Расчет кольцевой сети низкого давления газа
I ЭТАП
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.
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. Линейные и местные сопротивления учитываются в вычислениях расчетных длин участков – lр. (см. формулу 3.8).
Расчеты необходимо делать для каждого участка кольцевого газопровода.
Расчет начинаем с определения удельных, путевых, эквивалентных, транзитных и расчетных расходов для всех контуров питания потребителей.
Результаты расчета фиксируются в табл.3.2.
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 в числителе удельные расходы газа суммируются, в знаменателе рекомендуется взять сумму длин участков квартала, имеющего максимальный часовой расход газа, это связано с неравномерным потреблением газа.Например (см. рис. 3.1):
– участок «2-1» обслуживает только первый квартал, при этом участок
«1-6», также обслуживает только первый квартал, следовательно можно записать следующее уравнение:
– участок «15-11» обслуживает только шестой квартал, следовательно можно записать следующее уравнение:
– участок «10-4» обслуживает третий и четвертый кварталы, следовательно можно записать следующее уравнение (с учетом неравномерного потребления газа):
– для участков «20-2» и «20-7» можно записать следующие уравнения:
;
.
2. Путевой расход газа на участке сети, м3/ч
., (3.3)
где 
– удельный расход газа в квартале, который обеспечивает данный участок, м3/ч, ;
– геометрическая длина участка, м .
3. Эквивалентный расход газа на участке сети, м3/ч
, ( 3.4)
где 
– 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 участках. Исходя из разницы давлений, газовый поток движется от точки с большим давлением в точку с меньшим давлением.
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.
Принцип расчета транзитных расходов газа представлен на рис.3.1 и в табл. 3.1.
Рис. 3.1 Расчетная схема кольцевой сети газопровода низкого давления
Пример расчета транзитных расходов газа Таблица 3.1
| Схема расчета транзитных расходов газа | Принцип расчета | Схема расчета транзитных расходов газа | Принцип расчета | |||
    4 5
|
|  6
16 17
|
| |||
 15
18 19 |
|    5
  10 11
|
| |||
11
 14 15
  19
|
|   12
   16 17 18
|
| |||
 6
  12 13
|
|  14
    17 18 19
|
| |||
   13 14 15
|
|      3 4 5
|
|
Продолжение таблицы 3.1
   2 3 4
|
|  4
9 10 11 |
| |||
 1
  6 7
  16
|
|  20
6 7 8 |
| |||
 3
8 9 10 |
|   1 2
|
| |||
   1 2 3
|
|    7 8 9
|
| |||
 21
12 13 14
|
|  2
  ГРП1 21
|
|
Окончание таблицы 3.1
 8
 ГРП2
 21
|
| Пример расчета транзитных расходов, не входящих в схему на рис. 3.1* | |
 23
   26 24
| 
| ||
| Пример расчета транзитных расходов, не входящих в схему на рис. 3.1* | |||
 28
   29 27
| 
|  33
   35 31 32
| 
|
| *Примечание: данные схемы объясняют ряд примеров расчета транзитных расходов газа в случаях, встречающихся в исходных данных в выданном студенту задании. |
6. Расчетный расход газа на участке сети, м3/ч, определяется следующим образом:
(3.5)
Расчетные расходы газа на участках Таблица 3.2
| № участка сети | Длина участка l, м | Удельный расход газа на участке Vудел, м3/ч | Путевой расход газа на участке Vпут, м3/ч | Эквивалентный расход газа на участке Vэкв , м3/ч | Транзитный расход газа на участке Vтран ,м3/ч | Расчетный расход газа на участке Vрасч ,м3/ч |
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)
– 
взять из табл. 2.3.
II ЭТАП
На втором этапе необходимо выбрать диаметры каждого участка кольцевой сети.
Расчет производится следующим образом:
После определения расчетных расходов на участках производят гидравлический расчет всех возможных направлений движения газа от ГРП до нулевых точек, начиная с самого протяженного, принцип расчета см. табл.3.3. Выбор невыгодных ветвей и ответвлений производится от точки с более высоким давлением к точке с менее высоким давлением, при этом направление движения потока газа по газопроводу должно быть от точки с большим давлением до точки с меньшим давлением газа на всех участках. 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. коэффициент потерь давлений на местные сопротивления – 
.
, (3.8)
где 
– расчетная длина участка, м;
– геометрическая длина участка, м;
1,1 –коэффициент потерь давления на местные сопротивления.
Гидравлический расчет производится для каждого участка кольцевой сети по номограмме низкого давления (см. прил. 1).
Расчет выполняется следующим образом:
1. Для каждого ГРП выбираем невыгодные ветви – наиболее протяженное и нагруженное от ГРП до нулевой точки, помимо невыгодных ветвей необходимо выбрать ответвления, которые должны охватить все участки кольцевой сети не вошедшие в невыгодные ветви. Ответвления могут состоять как из одного так и из нескольких участков. Количество невыгодных ветвей должно быть равно количеству нулевых точек. Пример выбора и расчета невыгодных ветвей и ответвлений представлен в табл. 3.3.
Принцип гидравлического расчета кольцевого газопровода Таблица 3.3
| Схемы ветвей газопровода | Алгоритм расчета |
| I невыгодная ветвь | |
  ГРП1 20
  6 7
 12
   16 17
|
|
| II невыгодная ветвь | |
   5
   8 9 10
ГРП2
|
|
Продолжение Таблицы 3.3
| Схемы ветвей газопровода | Алгоритм расчета |
| III невыгодная ветвь | |
 ГРП2
 21
  13 14
   18 19
|
|
| 1 ответвление | |
1 1
 6
  16
|
|
| 2 ответвление | |
  3 4
| 
|
Продолжение Таблицы 3.3
| Схемы ветвей газопровода | Алгоритм расчета |
| 3 ответвление | |
 2 3
| 
|
| 4 ответвление | |
   5
 11
14 15
|
|
| 5 ответвление | |
 10 11
| 
|
Окончание Таблицы 3.3
| Схемы ветвей газопровода | Алгоритм расчета | |||
| 6 ответвление | ||||
 7 8
| 
| |||
| 7 ответвление | ||||
 13 12
| 
| |||
| 8 ответвление | ||||
 17 18
| 
| |||
| 9 ответвление | ||||
 15
| 
|
2. Определяем удельные потери давления на невыгодных ветвях, так чтобы фактические потери не превышали допустимые, по формуле:
(3.9)
Удельные потери на ответвлениях определяются согласно табл. 3.3.
Допустимая невязка составляет 10% , расчет производится по формуле:
, (3.10)
где 
– допустимые потери давления, 
– суммарные потери давления на невыгодной ветви или ответвления.
3. Далее производим расчет удельных потерь давления на каждый метр газопровода всех участков кольцевого газопровода – Rуд, которые необходимы для подбора диаметра каждого участка газопровода по номограмме (см. прил. 1), на основании рассчитанного расхода газа:
, (3.10)
где 
– допустимые потери давления, Па, для невыгодной ветви или ответвления;
∑lр – сумма расчетных длин участков невыгодного кольца.
4. 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:
., ( 3.11)
где 
– фактические потери давления на участке, 
– потери давления на один метр на участке, согласно номограмме низкого давления, – расчетная длина участка.
Правила применения номограммы низкого давления для определения диаметров участков и потерь давления на 1м каждого участка:
а) определив 
( 
и для каждой невыгодной ветви и ответвления – различна) фиксируем значение на оси 
(по горизонтали) и проводим перпендикулярную линию относительно оси ;
б) далее фиксируем 
на оси 
(по вертикали), причем для каждого участка сети величина расхода газа различна и принимается согласно табл.3.2, проводим линию, перпендикулярно оси до пересечения с линией ;
в) для выбора диаметра на определенном участке газопровода, от точки пересечения параллельно оси движемся к ближайшему диаметру (наклонные линии) либо вправо либо влево до пересечения линией диаметра;
г) после выбора диаметра участка, точку пересечения с линией диаметра проецируем на ось , таким образом определяем потери давления на 1м на участке газопровода – 
и производим расчет потерь давления на всем участке по формуле 3.11, результаты заносим в табл. 3.4.
После расчета каждой невыгодной ветви и ответвлений, необходимо произвести проверку выбора диаметров, т.е. произвести расчет допустимой невязки. Допустимая невязка составляет 10% , расчет производится по формуле:
, (3.12)
где – сумма потерь давления каждой невыгодной ветви и ответвления.
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. 4 и рис. 3.1.
Гидравлический расчет газопровода низкого давления Таблица 3.4
| № участка сети | Длина участка, м | Расчетная длина участка, м | Расченый расход газа, м3/ч | Диаметр газопрвода, мм | Потери давления, Па | Сумма потерь давления, Па | |
| удельные (на 1 п.м.) | на участке | ||||||
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА НА КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫЕ НУЖДЫ
Расчет часовых расходов газа на коммунально-бытовые предприятия необходим для осуществления гидравлического расчета тупиковой системы газоснабжения высокого давления (алгоритм расчета системы газоснабжения высокого давления приведен в параграфе 5).
В первую очередь необходимо определить годовые расходы теплоты.
Расход теплоты для данных потребителей учитывает расход газа на стирку белья в прачечных, на помывку людей в банях, на приготовление пищи в столовых, кафе и ресторанах, на выпечку хлеба.
Расход газа коммунально-бытовыми потребителями определяем по производительности или пропускной способности предприятий и нормам расхода теплоты на единицу продукции или одного потребления.
Годовое количество теплоты, необходимое для функционирования любого заданного предприятия (баня, прачечная, хлебозавод, столовая), определяется по формуле:
, ( 4.1)
где N – число жителей квартала, чел.;
k% - процентное или единичное количество населения квартала, которое пользуется услугами рассчитываемого предприятия;
q – норма расхода теплоты на единицу потребления (см. табл. 4.1) промпредприятия;
s – средние показатели производства продукции бытового потребления:
- для прачечной s = 0,1;
- для бани s = 52;
- для хлебозавода 
.
Причем количество теплоты для хлебозавода определяется следующим образом:
. (4.2)
Здесь для столовых: обеды – s = 0,3×365÷0,5×365; завтраки,
ужины – s = 0,1×365÷0,3×365.
В соответствии с исходными данными и данными табл. 4.1 и 4.2 определяется расход газа на коммунально-бытовые нужды, м3/ч:
, (4.3)
где 
– годовой расход теплоты, МДж/год;
– коэффициент часового максимума (см. табл. 4.2).
Нормы расхода теплоты Таблица 4.1
| Потребители газа | Показатель потребления газа | Нормы расхода теплоты, МДж (тыс.ккал) | |
| Предприятия бытового обслуживания населения | |||
| Фабрики-прачечные: | |||
| на стирку белья в механизированных прачечных | На 1 т сухого белья | 8800 (2100) | |
| Бани: | |||
| мытье без ванн | На 1 помывку | 40 (9,5) | |
| Предприятия общественного питания | |||
| Столовые, рестораны, кафе | |||
| на приготовление обедов | На 1 обед | 4,2(1) | |
| на приготовление завтраков или ужинов | На 1 завтрак или ужин | 2,1 (0,5) | |
| Предприятия по производству хлеба и кондитерских изделий | |||
| Хлебозаводы, комбинаты, пекарни: | |||
| на выпечку хлеба подового, батонов, булок, сдобы | На 1 т изделий | 5450 (1300) | |
Коэффициент часового максимума Таблица 4.2
| Предприятия | Коэффициент часового максимума расхода газа кm |
| Бани | 1/2700 |
| Прачечные | 1/2900 |
| Общественного питания | 1/2000 |
| По производству хлеба, кондитерских изделий | 1/6000 |
Часовой расход газа на один котел в газовой котельной рассчитывается по следующей формуле:
, (4.4)
где Qкот – мощность котла, кВт, задается преподавателем;
Qнр – низшая рабочая теплота сгорания, МДж/м3;
ŋ – КПД котла (90% - 92%).
Дата добавления: 2019-02-07; просмотров: 2702;