4 Уточнений розрахунок газової мережі низького тиску комбінованої структури
Аналітичний розрахунок кільцевої частини мережі низького тиску за стандартизованою програмою
Розглянемо газову мережу низького тиску довільної структури, яка складається з будь-якої кількості контурів. Кожний контур складається з довільної кількості ділянок низького тиску. Кожний контур може мати ділянки, які межують з будь-яким іншим контуром.
Вхідні дані для розрахунку:
конфігурація газової мережі;
внутрішні діаметри ділянок;
масиви довжини і розрахункових витрат газу ділянок газової мережі;
фізичні властивості газу: густина
і кінематична в’язкість
за нормальних умов;абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труб
.
Мета розрахунку полягає у визначенні уточнених витрат газу і втрат тиску для ділянок газової мережі з врахуванням дії законів Кірхгофа при відомих діаметрах ділянок.
Для розрахунку
мережі вводимо фізичні властивості
газу за нормальних умов
,
,
абсолютну еквівалентну шорсткість
внутрішньої поверхні труби
,
точність гідравлічної ув’язки кілець
,
кількість контурів мережі
,
кількість ділянок у кожному контурі
.
Вводимо масиви
даних внутрішніх діаметрів
,
розрахункових витрат газу
,
індексів сусідніх контурів
для всіх ділянок газової мережі.
Обчислювальний алгоритм базується на використанні нормативних розрахункових моделей (4.1) - (4.4) які рекомендовані ДБН В 2.5-20.
Спочатку визначаємо число Рейнольдса за наступною формулою
, (4.1)
де - витрата газу, м3/год, при температурі 0С і тиску 0,10132 МПа;
- внутрішній діаметр газопроводу, см;
- коефіцієнт
кінематичної в’язкості газу, м2/с
при температурі 0С
і
тиску 0,10132 МПа;
Для ламінарного
режиму руху газу при
перепад тиску визначається за формулою
. (4.2)
Для критичного
режиму при
.
(4.3)
Для турбулентного
режиму руху газу при
,
(4.4)
де
-
втрати тиску від тертя на ділянці, Па;
- густина газу,
кг/м3,
при температурі 0С
і тиску 0,10132 МПа;
- довжина газопроводу постійного діаметру, м;
- еквівалентна абсолютна шорсткість внутрішньої поверхні стінки
труби, для стальних труб приймається – 0,01 см, а для поліетиленових
труб – 0,002 см.
Розрахункова витрата газу на ділянках розподільних зовнішніх газопроводів низького тиску, що мають шляхові витрати газу, слід визначати як суму транзитного та 0,5 шляхових витрат газу на даній ділянці
. (4.5)
Для кожної ділянки за формулою (4.6) знаходимо число Рейнольдса. Залежно від режиму руху газу вибираємо одну із формул (4.7)-(4.9) для визначення втрат тиску від тертя і у місцевих опорах на кожній ділянці.
. (4.6)
Для
.
(4.7)
Для
. (4.8)
При турбулентному
режимі
. (4.9)
За формулою (4.10) і (4.11) знаходимо для кожного контуру суму втрат тиску на ділянках, що входять у контур, з врахуванням знаків і за абсолютною величиною.
, (4.10)
. (4.11)
За формулою (4.12 )
визначаємо значення поправки Кірхгофа
для кожного контуру. Якщо хоча б для
одного контуру поправка
перевищує необхідну точність розрахунку
,
то виконується гідравлічна ув’язка
шляхом визначення та введення поправочних
витрат.
. (4.12)
Уточнені витрати підставляються у формулу (4.13) і розрахунок повторюється до тих пір, поки похибка Кірхгофа для всіх контурів не стане меншою від заданої точності розрахунку . На друк виводяться для кожного контуру газової мережі виводяться довжини ділянок, внутрішні діаметри, уточні витрати газу і втрати тиску на них.
Описаний вище обчислювальний алгоритм реалізований у програмі GMN2, яка написана на мові BASIC. Програма за структурою циклічна, розгалужена, в ній реалізується метод послідовних наближень. Параметри ділянок вводяться і виводяться у вигляді двомірних масивів.
Вхідні ідентифікатори програми зведені у таблицю 4.1.
Вхідні дані для розрахунку кільцевої газової мережі готуємо у вигляді таблиці 4.2.
Один із робочих варіантів програми передбачає використання файлу послідовного доступу. Це дає змогу при потребі багатократно роздруковувати результати розрахунку газової мережі, не вводячи при цьому значний обсяг вхідних даних. Для виконання зазначеної процедури необхідно після завантаження програми набрати на клавіатурі RUN 910, не використовуючи функціональної клавіші F2.
Таблиця 4.1 – Перелік ідентифікаторів програми GMN2
-
Назва параметра
Позначення
Одиниця вимірювання
В алгоритмі
В програмі
Коефіцієнт кінематичної в’язкості газу за нормальних умов
HU
м2/с
Густина газу за нормальних умов
RO
кг/м3
Абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труби
KE
см
Точність гідравлічної ув’язки контурів
EPS
%
Кількість контурів
NK
-
Масив індексів, що вказують номер сусіднього контуру
NM (K)
-
Масив довжин ділянок
J (K, I)
-
Масив довжин ділянок
L (K,I)
м
Масив розрахункових витрат газу на ділянках
Q (K,I)
м3/год
Масив внутрішніх діаметрів ділянок мережі
D (K,I)
см
Таблиця 4.2 - Вхідні дані для розрахунку кільцевої частини газової мережі
низького тиску
-
№ кільця
№ ділянки
Внутрішній діаметр D, см
Розрахункова витрата Q, м3/год
Геометрична довжина l, м
Номер сусіднього кільця
І
5-4
4-3
3-2
2-1
5-13
13-14
14-15
15-1
8,3
10,2
10,2
10,2
5,1
8,3
15
20,9
+57,8
+77,3
+96,8
+116,3
-14,5
-43,5
-292
-348
150
150
150
150
100
100
150
150
0
0
0
0
2
2
0
0
ІІ
7-6
6-5
5-13
13-14
7-8
8-9
9-10
10-14
5,1
7
5,1
8,3
5,1
8,3
10,2
15,0
+12,0
+36,0
+14,5
+43,5
-12,0
-62,0
-88,0
-182,0
150
150
100
100
150
100
100
200
0
0
1
1
0
0
0
0
Розрахунки за допомогою даної програми наведені в додатку Б.
Результати гідравлічного розрахунку кільцевої газової мережі низького тиску за програмою GMN2, зводимо у таблицю 4.3. Окрім того, результати гідравлічного розрахунку наносимо на розрахункову схему газової мережі.
Таблиця 4.3 – Результати проектного розрахунку газової мережі низького тиску кільцевої структури за допомогою стандартизованої програми
-
№ кільця
№ ділянки
№ сусіднього кільця
Довжина ділянки, м
Уточнена витрата газу, м3/год
Діаметр ділянки Dз×δ, мм
Уточнені втрати тиску на ділянці, Па
І
5-4
II
II
150
+49,6
89х3
+158
4-3
150
+69,1
108х3
+105
3-2
150
+88,6
108х3
+165
2-1
150
+108,1
108х3
+237
5-13
100
-20,3
57х3
-223
13-14
100
-49,3
89х3
-104
14-15
150
-300,2
159х4,5
-232
15-1
250
-356,2
219х5
-104
ІІ
7-6
I
I
200
+9,6
57х3
+87
6-5
100
+33,6
76х3
+178
5-13
150
+20,3
57х3
+223
13-14
150
+49,3
89х3
+104
7-8
150
-14,4
57х3
-181
8-9
150
-64,4
89х3
-169
9-10
200
-90,4
108х3
-114
10-14
150
-184,4
159х4,5
-127
Як приклад проведемо розрахунок для ділянки мережі 5-4.
Вихідними даними для аналітичного розрахунку є:
довжина ділянки =150 м,
внутрішній діаметр
=8,3
см,
розрахункова витрата газу на ділянці =49,6;
густина =0,826 кг/м3 і кінематична в'язкість =12,36 .10-6 м2/с;
середня температура газу в газовій мережі
=278К;абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні =0,01.
Знаходимо значення числа Рейнольда за формулою (4.1)
,
Так як число Re > 4000 втрати тиску визначаємо за формулою (4.9)
Па.