Δр_в — восстанавливаемая часть перепада давления на диафрагме.

Из расчета нормальных диафрагм известны следующие соотно­шения:

Δр_в = m (р_р—р_д);

Δр_п = (1 — m)(р_р — р_д),

где Δр_п — потери давления при прохождении потока через диафрагму; р_р — давление после регулятора; — относительное сечение диафрагмы; F_д, d — живое сечение и диаметр диафрагмы; F и D — площадь сечения и диаметр газопровода.

Рис. 9.13. Кривая давлений при совместной работе регулятора

давления с диафрагмой

1 – регулятор давления; 2 – импульсная трубка; 3 – диафрагма; 4 – распределительная сеть низкого давления; 5 – кривая давления

Применяя предыдущие уравнения, можно написать следующее выражение:

р_н =р_д + m (р_р — р_д).

Перепад давления в диафрагме связан с расходом через нее Q сле­дующим соотношением:

где α— коэффициент расхода, в основном зависит от т; ρ— плотность газа.

Получаем расчетное уравнение

Данное уравнение является характеристикой совместной работы регулятора давления с диафрагмой.

Задаваясь различными давлениями настройки регулятора р_д и раз­личными сечениями диафрагмы mF, можно получить кривые изменения начального давления р_н и давления у потребителей р_п в зависимости от нагрузки сети х.

Значения для р_д и mF выбираем исходя из того, чтобы изменения давления газа у потребителей заключалось в пределах

0,8≤р_п/р₀≤1,2.

Наибольшее значение р_п будет при х=0, отсюда получаем

р_н = р_п и р_н = 1,2р₀.

Таким образом, давление настройки р_д будет при х=0:

р_д=1,2р₀

Наименьшее значение р_п наблюдается при х=1. Это значение, как было показано ранее, целесообразно принимать равным 0,8 р₀. В этом случае начальное давление р_н=1,5 р₀. Считая β=1, получим

Из этого выражения находим рас­четную формулу для диафрагмы

Для определения диаметра диафрагмы следует вычислить произведение α²m, а затем найти d по табл. 9.4.1. или по графи­ку рис. 9.14 (таблица и график составлены по коэффициентам расхода для нормальных диафрагм).

Рис. 9.14. График для определения диаметра диафрагмы

Таблица 9.4.1

Зависимость диаметра диафрагмы от α²m

α2m	0,0037	0,0146	0,06	0,154	0,236	0,379
	0,1	0,2	0,4	0,6	0,7	0,8

Получаем для начального давления в сети

Получим уравнение для изменения давления у потребителей в зависимости от нагрузки:

Построим кривые давлений р_н/р₀ и р_н/р_о (рис. 9.15) в зависимости от х при совместной работе регулятора давления с диафрагмой.

Значения β примем равными 1 и 0,5. На рис. 9.15 построены эти кривые.

Рис. 9.15. Кривые р_н и р_п при совместной работе

регулятора давления с диафрагмой

Из рисунка видно, что регулирование на­чального давления в сети диафрагмой значи­тельно улучшает режим работы горелок пот­ребителей. Область колебания давления р_п для всех значений β на рисунке заштрихова­на. При β=1 нагрузка горелок колеблется в пределах ±10%. Эта величина может считать­ся вполне приемлемой. При регулировании р_н в сети регулятором с диафрагмой значительно снижаются возможные перегрузки горелок (с 22 до 10%). Степень использования расчетного перепада у большинства абонентов находится в пределах 0,5≤β≤1. В таком случае для основного числа потребителей максимальные отклонения нагрузок приборов от номинального значения будут составлять не более ±10% (область двойной штриховки, см. рис. 9.15). Здесь следует отметить, что плавная кривая регулирования начального давления (см. рис. 9.15) несколько увеличивает область давлений у пот­ребителей меньших номинального по сравнению с оптимальной кривой регулирования. В этом случае при β=1 давление у приборов будет ниже номинального при х>0,65. Таким об­разом, в пределах нагрузок от 0,65 до 0,825 давление у потребителей будет изменяться от р₀ до 0,9р₀, чему будет соответствовать изменение нагрузки от Q₀ до 0,95 Q₀. Такое уменьшение нагрузки незначительно и практически не снижает достоинств регулирования р_н с помощью диафрагмы.

Пример 9.4.2.Определить диаметр диафрагмы d и давление настройки регулятора р_д, если (Q_макс = 1500 м³/ч, номинальное давление р₀=1350 Па, диаметр газопровода D=200 мм (219×6), плотность газа ρ = 0,73 кг/м³.

Решение

Определяем давление настройки регулятора

р_д = 1,2р₀ = 1,2·1350 = 1620 Па.

Определяем диаметр диафрагмы по формуле

Из графика (см. рис. 9.14) находим =0,575, следовательно,

d = 0,575· 207 = 119 мм.

Присоединение потребителей через регуляторы давления характер­но для городских сетей высокого и среднего давления и для промыш­ленных сетей.

При таком присоединении регулятор, установленный у потребителя, редуцирует давление газа до необходимой величины и поддерживает его постоянным. Часто устанавливают последовательно несколько регу­ляторов (на заводском ответвлении, на вводе в цех, у отдельных агре­гатов). Возможные колебания давления перед газоиспользующими установками в основном зависят от перепада давлений, на которые рас­считывались газопроводы, соединяющие регуляторы с газоиспользую­щими установками (неравномерности регуляторов обычно в расчетах не учитывают).

Влияние колебания давления газа в сетях до регулятора на ста­бильность давления у потребителей зависит исключительно от качества регулятора. Поэтому расчетный перепад в этих сетях не находится в прямой зависимости от давления газа в точках присоединения регулято­ров. Он обычно выбирается из соображений, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимально допустимое давление газа перед регуляторами. Величина этого давления складывается из макси­мального

давления газа перед горелками, перепада давлений в абонент­ском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в газорегуляторном пункте. В большинстве случаев перед ГПР достаточно иметь из­быточное давление примерно 0,1—0,15 МПа.