Графоаналітичний метод розрахунку мереж газопостачання низького тиску

У розподільних мереж газопостачання низького тиску, що обслуговують житловий і громадський сектори населених пунктів, надлишковий тиск не перевищує 3000 Па. За функціональним призначенням зовнішні мережі газопостачання низького тиску підрозділяються на вуличні, внутрішньокварта-льні і дворові газопроводи. За структурою мережі газопостачання низького тиску діляться на кільцеві та розгалужені (тупикові). Кільцеві мережі забезпечують високу надійність газопостачання, однак їх будівництво вимагає більших капітальних витрат. Існуючі системи газопостачання населених пунктів мають здебільшого комбіновану структуру: основні споживачі живляться від кільцевої мережі, а периферійні - від тупикових мереж газопостачання.

Проектування мережі газопостачання низького тиску можна виконувати за двома методами. Перший метод включає два етапи. На першому етапі виконується графоаналітичний розрахунок за допомогою спеціальних графіків - номограм. Використання номограм дає змогу вибрати необхідні діаметри ділянок мережі газопостачання та обчислити приблизні значення втрат тиску від тертя на окремих ділянках. На другому етапі виконується уточнений аналітичний розрахунок мереж газопостачання низького тиску, який дає можливість уточнити втрати тиску від тертя, а для кільцевих структур -виконати з необхідною точністю гідравлічну ув'язку кілець з врахуванням дії законів Кірхгофа.

Другий метод розрахунку, що реалізується за один етап, є виключно аналітичним, він не передбачає використання графіків, всі гідравлічні розрахунки газових мереж виконуються за математичними моделями, які закладаються в обчислювальні алгоритми і комп'ютерні програми.

Розглянемо методику графоаналітичного розрахунку мережі газопостачання низького тиску на прикладі розрахунку мережі газопостачання низького тиску комбінованої структури, схема якої наведена на рисунку 5.5.

Вихідні дані для графоаналітичного розрахунку:

конфігурація мережі газопостачання; довжини ділянок l_і;

питомі шляхові витрати газу для кілець і зон q_і;

допустимі втрати тиску в мережі ΔР_доп = 1200 Па.

Мета розрахунку - необхідно так підібрати діаметри кожної ділянки мережі, щоб максимально використати допустимий перепад тиску. Для закільцьованої частини мережі газопостачання при гідравлічному розрахунку необхідно врахувати дію законів Кірхгофа.

Рисунок 5.5. Розрахункова схема мережі газопостачання низького тиску комбінованої структури

Складання розрахункової схеми та визначення розрахункових витрат газу

Мережі газопостачання, схема яких зображена на рисунку 5.5, це частина складної системи вуличних газопроводів міста. Мережі газопостачання мають комбіновану структуру, вони складаються з двох кілець (контурів) і двох тупикових газопроводів.

Складаємо розрахункову схему мережі газопостачання низького тиску. Кільця позначаємо римськими цифрами, зони газопостачання, які не замкнені газопроводами, позначаємо великими латинськими буквами. Для конкретного випадку, що розглядається, кільця позначаємо цифрами І і II, а зону позначаємо буквою А. Ділянки, що мають велику протяжність, ділимо на кілька приблизно однакових частин. Це дає змогу вибрати різні діаметри для кожної частини довгої ділянки і тим самим зменшити металоємність і вартість мережі газопостачання. Нумеруємо цифрами у довільній послідовності початки і кінці кожної розрахункової ділянки мережі газопостачання. Вибираємо напрямки руху газу в газовій мережі за таким принципом: газ повинен рухатись від джерела живлення до віддалених точок найкоротшим шляхом, не повертаючись назад. Позначаємо стрілками кінці тупикових ділянок. Для спрощення розрахункової схеми вводимо умовні тупики. Місце розташування умовних тупиків у кожному кільці знаходимо з врахуванням об'єктивної дії другого закону Кірхгофа: для кожного кільця по приблизно половині ділянок газ повинен рухатися за стрілкою годинника, по другій половині - проти стрілки годинника. Для знаходження місця введення в схему умовних тупиків зручно в більшості випадків використовувати так зване правило діагоналі: у кільці умовні тупики доцільно розміщати по діагоналі від вузла, в якому розміщене джерело живлення (ГРП). Так, наприклад, для кільця І вводимо тупик 2-6, кінець якого знаходиться по діагоналі від точки 8, в якій знаходиться ГРП. Умовні тупики також позначаємо на розрахунковій схемі стрілками (див. рисунок 5.5).

Знаходимо основні напрямки руху газу - напрямки від джерела живлення до найбільш віддалених точок мережі газопостачання. Здебільшого приймають, що кількість основних напрямів руху газу відповідає кількості ділянок, які виходять від джерела живлення. У випадку, що розглядається, приймаємо три основні напрямки руху газу:

перший 8-4-3-2-1 довжиною L_о1=650 м;

другий 8-7-6-2 довжиною L_о2 = 500 м;

третій 8-11-10-9 довжиною L_о3 = 450 м.

Для всіх ділянок мережі газопостачання обчислюємо шляхові, транзитні та розрахункові витрати газу. Шляхову витрату газу знаходимо за формулою

Q_ш=ql (5.33)

де q - питома шляхова витрата газу для ділянки мережі, яка визначається таким чином:

якщо ділянка належить тільки одному кільцю, то питома шляхова витрата ділянки дорівнює питомій шляховій витраті цього кільця;

якщо ділянка належить двом кільцям, то питома шляхова витрата ділянки дорівнює сумі питомих шляхових витрат цих двох кілець;

якщо ділянка належить кільцю і зоні, то питома шляхова витрата ділянки дорівнює сумі питомих витрат кільця і відповідної зони;

l - геометрична довжина ділянки газопроводу.

Транзитну витрату газу для кожної ділянки мережі газопостачання знаходимо за формулою

(5.34)

де п - кількість ділянок по даному напрямку руху газу, початок яких збігається з кінцем ділянки, для якої обчислюється транзитна витрата газу.

Розрахункову витрату газу для кожної ділянки мережі газопостачання низького тиску знаходимо за формулою

(5.35)

Результати обчислень витрат газу доцільно звести у таблицю (див. таблицю 5.1. Для полегшення розрахунків транзитних витрат газу ділянки газопроводів у зазначену таблицю слід заносити за таким принципом: починати з кінця, йти проти руху газу, збираючи його. Це дає змогу полегшити застосування формули (5.34) при визначенні транзитних витрат газу для ділянок газопроводів.

Таблиця 5.1 - Результати розрахунку витрат газу для ділянок газової мережі низького тиску комбінованої структури

Ділянка	Довжина, м	Питома шляхова витрата газу, м3/ (год м)	Шляхова витрата газу, м3/ год	Транзитна витрата газу, м3/год	Розрахункова витрата газу, м3 /год
1-2 2-3 3-4 4-8 2-6 5-6 9-6 6-7 7-8 910 10-11 11-8 Разом	150 150 150 200 200 100 150 150 150 150 150 150	0,05 0,1 0,1 0,1 0,15 0,05 0,2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2	7,5 15 15 20 30 5 30 45 45 30 30 30 Σ=302,5	0 7,5 22,5 37,5 0 0 0 65 110 0 30 60	3,8 15 30 47,5 15 2.5 15 87,5 132,5 15 45 75

Виконуємо перевірку правильності визначення транзитних витрат газу для ділянок мережі газопостачання. Спочатку знаходимо суму шляхових витрат газу для всієї мережі газопостачання і результат записуємо унизу таблиці (див. таблицю 5.1)

Далі знаходимо суму шляхових і транзитних витрат газу для ділянок, що безпосередньо виходять від джерела живлення. Для мережі газопостачання, що розраховується маємо

Q_ОН =(20+37,5)+(45+110)+(30+60)=302,5 м³/год.

В обох випадках повинні бути одержані однакові результати. Розрахункові витрати газу на ділянках необхідні для подальшого гідравлічного розрахунку мережі газопостачання.