5.5 Методика розрахунку кільцевої газової мережі

середнього тиску одноступеневої системи газопостачання

Традиційна система газопостачання населеного пункту включає як перший ступінь складну систему газопроводів низького тиску, які мають комбіновану структуру – поєднання кільцевої та розгалужених частин.

В останні роки при газифікації сільських населених пунктів почали часто використовувати одноступеневі системи газопостачання, газові мережі яких є складною трубопровідною системою газопроводів середнього тиску. Подавання газу побутовим споживачам здійснюється через комбіновані будинкові регулятори тиску (далі КБРТ).

Через наявність в населеному пункті значної кількості КБРТ, що мають приблизно однакову витрату газу і розташовані на приблизно однаковій віддалі, при гідравлічному розрахунку одноступеневих систем газопостачання з достатньою для практичних потреб точністю можна використовувати математичну модель газопроводу з рівномірним і безперервним відбором газу по довжині.

Нижче наведена характеристика розроблених нами обчислювального алгоритму і програмного забезпечення для виконання проектного гідравлічного розрахунку кільцевих газових мереж середнього тиску в одноступеневій системі газопостачання.

Розглянемо кільцеву газову мережу середнього тиску, яка складається з контурів. Кожен контур включає довільну кількість ділянок, що можуть межувати з будь-яким контуром.

Задані стандартні діаметри труб і значення абсолютної еквівалентної шорсткості їх внутрішньої поверхні.

Відомі довжини ділянок, розрахункові витрати газу на них, фізичні властивості транспортованого газу, середня температура газу. Розрахункові витрати газу на ділянках знаходяться через шляхові та транзитні витрати газу за методами, що детально описані у розділі 7.

Метою розрахунку є вибір таких діаметрів ділянок газової мережі, при яких максимально використовується заданий перепад тиску і виконуються закони Кірхгофа з необхідною точністю.

Вводимо у пам‘ять ЕОМ набір стандартних внутрішніх діаметрів труб, що застосовуються для прокладання газових мереж середнього тиску.

Вводимо комплекс вхідних даних, що включає фізичні властивості газу, середню температуру газу, необхідну точність розрахунку, допустиму швидкість газу, початковий і кінцевий тиск газу в газовій мережі.

Позначаємо кількість контурів у мережі . Номер контуру позначаємо індексом ), номер ділянки у контурі в довільному порядку позначаємо індексом . Таким чином, довільна ділянка одержує подвійний індекс: перша цифра показує номер контуру, друга – номер ділянки в контурі. Третій індекс показує номер контуру, з яким межує - а дільниця -ого контуру. Для ділянок, що не межують з іншими контурами приймаємо . Вводимо масиви даних по витраті газу і довжинах ділянок.

Знаходимо середнє значення тиску газу в газовій мережі

, (5.26)

де - абсолютний тиск газу на початку газової мережі, - номінальний абсолютний тиск газу на вході будинкового регулятора тиску.

Методом послідовних наближень знаходимо середнє значення швидкості руху газу для конкретних умов газопостачання. Для цього спочатку обчислюємо середнє значення параметра в газовій мережі, що відповідає найважчим умовам газопостачання

, (5.27)

де - довжина найдовшого основного напрямку руху газу.

Задаємося максимальним значенням швидкості руху газу на ділянці газової мережі залежно від тиску

. (5.28)

Визначаємо внутрішній діаметр характерної ділянки газової мережі, що має середнє значення витрати газу , за формулою, яка рекомендована ДБН В.2.5-20

, (5.29)

де - середнє значення температури газу в газовій мережі.

Обчислюємо значення параметра на характерній ділянці при швидкості руху газу

, (5.30)

Порівнюємо розрахований параметр з максимально допустимим . Якщо різниця між ними перевищує задану точність розрахунку

, (5.31)

то зменшуємо швидкість руху газу за умовою

. (5.32)

У результаті реалізації методу послідовних наближень одержуємо середню швидкість руху газу в газовій мережі, що проектується.

Для виконання однотипних розрахунків для кожної ділянки газової мережі в програмі передбачаються обчислювальні цикли.

У межах перших двох циклів (зовнішнього за індексом і внутрішнього за індексом ) виконуються такі операції.

Для кожної ділянки за формулою (5.21) визначаємо необхідний внутрішній діаметр труби . Одержане значення діаметра заокруглюємо до найближчого більшого стандартного значення.

У межах наступних циклів проводяться такі розрахунки.

Для кожної ділянки газової мережі за формулою (5.22) знаходимо значення параметра .

Для виконання гідравлічної ув‘язки кілець витраті газу на ділянці і параметру присвоюємо знак “плюс”, якщо рух газу на ділянці відбувається за годинниковою стрілкою, і знак “мінус”, якщо газ на ділянці рухається проти стрілки годинника.

Далі виконується гідравлічна ув‘язка кілець. Для кожного контуру обчислюємо значення параметра , що показує ступінь виконання другого закону Кірхгофа

. (5.33)

Якщо хоча би для одного контуру параметр перевищує задану точність розрахунку , то необхідно виконати гідравлічну ув‘язку кілець шляхом введення поправочних витрат газу.

Враховуючи, що в газових мережах середнього тиску рух газу відбувається при розвиненому турбулентному режимі у зоні змішаного тертя або в квадратичній зоні, формула для поправочної витрати, що враховує нев‘язку в своєму контурі приймає вигляд

, (5.34)

де 2- значення коефіцієнта режиму руху газу для квадратичної зони турбулентного режиму.

Знаходимо значення поправочної витрату газу, яка враховує нев‘язку в сусідніх кільцях газової мережі

, (5.35)

де - поправочні витрати газу для всіх контурів, що межують з даним і мають з ним спільні ділянки.

Обчислюємо загальні поправочні витрати газу для всіх контурів газової мережі

. (5.36)

Для кожної ділянки газової мережі обчислюємо уточнені витрати газу за формулою

. (5.37)

Уточнені витрати газу підставляються у формулу (5.22) і розрахунок повторюється до тих пір, поки похибка Кірхгофа для всіх контурів не стане меншою від заданої точності розрахунку .

На друк виводяться внутрішні діаметри газової мережі, уточнені витрати газу, довжини ділянок і втрати тиску на них.

Описаний вище обчислювальний алгоритм реалізований нами у програмі GMKV. Програма за структурою циклічна, розгалужена, у ній реалізується метод послідовних наближень. Вона дає можливість виконати виключно аналітичними методами проектний розрахунок одноступеневої кільцевої системи розподілу газу.