Гидравлический расчет газопровода

Гидравлический расчет газопровода

Теоретические аспекты расчетов газопровода

Основная задача гидравлических расчетов заключается в том, чтобы определить диаметры газопроводов. С точки зрения методов гидравлические расчеты газопроводов можно разделить на следующие типы:

– расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления;

– расчет тупиковых сетей высокого и среднего давления;

– расчет многокольцевых сетей низкого давления;

– расчет тупиковых сетей низкого давления.

Для проведения гидравлических расчётов необходимо иметь следующие исходные данные:

– расчетную схему газопровода с указанием на ней номеров и длин участков;

– часовые расходы газа у всех потребителей, подключенных к данной сети;

– допустимые перепады давления газа в сети.

Расчетная схема газопровода составляется в упрощенном виде по плану газифицируемого района. Все участки газопроводов как бы выпрямляются и указываются их полные длины со всеми изгибами и поворотами. Точки расположения потребителей газа на плане определяются местами расположения соответствующих ГРП или ГРУ.

Гидравлический режим работы газопроводов высокого и среднего давления назначается из условий максимального газопотребления.

Расчёт подобных сетей состоит из трёх этапов:

– расчет в аварийных режимах;

– расчет при нормальном потокораспределении;

Методы расчета

Гидравлические расчеты газопроводов выполняются на основании общих уравнений газовой динамики, устанавливающих связь между диаметром, расходом газа и перепадом давления для трубопроводов известной длины и конструкции. Из этих уравнений можно определить любой параметр по заданным значениям двух остальных.

Использование общих уравнений газовой динамики для гидравлического расчета городских газопроводов производится с учетом эксплуатационных и экономических факторов, отражающих специфику систем распределения газа. Эксплуатационные требования выражаются ограничением диапазона колебаний давления газа у потребителей. Таким образом, обеспечивается нормальная работа бытовых газовых приборов и горелок агрегатов коммунально-бытовых и промышленных предприятий в пределах допускаемых отклонений от номинальной тепловой нагрузки. Выполнение эксплуатационных требований осуществляется путем ограничения величины перепада давления между газорегуляторным пунктом и потребителем – за счет оптимального распределения её по отдельным участкам газопровода. Борисов С.Н., Даточный В.В. Гидравлические расчеты газопроводов. // М: Недра,1972. – с. 3.

Читайте также:  Перезаключение договора на газ

Основными вопросами проведения гидравлических расчетов трубопроводов является определение коэффициента гидравлического трения, который входит в исходное уравнение движения газа и определяет гидравлическую характеристику труб. Ламинарного режима течения этот коэффициент, как показывают все имеющиеся исследования, достаточно точно может быть определен по известной формуле Хагена-Пуазейля Уравнение или закон Пуазёйля (закон Хагена – Пуазёйля или закон Гагена – Пуазёйля) – закон, определяющий расход жидкости при установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в тонкой цилиндрической трубе круглого сечения.

Сформулирован впервые Готтхильфом Хагеном (нем. Gotthilf Hagen, иногда Гаген) в 1839 году и вскоре повторно выведен Ж. Л. Пуазёйлем (фр. J. L. Poiseuille) в 1840 году. Согласно закону, секундный объёмный расход жидкости пропорционален перепаду давления на единицу длины трубки (градиенту давления в трубе) и четвёртой степени радиуса (диаметра) трубы.

Закон Пуазёйля работает только при ламинарном течении и при условии, что длина трубки превышает так называемую длину начального участка, необходимую для развития ламинарного течения в трубке.. Явления, происходящие в турбулентном потоке, из-за своей сложности длительное время не поддавались теоретическому анализу. Поэтому для вычисления коэффициента гидравлического трения были предложены эмпирические формулы, которые в большинстве своем не учитывали физических свойств транспортируемой среды и характер внутренней поверхности труб. Более поздние формулы представляли математическое выражение опытных кривых, построенных в безразмерных координатах, без проникновения в механизм турбулентного движения Физическая модель механизма турбулентного движения была предложена Л. Прандтлем в 1925 г. в следующем виде. В турбулентном течении возникают жидкие комки, т. е. элементарные конечные объемы жидкости, или, как их называют, моли, каждый из которых на протяжении некоторого расстояния, называемого длиной пути смешения, движется в виде единого целого с собственной скоростью, сохраняя количество движения, а пройдя это расстояние, смешивается с окружающей’ жидкостью / Хзмалян Д.М. Теория горения и топочные устройства, 1976, с.93..

Читайте также:  Почему вибрирует и гудит газовая труба в квартире

В результате теоретических и экспериментальных исследований XX в. получены формулы для определения коэффициента сопротивления трения л при турбулентном режиме движения для труб с равномерно-зернистой и нерегулярной шероховатостью внутренней поверхности. Благодаря этому появилась возможность практического использования уравнений движения газа и повысилась степень точности расчетов.

Питание природным газом всех потребителей газифицированного города или населенного пункта осуществляется через специальную систему распределения газа, состоящую из гидравлически связанных между собой газопроводов разных диаметров и газорегуляторных пунктов и установок. Газорегуляторные пункты и установки оборудуют регуляторами, поддерживающими постоянное давление газа, и запорно-предохранительными устройствами, предотвращающими повышение давления сверх допустимого предела. Борисов С.Н., Даточный В.В. Гидравлические расчеты газопроводов. // М: Недра,1972. – с. 3

Строительными нормами и правилами СП 42-101-2003 / Свод правил Общие положения по проектированию строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб / М.: ЗАО «Полимергаз», 2003. для городских систем газоснабжения установлены следующие категории давления газа:

– низкого – не более 0,05 кгс/см2;

– среднего – от 0,05 до 3 кгс/см2;

– высокого – от 3 до 12 кгс/см2.

Жилые и общественные здания, мелкие промышленные потребители, детские и лечебные учреждения, предприятия общественного питания и бытового обслуживания, размещенные в жилых и общественных зданиях, подключают к распределительным газопроводам низкого давления. Отопительные и производственные котельные, коммунальные предприятия, расположенные в отдельностоящих зданиях, можно подключать к газопроводам среднего или высокого (до 6 кгс/см2) давления через местные газорегуляторные пункты или установки. Промышленные предприятии обычно питают газом высокого давления. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдорчик Д.Я. Справочник по газоснабжению использованию газа. // Л.:Недра, 1990.-с.84, номограммы – с. 106.

Распределение подключений рассредоточенных потребителей с расходом газа от 50 до 700 м3/ч к городским сетям низкого давления, среднего или высокого давления осуществляется на основании сравнения затрат по разным вариантам с учетом их технологический и эксплуатационных особенностей. Сосредоточенных потребителей с нагрузкой более 700 м3/ч рекомендуется подключать к сетям среднего или высокого давления.

Читайте также:  Диэлектрическая вставка для газа

К газопроводам давлением 6-12 кгс/см2 присоединяются и городские газорегуляторные пункты и промышленные предприятия, нуждающиеся в газе высоких давлений (газотурбинные установки, мартеновские цехи при оборудовании печей горелками высокого давления) для осуществления технологических процессов. Там же, с. 5-6

Распределительные газопроводы бывают тупиковые и кольцевые. Кольцевание газопроводов повышает надежность систем распределения. Обычно распределительные газопроводы низкого давления представляют собой замкнутую многокольцевую сеть, охватывающую всю территорию района, снабжаемого газом. Трассировка газопроводов всех давлений выполняется с учетом установленных норм разрывов от зданий и сооружений.

Потребление газа в городах отличается значительной неравномерностью. В этих условиях газопроводы систем распределения должны быть рассчитаны на максимальный часовой расход, определенный по совмещенному суточному графику разбора газа всеми подключенными объектами. Построение совмещенных суточных графиков во многих случаях затрудняется неопределенным характером нагрузок потребителей и отсутствием установленных закономерностей их колебаний по величине и во времени. Поэтому практически газопроводы проектируются на расчетные часовые расходы, определяемые двумя методами. По первому методу неравномерность потребления выражается коэффициентом часового максимум, в по второму – коэффициент одновременности. Там же, с. 5-6

Источник: studbooks.net