Гидравлический расчет газопровода: низкого и высокого давления, способы

Гидравлический расчет газопровода: низкого и высокого давления, способы

Гидравлический расчет газопровода проводится для стационарного режима течения и заключается в определении неизвестных параметров режима по заданным граничным условиям. В число параметров режима входят давление в начальной и конечной точке газопровода, расход и скорость течения газа. В качестве граничных условий задаются,как правило, два из трех параметров: расход, давление в начальной и конечной точке. Расчеты проводятся при заданном компонентном составе и температуре газа.

Основными задачами при выполнении гидравлического расчета для газопровода являются:

определение пропускной способности газопровода при заданном максимальном давлении газа в начальной точке и минимальном допустимом давлении газа в конечной точке;

определение давления в конечной точке газопровода при заданном расходе газа и давлении в начальной точке;

определение давления в начальной точке газопровода при заданном расходе газа и давлении в конечной точке;

определение расхода газа при заданных значениях давления в начальной и конечной точке газопровода.

Значения искомых величин определяются по формулам стационарного изотермического течения газа:

без учета рельефа трассы газопровода по формуле:

Рисунок 280.

с учетом рельефа трассы газопровода (hj ≠ hi) по формуле:

Рисунок 281.

Рисунок 282.

p_i – абсолютное давление газа в начальной i точке u-го участка газопровода, МПа;

p_j – абсолютное давление газа в конечной j точке u-го участка газопровода, МПа;

– КГС на участке газопровода u;

q_u – расход газа при стандартных условиях по u-му участку газопровода, м 3 /ч;

|q_u| – модуль величины q_u , м 3 /ч;

– плотность газа при стандартных условиях, кг/м 3 ;

L_u – расчетная длина u-го участка газопровода постоянного диаметра, м;

T_ср – среднее значение температуры газа на участке газопровода, К;

z_ср – средний коэффициент сжимаемости газа;

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;

h_i – абсолютная отметка высот в начале (в узле i) u-го участка газопровода, м;

h_j – абсолютная отметка высот в конце (в узле j) u-го участка газопровода, м;

R – газовая постоянная, Дж/(кг*К).

Коэффициент гидравлического трения λ_тр следует определять в зависимости от режима движения газа по газопроводу u, характеризуемого числом Рейнольдса:

Рисунок 283.

Коэффициент гидравлического трения следует определять по формуле:

Рисунок 284.

Коэффициент ε абсолютной эквивалентной шероховатости внутренней поверхности стенки трубы.

Среднее давление газа Р_ср по длине газопровода следует определять по формуле:

Рисунок 285.

p₁ – абсолютное давление газа в начальной точке газопровода, МПа;

p₂ – абсолютное давление газа в конечной точке газопровода, МПа.

Среднюю температуру газа Т_ср по длине газопровода следует принимать равной средней температуре газа (по данным телеметрии) или температуре окружающей среды (грунта для подземных газопроводов, воздуха – для надземных газопроводов).

Средний коэффициент сжимаемости газа по длине газопровода следует определять по формуле:

5.1. Методы гидравлического расчета газопроводов

При проектировании трубопроводов выбор размеров труб осуществляется на основании гидравлического расчета, определяющего внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа при допустимых потерях давления или, наоборот, потери давления при транспорте необходимого количества газа по срубам заданного диаметра.

Сопротивление движению газа в трубопроводах слагается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений: сопротивления трения «работают» на всей протяженности трубопроводов, а местные создаются только в пунктах изменения скоростей и направления движения газа (углы, тройники и т.д.). Подробный гидравлический расчет газопроводов осуществляется по формулам, приведенным в СП 42-101–2003, в которых учтены как режим движения газа, так и коэффициенты гидравлического сопротивления газопроводов. Здесь приводится сокращенный вариант.

Для расчетов внутреннего диаметра газопровода следует воспользоваться формулой:

где dp — расчетный диаметр, см;

А, т, т1 — коэффициенты, зависящие от категории сети (по давлению) и материала газопровода;

Q0 — расчетный расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

ΔРуд — удельные потери давления (Па/м для сетей низкого давления

Здесь ΔРдоп — допустимые потери давления (Па);

L — расстояние до самой удаленной точки, м.

Коэффициенты А, т, т1 определяются по приведенной ниже таблице.

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший — для стальных газопроводов и ближайший меньший — для полиэтиленовых.

Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 1,80 кПа (в том числе в распределительных газопроводах — 1,20 кПа), в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах

Для расчета падения давления необходимо определить такие параметры, как число Рейнольдса, зависящее от характера движения газа, и коэффициент гидравлического трения λ. Число Рейнольдса — безразмерное соотношение, отражающее, в каком режиме движется жидкость или газ: ламинарном или турбулентном.

Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит по достижении так называемого критического числа Рейнольдса Reкp . При Re течение происходит в ламинарном режиме, при Re >Reкp — возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно.

Число Рейнольдса есть отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости. Также число Рейнольдса можно рассматривать как отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине.

Число Рейнольдса применительно к углеводородным газам определяется по следующему соотношению:

где Q — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

ν — коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, м2/с (см. таб. 2.3).

Диаметр газопровода d должен отвечать условию:

где n — эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной:

• для новых стальных — 0,01 см;

• для бывших в эксплуатации стальных — 0,1 см;

• для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации — 0,0007 см.

Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса.

Для ламинарного режима движения газа (Re ≤ 2000) :

Eсли значение числа Рейнольдса превышает 4000 (Re > 4000) , возможны следующие ситуации.

Для гидравлически гладкой стенки при соотношении 4000

При значении Re > 100000:

Для шероховатых стенок при Re > 4000:

После определения вышеперечисленных параметров падение давления для сетей низкого давления вычисляется по формуле:

Pн – Pк = 626,1λQ2ρ0l/d5 (5.10)

где Pн — абсолютное давление в начале газопровода, Па;

Рк — абсолютное давление в конце газопровода, Па;

λ — коэффициент гидравлического трения;

l — расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

ρ0 — плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

Q — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

Расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расходов газа на данном участке.

Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) учитываются путем увеличения фактической длины газопровода на 5–10%.

Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетная длина газопроводов определяется по формуле:

где l1 — действительная длина газопровода, м;

Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

λ — коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения и гидравлической гладкости стенок газопровода.

Местные гидравлические сопротивления в газопроводах и вызываемые ими потери давления возникают при изменении направления движения газа, а также в местах разделения и слияния потоков. Источники местных сопротивлений — переходы с одного размера газопровода на другой,

колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, запорная, регулирующая и предохранительная арматура, конденсатосборники, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа. Падение давления в местных сопротивлениях, перечисленных выше, допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопровода на 5–10%. Расчетная длина наружных надземных и внутренних газопроводов

Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l1 ,

lэ — условная эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м, потери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением коэффициента ξ = 1.

Эквивалентная длина газопровода в зависимости от режима движения газа в газопроводе: — для ламинарного режима движения

— для критического режима движения газа

— для всей области турбулентного режима движения газа

При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допустимые потери давления газа на местные сопротивления, % от линейных потерь:

• на газопроводах от вводов в здание до стояка — 25;

• на внутриквартирной разводке — 450 (при длине разводки 1–2 м), 300 (3–4 м), 120 (5–7 м) и 50 (8–12 м),

Приближенные значения коэффициента ξ для наиболее распространенных видов местных сопротивлений приведены в табл. 5.2.

Падение давления в трубопроводах жидкой фазы СУГ определяется по формуле:

где λ — коэффициент гидравлического трения (определяется по формуле 5.7);

V — средняя скорость движения сжиженных газов, м/с.

С учетом противокавитационного запаса средние скорости движения жидкой фазы принимаются:

• во всасывающих трубопроводах — не более 1,2 м/с;

• в напорных трубопроводах — не более 3 м/с.

При расчете газопроводов низкого давления учитывается гидростатический напор Нg , даПа, определяемый по формуле:

где g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

h — разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;

ρ а — плотность воздуха, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;

ρ 0 —плотность газа при нормальных условиях кг/м3.

При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с для газопроводов среднего давления, 25 м/с для газопроводов высокого давления.

Схемы и методики гидравлического расчета газопровода

Сопротивление потока в коллекторе действует на конструкцию трубопровода в местах сужения и расширения диаметра, соединительных и поворотных узлов, из-за чего теряется давление в магистрали. Гидравлический расчет трубопровода выполняется на этапе проектирования, чтобы обеспечить нормальную работу потребителей и подачу требуемого объема газа.

Определение и необходимость гидравлического расчета

Сопротивление включает линейную обструкцию по всей длине и местные преграды у каждого конструктивного элемента системы на участке перемены скорости. Гидравлический подсчет определяет параметры газопроводной магистрали. Процедура представляет собой обязательный этап на подготовительной стадии к строительству трубопровода.

В результате принимается диаметр труб, приемлемый для высокостабильной передачи газа на расстояние. Расчет определяет величину потерь напора и их допустимость при перебрасывании топлива.

Государственные нормы регламентируют порядок расчета для любых видов газопроводных систем, т. к. процессы при подаче газа характеризуются идентичностью.

Проверяются на потерю давления трубопроводы:

• низкого давления;
• среднего напора;
• высокого.

Магистрали низкого давления транспортируют топливо к жилым строениям, предприятиям быта, общественной значимости, нормальным считается напор на уровне 3 – 5 кПа. К магистралям высокого и среднего давления относят ответвления для массовых поставок, промышленные сети, общие трубопроводы для регионов и городов.

Основные исходные данные

Начальные параметры зависят от схемы газопровода, которая бывает смешанная, кольцевая и тупиковая. Давление в сети понижается с удалением от места врезки или распределения.

Исходные параметры представлены сведениями:

• напор в месте врезки;
• сведения о потребителях, например, число, расположение, требуемый номинальный расход и давление;
• схема газопровода.

Тупиковые участки ответвляются от основного к потребителям и относятся к участкам с низкой надежностью и затрудненным восстановлением при аварии, но требуют меньше затрат при прокладке. Кольцевая система работает надежнее, но монтаж требует увеличенных расходов.

Схемы расчета

Давление определяется с учетом диаметра труб, принимается во внимание влияние внутренней коррозии, материал коллекторов, геометрическая форма сечения. Оболочки труб разрушаются, когда напряжение в стенках достигает допустимого сопротивления на разрыв.

При гидравлической проверке используется жидкость с температурой от +5 до +40°С, если техническое задание на проведение испытания не рекомендует другой параметр. При расчете на прочность температура испытательной и окружающей среды не понижается менее +5°С.

Время выдержки под расчетным напором указывается проектантом, но всегда принимается больше 5 минут. При отсутствии рекомендаций время действия высокого давления устанавливается по нормативным таблицам и зависит от толщины трубной оболочки.

Методики

Процедура выбора диаметра и расчетной схемы газопровода низкого давления приводится в профильном Своде правил 42. 101 – 2003. Применяются компьютерные программы для нахождения величины предполагаемых потерь напора между отрезками магистрали, диаметра коллекторов.

• расчет по формулам из СП (сложный процесс);
• вычисление по номограммам выполняется проще, используется прием подбора по таблицам с подстановкой требуемых параметров.

Любая методика ведет к одинаковым итогам для обеспечения бесперебойной транспортировки газового топлива к потребителям.

Влияние материала труб на расчет

Газопроводы строятся из стали, полиэтилена, на ответственных участках используется медь. Металлопластиковые конструкции завоевывают рынок потребителя. Сведения в профессиональных таблицах и сборниках касаются только пластиковых и металлических труб, поэтому вычисления проводятся для магистралей из таких материалов.

Трубы газоснабжения рассчитываются с учетом коэффициента шероховатости:

• полиэтилен (новые и старые) — 0,007 см;
• стальные, бывшие в работе — 0,1 см;
• металлические новые — 0,01 см.

Если трубопровод сделан из другого материала, специалисты газового хозяйства не примут расчет по металлу и пластику, потребуется корректировка, которая повлечет дополнительные расходы.

Специальные программы

Ответвленные участки газопровода с разными начальными данными рассчитываются отдельно, но процедура выполняется аналогично для каждой области. Скорость потока меняется в местах сопротивления и изменения направления движения. Линейные показатели высчитываются на расчетных длинах отрезков магистрали.

Направление выбирается в зависимости от разницы напора на конце и в начале изучаемого участка. Поток идет от точки с большим давлением в сторону места с меньшим сопротивлением. Программы помогают уменьшить усилия проектировщиков тем, что начальные показатели вводятся в программу, а электроника выполняет вычисления.

Номограммы предназначаются для получения итоговых сведений путем использования таблиц, где каждая строка отвечает заданным параметрам сети.

Профессиональные

Расчеты с применением формул делают только профессиональные инженеры и технические работники. В расчетах используется большое количество данных, применяются специфические коэффициенты. Неподготовленному пользователю трудно учесть все нюансы, провести множество промежуточных расчетов для получения окончательного результата.

Профессиональный расчет подразумевает не только применение формул и числовых выражений, но и обладание специальными знаниями. Навыки не пригодятся при пользовании бесплатными расчетными программами, которые можно найти в интернете.

Бесплатные

Программы ставятся для применения на персональных гаджетах. Методики определяют диаметр, форму сечения газопровода с учетом допустимых потерь и скорости потока. Пользователю потребуется суммарное потребление газа, которое приводится в технических документах на котел, газовые плиты, колонки и другое оборудования.

Затем определяются места с возможным понижением напора. Характеризующие цифры есть в таблице паспорта, они показывают снижение напора при наибольшем потреблении. Находится величина понижения в точке врезания. Коэффициент одновременности берет в расчет совместную эксплуатацию приборов и содержится в таблицах.

Диаметр труб и коэффициент шероховатости указывается на последнем этапе. Программа предусматривает непохожие расчеты для разного давления в трубах, что нужно учитывать при включении данных.

Бесплатные онлайн программы

В этом случае пользователь подставляет требуемые сведения в графы таблицы для онлайн расчетов. Гидравлический расчет газопровода низкого давления длится несколько минут и от потребителя не требуется никаких профессиональных знаний и вычислительных навыков.

Из технических условий берутся данные:

• плотность газовой смеси;
• показатель кинетической вязкости;
• климатический температурный диапазон региона проживания.

Техусловия выдаются газовой службой населенного пункта, составление проектной документации начинается с получения этого задания.

Примеры выполнения гидравлического расчета трубопровода

Приводится точное количество конфорок подключенного оборудования для выбора коэффициента одновременности. Нумерация отрезков трубопровода выбирается не произвольно, а берется из технической схемы.

Указывается фактическая длина магистрали и приводится расчетная протяженность, которая больше. При расчете этот параметр увеличивается на 7% из-за присутствия областей сопротивления. В таблице указываются все конструктивные элементы трубопровода, где предполагаются потери напора.

Расчет газопровода низкого давления

При расчете газопровода внутри дома количество котельного оборудования умножается на выработку каждого агрегата. Полученный результат умножается на показатель одновременности работы агрегатов, который определяется по соответствующей таблице в справочнике.

Число плит во всех квартирах умножается на продуктивность каждой, находится произведение полученного результата и коэффициента одновременности для подключенных приборов. В заключение суммируется итог давления для отопительных агрегатов и подсоединенных газовых плит.

Расчет газопровода высокого давления

Расчет делается на основании схемы распределения с учетом ответвлений на потребительские участки. Источником разделения является газораспределительная подстанция. Диаметр общего газопровода и ответвлений находится по давлению газа в конце пути при вводе к потребителю.

Определяется расчетная длина каждой ветви, находится давление с учетом потерь и сопротивления в некоторых местах. Тупиковые отрезки считаются по их длине, газовому расходу и предполагаемому напору топлива в точке врезки к потребителю.

Расчет считается удовлетворительным, если расчетные значения потребительского давления не превышают напор сети.

Методика гидравлического расчета газопровода

Для транспортировки всех видов газа от поставщика к потребителю используются трубопроводы и другие специальные сооружения и комплексы, которые бывают разных размеров и конструкций. Чтобы газовая магистраль на всех участках была надёжной и более эффективной в эксплуатации, обязательно проводится гидравлический расчёт газопровода с подбором оптимального для данных эксплуатационных условий режима его работы.

Почему необходимо проводить расчёт газопровода

На протяжении всех участков газопроводной магистрали проводятся расчёты для выявления мест, где в трубах вероятны появления возможных сопротивлений, изменяющих скорость подачи топлива.

Если все вычисления сделать правильно, то можно подобрать наиболее подходящее оборудование и создать экономичный и эффективный проект всей конструкции газовой системы.

Это избавит от лишних, завышенных показателей при эксплуатации и расходов в строительстве, которые могли бы быть при планировании и установке системы без гидравлического расчёта газопровода.

Появляется лучшая возможность подбора нужного размера в сечении и материалов труб для более эффективной, быстрой и стабильной подачи голубого топлива в запланированные точки системы газопровода.

Обеспечивается оптимальный рабочий режим всей газовой магистрали.

Застройщики получают финансовую выгоду при экономии на закупках технического оборудования, строительных материалов.

Производится правильный расчёт газопроводной магистрали с учётом максимальных уровней расхода горючего в периоды массового потребления. Учитываются все промышленные, коммунальные, индивидуально-бытовые нужды.

Классификация газопроводов

Современные газопроводы – это целая система комплексов сооружений, предназначенных для транспортировки горючего топлива от мест его добычи до потребителей. Поэтому по предназначению они бывают:

– для транспортировки на большие расстояния от мест добычи до пунктов назначения.
• Местными – для сбора, распределения и подачи газа к объектам населённых пунктов и предприятий.

По магистральным трассам сооружаются компрессорные станции, которые нужны для поддержания в трубах рабочего давления и поставки газа до назначенных пунктов к потребителям в необходимых объёмах, рассчитанных заранее. В них газ очищается, осушается, сжимается и охлаждается, а затем возвращается в газопровод под определённым давлением, необходимым для данного участка прохождения топлива.

Все газопроводы – это сложные сооружения, оснащённые автоматизированными системами регулировки всеми технологическими процессами. Их эксплуатация основывается на технических исследованиях, в том числе на результатах гидравлического расчёта трубопроводов.

Местные газопроводы, расположенные в населённых пунктах, классифицируются:

Принцип работы газовой магистрали

В составе городских систем находятся:

• источник газоснабжения;
• газораспределительные станции;
• газопроводы разных уровней давления;
• газгольдерные станции;
• ГРУ и ГРП;
• средства телемеханизации.

В процессе гидравлического расчёта все эти объекты учитываются, так как каждый из них оказывает своё воздействие на скорость и объём транспортируемого топлива. Вычисления проводятся по отдельным участкам, а затем суммируются.

1. Сеть газопроводов, расположенных в пределах города, оснащена специальными системами для распределения газа (станциями), которые располагаются в конце всех этих трубопроводов.
2. При поступлении газа на такую станцию, его давление регулируется и перераспределяется, а напор подачи снижается до допустимых значений.
3. Затем газ перемещается в регуляторный пункт, оттуда отправляется далее в сеть, где давление снова увеличивается.
4. Трубопроводы с самым высоким уровнем давления подключаются к системам, расположенным в подземных хранилищах.
5. Для управления уровнем расхода газа в каждый суточный период, строятся специальные газгольдерные станции.
6. Газ с высоким и средним показателем уровня давления транспортируется в трубах, которые служат своего рода подпиткой для магистралей с низким напором газа. Для управления процессами перепадов давления устанавливаются специальные точки регулировки.
7. Чтобы точно учитывать уровни потери давления при транспортировке газа и поступление всего планируемого объёма в назначенный пункт, методом гидравлического расчёта определяют оптимальный диаметр труб, для установки подходящего размера.

Гидравлический расчёт газопровода с низким давлением

Вначале ориентировочно учитывается, сколько населения проживает в данном районе, количество промышленных, общественных объектов, а затем определяется приблизительный объём газа, который потребуется расходовать на бытовые и производственные нужды.

Затем вычисляется средний расход топлива в течение определённого времени (обычно 1 часа).

Требуется учесть точки газораспределения – подсчитывается их количество, а также местонахождение, чтобы знать, какой длины надо будет строить магистраль, какой диаметр труб и строительные материалы выбрать.

Из-за разницы в показателях производится расчёт не только общих перепадов давления всей магистрали, но и в распределительных точках, газопроводах внутри зданий и всех абонентских ветвях.

Если размеры труб разные, то измеряется площадь каждого одинакового участка, рассчитывается расход газа на все из этих показателей в отдельности, а затем суммируется.

Вычислительные работы выполняются с учётом нескольких факторов: расчётных данных отрезка газопровода, фактических показателей со всего участка и эквивалентных показаний.

В итоге подсчитывается узловая и удельная путевая затрата. Узловая сосредоточена в определённой точке магистрали, а удельная путевая распределена между узловыми точками.

Гидравлический расчёт газопровода со средним давлением

Учитываются показания напора топлива в начале его подачи. Этот участок находится в пределах от главной газораспределительной точки до места, где происходит переход высокого давления к среднему. Уровень давления на этом участке должен быть таким, чтобы даже в периоды самых больших нагрузок на магистраль показатели были всегда выше минимальных допустимых отметок.

1. Применяются вычисления по принципу перемены давления с учётом определённой длины трубопровода.
2. Вначале рассчитываются потери давления, возникающие на основном участке магистрали, а затем – расход топлива.
3. По этим средним показателям подбирается необходимая толщина и диаметры труб.
4. Выбираются все их возможные размеры, а потом по номограмме определяется уровень потерь для каждого варианта.
5. При правильных показаниях гидравлического расчёта потери давления на таких участках всегда соответствуют постоянному уровню.

Гидравлический расчёт газопровода с высоким давлением

Вычисления проводятся с учётом самого высокого натиска газа, а также всех особенностей спецификации данного газопровода. Поэтому подбираются строительные материалы и виды труб с такими техническими характеристиками, которые обеспечат нормальное функционирование системы газопровода по всей магистрали. Обязательно учитываются и все окружающие условия, где будет проложен газопровод. Досконально изучается местность и составляется точный её план. Далее:

• Составляется схема проекта с чётко обозначенными ответвлениями к местам потребления.
• Выбирается минимальная длина пути и обязательно расположение по кольцу.
• Расчёты производятся на основании измерений всех участков с учётом масштаба.
• Результаты показаний увеличиваются – в итоге расчётная длина каждого участка будет больше на 10%.
• Показания гидравлического расчёта, выполненного с каждого отдельного участка, суммируются для определения общего расхода топлива.
• Затем определяется внутренний оптимальный размер трубы.

Что ещё учитывается при расчёте газопроводной магистрали

В результате трения о стенки скорость газа по сечению трубы различается – по центру она быстрее. Однако применяется для расчётов средний показатель – одна условная скорость.

Различают два вида перемещения по трубам: ламинарное (струйное, характерное для труб с малым диаметром) и турбулентное (имеет неупорядоченный характер движения с непроизвольным образованием вихрей в любом месте широкой трубы).

Газ перемещается не только из-за оказываемого на него внешнего давления. Его слои оказывают давление между собой. Поэтому учитывается и фактор гидростатического напора.

На скорость перемещения влияют и материалы труб. Так в стальных трубах в процессе эксплуатации увеличивается шероховатость внутренних стенок и оси сужаются по причине зарастания. Полиэтиленовые трубы, наоборот, увеличиваются во внутреннем диаметре с уменьшением толщины стенок. Всё это учитывается при расчётном давлении.

Основные уравнения гидравлического расчёта газопровода

Для расчёта движения газа по трубам берутся значения диаметра трубы, расходы топлива и потеря напора. Вычисляется в зависимости от характера движения. При ламинарном – расчёты производятся строго математически по формуле:

Р1 – Р2 = ∆Р = (32*μ*ω*L)/D2 кг/м2 (20), где:

• ∆Р – кгм2, потери напора в результате трения;
• ω – м/сек, скорость движения топлива;
• D – м, диаметр трубопровода;
• L – м, длина трубопровода;
• μ — кг сек/м2, вязкость жидкости.

При турбулентном движении невозможно применить точные математические расчёты по причине хаотичности движения. Поэтому применяются экспериментально определяемые коэффициенты.

Рассчитываются по формуле:

Р1 – Р2 = (λ*ω2*L*ρ)/2g*D (21), где:

• Р1и Р2 – давления в начале и конце трубопровода, кг/м2;
• λ – безразмерный коэффициент сопротивления;
• ω – м/сек, средняя по сечению трубы скорость движения газа;
• ρ – кг/м3, плотность топлива;
• D – м, диаметр трубы;
• g – м/сек2, ускорение силы тяжести.

Видео: Основы гидравлического расчета газопроводов

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ

являться абсолютное давление Р, Па, плотность ρ, кг/м 3 и скорость υ, м/с.

Для определения трех неизвестных Р, ρ и υ используют три основных уравнения:

Бернулли, неразрывности, состояния и формулы для определения потерь давления: Дарси-

Вейсбаха и Вейсбаха.

При расчетах газовых сетей условно рассматривают прямолинейные цилиндрические

трубопроводы. При этом величину потерь давления в местных сопротивлениях при

расчетах уличных распределительных газопроводов учитывают путем увеличения

расчетной длины на 5-10 %, а при расчете внутридомовых газопроводов используют метод эквивалентных длин.

Если рассматривать движение газа в цилиндрической трубе постоянного сечения и

при этом пренебречь массовыми силами (весом), то уравнение Бернулли обратится в

тождество. В этом случае из названных пяти уравнений останутся три: Дарси-Вейсбаха,

неразрывности и состояния. Эти уравнения записывают соответственно в виде

где λ – коэффициент гидравлического трения;

x – координата, м;

d – внутренний диаметр газопровода, м;

s – площадь поперечного сечения трубы, м 2 , s =π • d2 / 4;

Qo – объемный расход газа, приведенный к нормальным условиям, м3/ч;

Рo, ρo и Тo – соответственно давление, плотность и температура газа при нормальных

В общем случае для газопроводов среднего и высокого давления решением системы

(5.1) – (5.3) является выражение

где Рн и Pk, -абсолютные давления газа соответственно в начале и в конце участка

lp – расчетная длина участка газопровода, м.

Для турбулентного режима движения, используя формулу Альтшуля для определения коэффициента гидравлического трения λ , выражению (6.4) придают вид [1, 4]

где Рн и Pk – абсолютное давление газа, соответственно в начале и конце участка

d – внутренний диаметр, газопровода, см;

Кэ – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см;

v – кинетический коэффициент вязкости газа при нормальных физических условиях, м 2 /c;

Q – расход газа при нормальных физических условиях, м 3 /ч.

Гидравлический расчет газопроводов низкого давления производят по следующей

где ΔР – падение давления на участке газопровода, Па.

где l – действительная длина участка газопровода, м;

l ξ=1 _э – условная эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, потери

давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении ξ = 1, м [1, рис. 6.6; 2, рис. 21; 4, прил. 5*];

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l.

Падение давления в местных сопротивлениях при расчете наружных газопроводов

допускается учитывать путем увеличения расчетной длины участка газопровода на 5-10 %

Выполнение вычислений по формулам (5.5)—(5.8) представляет определенную сложность. Для облегчения расчетов на основании этих формул разработаны номограммы

и таблицы [1, 2, 3] (см. также прил. настоящих МУ).

Расчет по формуле (6.5) или соответствующей ей номограмме обычно сводится к

определению параметра (P 2 _н – P 2 _k) при известных длине участка газопровода l, расходе Q и диаметре трубы d. Если заданы значения Рн, Рк, l и Q, то определяют диаметр d.

Расчет по формуле (5.6) или соответствующей ей номограмме обычно сводят к

определению диаметра участка газопровода при известных расходе Q и удельной потере

давления ΔР/l на этом участке.

Для надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого

движением газа, следует принимать скорость движения газа в трубах не более 7, 15 и 25

м/с соответственно для газопроводов низкого, среднего и высокого давления [4, прил. 5].

При гидравлических расчетах газопроводов низкого давления необходимо учитывать

дополнительное гидростатическое давление газа ΔР₂ , Па, вызванное разностью геометрических отметок в начале и конце участка газопровода.

где Z – разность геометрических отметок в начале и в конце участка газопровода, м;

ρ_в и ρ_г – соответственно плотность атмосферного воздуха и газа при нормальных

g – ускорение свободного падения, м/с 2 .

Гидравлический расчет вертикальных стояков необходимо производить отдельно,

перепад давления в них принимают независимо от горизонтальных участков с целью учета

гидростатического давления по формуле (5.9).

Кольцевые сети газопроводов рассчитывают путем увязывания давления газа в

узловых точках колец при максимальном использовании расчетного перепада давления:

1) для кольцевых сетей высокого и среднего давления соблюдают равенство

перепадов давления в полукольцах, а точки встречи потоков газа (нулевые точки)

принимают из равенства расчетной длины каждого полукольца;

2) для кольцевых сетей низкого давления расчет считается законченным, если

перепады давления на полукольцах равны между собой или неувязка не превышает ± 10

Перед пользованием номограммами или таблицами необходимо сопоставить

числовые значения плотностей. Если табличная плотность ρТ не совпадает с расчетной

плотностью газа ρ_г , то необходимо ввести правку, считая, что потери давления находятся в прямой зависимости от плотности.

При выполнении гидравлического расчета газопроводов по формулам (5.1)-(5.10)

диаметр участка трубопровода следует предварительно определять по [4, прил. 5*,

Месторождение и состав природного газа (1-я часть варианта задания)

Исходные данные (1-я часть варианта)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ионин А.А.Газоснабжение. – М.: Стройиздат, 1981. – 415 с.

2. Енин П.М., Семенов М.Б., Тахтамыш Н.И.Газоснабжение жилищно- коммунальных объектов / Справочник. – Киев: Будiвельник, 1981. – 136 с.

3. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдарчик Д.Я.Справочник по газоснабжению и использованию газа. — Л.: Недра, 1990.—762 с.

4. СНиП2.04.08-87*. Газоснабжение. – М.: Стройиздат, 1995. – 66 с.

5. СНиПП-60-75* . Нормы проектирования. Планировка и застройка городов, поселков и сельских населенных пунктов. – М.: Стройиздат, 1981. – 79 с.

6. СНиП 2.01.01-82.Строительная климатология и геофизика. – М.: Стройиздат, 1983. – 136 с.

7. Гордюхин А.И.Газовые сети и установки. Устройство и проектирование. – М.: Стройиздат, 1978. – 383 с.

8. Скафтымов Н.А.Основы газоснабжения. – Л.: Недра, 1975. – 343 с.

9. Справочник проектировщика:внутренние санитарно-технические устройства. Вторая часть. Водопровод и канализация / Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера. – М.: Стройиздат, 1990. – 247 с.

10.Гуськов Б.И., Кряжев Б.Г.Газификация промышленных предприятий. – М.: Стройиздат, 1982. – 368с.

Гидравлический расчет газопроводов

1. Гидравлический расчет газопроводов следует выполнять, как правило, на электронно-вычислительных машинах с использованием оптимального распределения расчетных потерь давления между участками сети.

При невозможности или нецелесообразности выполнения расчета на электронно-вычислительной машине (отсутствие соответствующей программы, отдельные небольшие участки газопроводов и т.п.) гидравлический расчет допускается производить по приведенным ниже формулам или номограммам, составленным по этим формулам.

2. Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего давлений следует принимать в пределах давления, принятого для газопровода.

Расчетные потери давления в распределительных газопроводах низкого давления следует принимать не более 180 даПа (мм вод.ст.), в т.ч. в уличных и внутриквартальных газопроводах – 120, дворовых и внутренних газопроводах – 60 даПа (мм вод.ст.).

3. Значения расчетной потери давления газа при проектировании газопроводов всех давлений для промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых предприятий принимаются в зависимости от давления газа в месте подключения, с учетом технических характеристик принимаемых к установке, газовых горелок, устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования технологического режима тепловых агрегатов.

4. Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давлений во всей области турбулентного движения газа следует производить по формуле:

где: P 1 – максимальное давление газа в начале газопровода, МПа;

Р 2 – то же, в конце газопровода, МПа;

l – расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d i – внутренний диаметр газопровода, см;

q – коэффициент кинематической вязкости газа при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа, м 2 /с;

Q – расход газа при нормальных условиях (при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа), м 3 /ч;

n – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая для полиэтиленовых труб равной 0,002 см;

r – плотность газа при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа, кг/м 3 .

5. Падение давления в местных сопротивлениях (тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопроводов на 5-10%.

6. При выполнении гидравлического расчета газопроводов по приведенным в настоящем разделе формулам, а также по различным методикам и программам для электронно-вычислительных машин, составленным на основе этих формул, диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле:

где: t – температура газа, °C;

P m – среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа;

V – скорость газа м/с (принимается не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с – среднего и 25 м/с – для газопроводов высокого давления);

d i , Q – обозначения те же, что и в формуле (1) .

Полученное значение диаметра газопровода следует принимать в качестве исходной величины при выполнении гидравлического расчета газопроводов.

7. Для упрощения расчетов по определению потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давлений рекомендуется использовать приведенную на рис. 1 номограмму, разработанную институтами ВНИПИГаздобыча и ГипроНИИГаз для труб диаметром от 63 до 226 мм включительно.

Пример расчета. Требуется запроектировать газопровод длиной 4500 м, максимальным расходом 1500 м 3 /ч и давлением в точке подключения 0,6 МПа.

По формуле (2) находим предварительно диаметр газопровода. Он составит:

Принимаем по номограмме ближайший больший диаметр, он составляет 110 мм (d i =90 мм). Затем по номограмме ( рис. 1 ) определяем потери давления. Для этого через точку заданного расхода на шкале Q и точку полученного диаметра на шкале d i проводим прямую до пересечения с осью I. Полученная точка на оси I соединяется с точкой заданной длины на оси l и прямая продолжается до пересечения с осью . Поскольку шкала l определяет длину газопровода от 10 до 100 м, уменьшаем для рассматриваемого примера длину газопровода в 100 раз (с 9500 до 95 м) и соответствующим увеличением полученного перепада давления тоже в 100 раз. В нашем примере значение составит:

0,55 100 = 55 кгс/см 2

Определяем значение Р 2 по формуле:

Полученный отрицательный результат означает, что трубы диаметром 110 мм не обеспечат транспорт заданного расхода, равного 1500 м 3 /ч.

Повторяем расчет для следующего большего диаметра, т.е. 160 мм. В этом случае P 2 составит:

= 5,3 кгс/см 2 = 0,53 МПа

Полученный положительный результат означает, что в проекте необходимо заложить трубу диаметром 160 мм.

Рис. 1. Номограмма для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давления

8. Падение давления в газопроводах низкого давления следует определять по формуле:

где: Н – падение давления, Па;

n, d, J, Q, r, l – обозначения те же, что и в формуле (1) .

Примечание: для укрупненных расчетов вторым слагаемым, указанным в скобках в формуле (3) , можно пренебречь.

9. При расчете, газопроводов низкого давления следует учитывать гидростатический напор Н g , мм вод.ст., определяемый по формуле:

H g = ±9,8h (r a – r o )

где: h – разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;

r a – плотность воздуха, кг/м 3 , при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;

r o – обозначение то же, что в формуле (1) .

10. Гидравлический расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец при максимальном использовании допустимой потери давления газа. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10%.

При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с – для газопроводов среднего давления, 26 м/с – для газопроводов высокого давления.

11. Учитывая сложность и трудоемкость расчета диаметров газопроводов низкого давления, особенно кольцевых сетей, указанный расчет рекомендуется проводить на ЭВМ или по известным номограммам для определения потерь давления в газопроводах низкого давления. Номограмма для определения потерь давления в газопроводах низкого давления для природного газа с r=0,73 кг/м 3 и J=14,3 10 6 м 2 /с приведена на рис. 2 .

В связи с тем, что указанные номограммы составлены для расчета стальных газопроводов, полученные значения диаметров, вследствие более низкого коэффициента, шероховатости полиэтиленовых труб, следует уменьшать на 5-10%.

Рис. 2. Номограмма для определения потерь давления в стальных газопроводах низкого давления

Похожие документы:

Гидравлический расчет трубопроводов

Тема: Гидравлический расчет трубопроводов Лекция 8 8.1. Классификация трубопроводов Роль . виду транспортируемой по ним продукции: газопроводы, – нефтепроводы, – водопроводы, воздухопроводы, – продуктопроводы. По .

Система нормативных документов в строительстве свод правил проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб диаметром до 300 мм сп 42-101-96 ао “вниист” ао “гипрониигаз”

. осваивается ПРИЛОЖЕНИЕ 10 (рекомендуемое) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ 1. Гидравлический расчет газопроводов следует выполнять, как правило, на . при выполнении гидравлического расчета газопроводов. 7. Для упрощения расчетов по определению .

Проектирование промысловых стальных трубопроводов всн 51-3-85 МИНГАЗПРОМ всн 51-3 38-85 миннефтепром

. расчет нефтепроводов и нефтепродуктопроводов Приложение 2 Гидравлический расчет трубопроводов Гидравлический расчет трубопроводов при транспорте жидкостей в однофазном состоянии Гидравлический расчет газопроводов Гидравлический расчет .

Справочник работника газовой промышленности

. газопровода, мм; – толщина стенки газопровода, мм; . Таблица 4.1 Вспомогательные данные для гидравлического расчета газопровода . УПРОЩЕННЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МНОГОНИТОЧНОГО ГАЗОПРОВОДА При гидравлических расчетах сложный газопровод с переменным .

ВНТП 3-85 Дата введения 1986-03-01

. . Гидравлический расчет газопроводов следует производить по формуле ВНИИгаза в соответствии с “Указаниями по гидравлическому расчету подземных магистральных газопроводов .