2.5.7. Методика расчета разветвленных газопроводов высокого и среднего давлений

Методика расчета сводится к определению необходимых диаметров газопроводов и проверке заданных перепадов дав­лений. Согласно СНиП II-37-76 гидравлический расчет газо­проводов среднего и высокого давлений во всей области тур­булентного режима движения газа следует проводить по фор­муле

,

где р_н и р_к - абсолютное давление газа соответственно в начале и в конце газопровода; _р – расчетная длина газопровода; k_Э - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхно­сти стенки трубы (для стальных труб k_Э=0,01 см); - коэф­фициент кинематической вязкости газа (в м²/с) при темпера­туре О⁰С и давлении 101325 Па; D_ВН - внутренний диаметр га­зопровода, см; Q - расчетный расход газа, м³/ч; - плотность газа, кг/м³.

По данной формуле построены номограммы для различного состава газов, широко используемые в практических расчетах газовых сетей. Номограммы построены в координатах А= и расчетного расхода газа Q для различных диа­метров D (рис. 2.11).

2.5.8. Порядок расчета

1. На основании данных номинальных характеристик потребителей газа устанавливают конечные давления в тупиковых га­зопроводах р_к, начальное давление р_ГРС определяется режимом работы ГРС или газорегуляторных пунктов.

2. В ыбирают наиболее удаленных от ГРС потребителей газа с точкой индексации «к» и считают направление потока газа до них основными. Далее определяют общую длину газопроводов по выбранным основным направлениям . Если основных направлений к удаленным точкам несколько, то каждое напра­вление рассчитывают отдельно. Местные сопротивления для газопроводов высокого и среднего давлений учитываются введением поправочного коэффициента, при этом считают, что потери на местные сопротивления составляют 10 %, тогда .

Рис. 2.11. Номограмма для расчета газопроводов среднего и высокого давлений (природный газ, =0,75 кг/м³).

3. Определяют расчетные расходы Q_р для каждого сосредоточенного отбора газа и для участков газопровода.

4. В системах газоснабжения используют правило постоян­ного перепада давления на единице длины газопровода, т.е. для газопроводов высокого и среднего давлении принято, чтобы величина была близки к постоянной для всех участков газопровода.

Оценку А_ср для каждого основного направления получают как

.

5. По величинам А_ср и Q_р по номограмме выбирают диаметр для отдельных участков газопровода, который осредняют по стандарту в большинстве случаев в большую сторону, т. е. в сто­рону меньших перепадов давлении па участке газопровода.

6. Для стандартного диаметра но ГОСТу определяют действительное (фактическое) значение величины

,

затем находят .

7. Выполняют расчет давлений. Поскольку давление ГРС из­вестно, то расчет можно вести с начала газопровода. При давлении р_к, значительно большем заданного, уменьшают диаметры участков газопровода ближе к концу основного направления.

8. После определения давлений по данному направлению выполняют гидравлический расчет газопроводов — отводов по данной методике, начиная со второго пункта. При этом за начальное давление принимают давление в точке отбора.

Пример 2.5. Определить расход газа в газопроводе длиной 5000 м и диа­метром 500 мм. Избыточное давление в начале и в конце газопровода соответ­ственно равно р₁= Па и р₂= Па. Газовая постоянная 500 Н м/(кгК), температура газа 5°С, коэффициент гидравлического сопротивления = 0,02 и плотность 0,7 кг/м³ при 0°С и 760 мм рт. ст.

Решение

Абсолютная температура газа

Т=273+5=278К.

Коэффициент отклонения значений реальных газов от идеальных принимаем равным единице (т. е. z = 1).

Массовый расход

кг/с.

Объемный расход газа

м³/с.

Часовой расход газа

м³/с.

Пример 2.6. Определить перепад давления в горизонтальном газопро­воде длиной 10 000 м и диаметром 300 мм при расходе газа 500 000 м³/сут. Плот­ность газа 0,7 кг/м³, газовая постоянная R=500 Нм/(кгК), коэффициент гидравлического сопротивления =0,015, коэффициент z=1, температура газа в газопроводе 7°С, абсолютное давление в конце газопровода Па.

Решение

Выразим секундный массовый расход газа через объемный:

.

Определим разность квадратов давлений:

Па²;

Па.

Перепад давления

Па

Пример 2.7.Определить давление столба газа в наклонном газопроводе, если =500 м, Т=280 К, р₂= Па (давление абсолютное), R=500 Нм(кгК). Газопровод остановлен (М = 0).

Решение _:

Определяем значение коэффициента b:

.

Определяем давление столба газа:

Па

Пример. 2.8. Определить массовый и объемный расходы газа в газопро­воде длиной 10000 м, внутренним диаметром 0,3 м. Положительная разность отметок газопровода составляет 500 м. Избыточное давление в начале газопровода р₁= Па, в конце газопровода р₂= Па. Температура газа 5°С, плотность = 0,7 кг/м³, газовая постоянная R=500 Нм/(кгК), Т_кр= 190,5 К, р_кр= Па.

Решение

Определяем коэффициент:

.

Определяем приведенные давление и температуру:

.

Коэффициент сжимаемости по графикам равен 0,95. Массовый расход

кг/с.

Объемный расход газа

м³/с.

Суточный расход газа

кг/сут.

Объемный суточный расход газа

м³/сут.

Пример 2.9. Определить перепад давления в наклонном газопроводе при положительной разности отметок =300 м. Диаметр газопровода 200м, длина 5000 м. Температура газа 7°С, газовая постоянная R=500 Нм/(кгК). Т_кр = 190,5 К, р_кр=4,74 Па, плотность = 0,7 кг/м³, объемный расход газа Q=100 000 м³/сут, избыточное давление в начале газопровода р₁= Па, коэффициент гидравлического сопротивления газопровода = 0,02.

Решение

Определяем секундный массовый расход газа:

кг/с.

Определяем коэффициент сжимаемости z по приведенным параметрам:

.

Коэффициент сжимаемости из графика z 1. Находим коэффициент:

.

Определяем давление в конце газопровода:

Перепад давления

Па.

Пример 2.10. Определить диаметр транзитного газопровода среднего давления для подачи газа от газораспределительной станции к промышленному предприятию в количестве Q= 4000 м³/ч. Длина газопровода =4000 м, не­обходимое абсолютное давление газа па вводе в заводской газораспределительный пункт р_к= Па, начальное абсолютное давление р_н= Па.

Решение

Для одного и того же расхода газа может подойти газопровод различного диаметра, но падение давления в нем и давление перед ГРП будет различное. Определим необходимый диаметр газопровода методом подбора.

Расчетная длина газопровода _р= =4200м. Задаемся условным диаметром газопровода D_y=250 мм и определяем по номограмме на рис. 2.11.

при расходе газа Q= 4000 м/ч значение

.

Тогда конечное давление перед ГРП

Па.

Задаемся условным диаметром газопровода D_y= 200 мм, находим для него новое значение А=0,75 и определяем давление перед ГРП при этом диаметре:

Па.

При диаметре D=150мм и А=2,3

Па.

Из полученных данных видно, что наиболее подходящим условным диаме­тром будет D_y= 200 мм. Газопроводы большим диаметром при излишнем давлении окажутся более металлоемкими, а газопроводы меньшим диаметром не обес­печат необходимого давления перед ГРП.

Задачу можно решить проще, если предварительно определить максимально допустимое значение А для газопровода:

Па²/км.

Далее по номограмме подбираем диаметр, для которого действительное значение А будет ближайшим меньшим, т. е. D_y=200 мм.

Давление перед ГРП при этом диаметре определяется так же, как и в прежнем варианте решения.

Пример 2.11. Требуется выполнить гидравлический расчет тупиковой разветвленной сети среднего давления (рис. 2.11). Давление в начале сети р_н= Па, давление перед потребителями р_к= Па.

Решение

Расчет газопровода производим по методике расчета разветвленных тупико­вых газопроводов высокого и среднего давления.

Нумеруем все узлы ответвления сети и проставляем на расчетной схеме длины участков, определяя их по длине кварталов и по ширине улиц. Далее определяем и проставляем па расчетной схеме расходы газа по участкам сети.

Расходы газа на отводах к потребителям равны расходам газа потребителями (в м³/ч):

Рис. 2.12. Расчетная схема тупиковой сети среднего давления:

РК – районная котельная; Х – хлебозавод; БПК - банно-прачечный комбинат; 1,46; 0,53; 0,25; 0,515 и 0,73 - длина участков в км; 10492, 9192, 7018, 2174 и 450 - расчетные расходы газа в м³/ч; 200, 125 и 80 - условные диаметры газопроводов в мм.

Расходы газа на ответвлениях к нескольким потребителям определяем как сумму расходов всех присоединенных участков:

м³/ч.

Расходы газа по основной магистрали определяем аналогично:

м³/ч.

и т. д.

Нанесем величины этих расходов на расчетную схему и составим расчетную табл. 2.8. Проставляем номера расчетных участков только основной магистрали, начиная от ГРС до конечного потребителя (хлебозавод). Ответвления и отводы от основной магистрали будут определены после расчета магистрали.

Таблица 2.8

Расчет газовой сети среднего давления

Участок (см.рис.2.12)	Длина участка, км		Па2/км	Расчетный расход газа Qр, м3/ч	Условный диаметр газопровода Dy, мм	А	А р	Давление на участке, Па
	по плану	расчетная =1,1						в начале	в конце
ГРС-2 2-3 3-4 4-Х	1,46 0,53 0,515 0,7	1,61 0,58 0,57 0,77	3,9 3,9 3,9 3,9	10492 9192 2174 450	200 200 125 80	4,9 3,8 3,8 1,2	7,89 2,20 1,71 0,92	4 2,84 2,43 2,05	2,84 2,43 2,05 1,81
2-ГРП 4-ГРП-2 3-5 5-БПК РК-1	0,05 0,05 0,25 0,23 0,04	= =3,53 0,055 0,055 0,275 0,253	106 36 6,95 6,95 69	1300 1724 7018 1136 5882	80 100 200 80 150	10 6,7 2,3 7,2 8,7	0,55 0,37 0,63 1,82 0,38	2,84 2,05 2,43 2,30 2,30	2,75 1,96 2,30 1,86 2,2
		= =0,528 0,044

Длину берем из расчетной схемы. При определении диаметров газопроводов пользуемся номограммой для расчета газопроводов среднего и высокого давления.

Номограмма дает зависимость между тремя величинами расходом газа Q, диаметром газопровода и комплексной величиной А, из которых известен только расход газа. Таким образом, имеем одно уравнение с двумя неизвестными, Пред­полагая, что располагаемый перепад давления затрачивается равномерно по всей магистрали, по номограмме на рис. 2.11 определяем среднее значение величины А:

Па²/км.

Далее подбираем диаметры магистрали так, чтобы значение А для каждого участка было по возможности ближе к значению Па²/км. Опреде­ляем диаметр участка ГРС-1, откладывая на шкале расхода номограммы расход газа на участке м³/ч и на шкале =А полученное значение Па²/км. Точка пересечения 1 оказалась между линиями диаметром D_y= 200 мм и D_y=250 мм. Продвигаясь по линии того же расхода вверх или вниз до линии ближайшего диаметра, находим искомый диаметр D_y = 200 мм.

Проектируем точку пересечения расхода газа с найденным диаметром на ось А и находим действительное значение Па²/км. Вносим полу­ченные значения D_y = 200 мм и Па²/км в расчетную табл. 2.8 и определяем давление газа в конце участка:

Па.

Аналогично рассчитываем все остальные участки магистрали, определяем все диаметры и давления в узлах и перед последним потребителем — хлебозаво­дом. При этом конечное давление для одного участка будет начальным давлением для следующего. Если давление перед последним потребителем меньше или зна­чительно больше необходимого, надо пересчитать какой-либо из участков, до­биваясь необходимого давления.

В данном случае имеем давление 0,18 МПа вместо заданного 0,15 МПа. Проверяем, можно ли более рационально использовать избыточное давление для участка 4-Х, который имеет наименьшее значение А. Для этого задаемся меньшим диаметром участка и проверяем величину давления на вводе на участке хлебозавод.

Примем диаметр участка 4-Х равным 70 мм. По номограмме находим А=3. Давление перед хлебозаводом

Па,

т. е. меньше необходимого. Оставляем прежний диаметр, и расчет магистрали считаем законченным.

Далее рассчитываем отводы от главной магистрали к отдельным потре­бителям.

Длина участка 2-ГРП-1 по плану = 0,05 км; расчетная длина = 1,1 =0,055 км; расчетный расход газа =450м³/ч.

Определяем максимально допустимое значение А для участка по ранее по­лученному давлению в начале участка ( Па) и необходимому давле­нию в конце участка ( Па).

Подбираем диаметр отвода по полученному значению:

Па²/км.

В данном случае значение А получилось слишком большим. Принимаем газопровод диаметром 80 мм, при этом получим А= Па²/км и находим Па. Все вычисления сведены в расчетную табл. 2.8, Подобным же образом рассчитываем и отвод к ГРП.

Затем рассчитываем ответвления к отдельным зданиям. Если ответвление сложное, его рассчитываем аналогично основной ветви. Таким образом выполнен расчет к банно-прачечному комбинату. Если ответвление более простое (к двум или к трем потребителям), его можно не выделять отдельно, а рассчитывать вместе со всеми отводами.