Учебное пособие 800357

Каждому стандартному диаметру, согласно номограммам, соответствуют два значения dн×S: первое следует принимать при подземной прокладке; второе (в скобках) – при надземной прокладке газопроводов. Толщины стенок труб распределительных сетей подземного газопровода должны быть не менее 3 мм, надземных – не менее 2 мм. В соответствии с этим для подземной прокладки трубы с наружным диаметром менее dн = 32 мм (dу = 25 мм) не применяются.

Контрольные вопросы

1.Трубопроводы из какого материала применяются при строительстве газопроводов?

2.Назовите алгоритм выбора диаметра труб с помощью номограммы.

3.Какой должна быть минимальная толщина стенок труб распределительных сетей подземного газопровода?

4.Приведите принципиальный вид номограммы для выбора диаметров трубпроводов.

4.Гидравлический расчет распределительных газовых сетей

низкого давления

Гидравлический расчет многокольцевых сетей включает гидравлическую увязку колец и определение давлений в узлах сети на расчетном режиме газопотребления. Известно, что для газопроводов низкого давления перепад давления участка

Prk rk Qrk1,75 , (2.31)

где αrk – гидравлическое сопротивление участка длиной lrk.

В результате увязки сети должен выполняться второй закон Кирхгофа для всех элементарных колец, а именно

где nk – количество участков кольца, шт.

Знак слагаемого (2.32) принимается положительном при совпадении направления течения газа на участке с направлением обхода контура кольца по часовой стрелке, отрицательным – в противоположном случае. После предварительного потокораспределения и выбора диаметров труб выполняется первый и остается невыполненным второй закон Кирхгофа, то естьдля каждого кольца

где Pk – невязка по кольцу, Па.

Для выполнения условия гидравлической увязки кольца при ручном счете допускается остаточная невязка по кольцу δPk, не превышающая 10 %, то есть

61

Для увязки колец используется приближенная формула, полученная на основе формул Лобачева – Кросса [1], позволяющая вычислить величину контурного поправочного расхода ΔQk, м3/ч.

где пу.в – число участков данного кольца, принадлежащих смежным увязанным кольцам.

Ниже изложена методика гидравлической увязки многокольцевой газовой сети низкого давления.

1. Вычисляются кольцевые невязки для каждого кольца Pk и δPk по формулам (2.33), (2.34) по результатам предварительного потокораспределения (см. столб. 8, табл. 2.4). Кольца, для которых выполняется условие (2.34) считаются увязанными;

Qk. Вносится поправка в расходы участков данного кольца, за исключением участков, принадлежащих смежным увязанным кольцам (для этих участков

где Qrk(0) – расчетный расход нулевого приближения (см. данные столб. 3, табл. 2.4),

м3/ч; Qrk(1) – исправленный расчетный расход участка первого приближения,м3/ч; Правило знаков в формуле (2.36) следующее: если кольцевая невязка

Pk>0, то для участков кольца с течением по часовой стрелке становится знак (-), против часовой – знак (+); если Pk<0, то для участков с течением по часовой стрелки становится знак (+), против часовой стрелки – знак (-);

4. Определяются потери давления участков кольца для полученных новых расходов, Qrk(1ф) , Па, по формуле пересчета

где Prk(0ф) – потери давления участка, соответствующие Qrk(0) (столб. 8, табл. 2.4), Па;

5.Вычисляется значение δPk данного и смежных с ним колец. Кольца, для которых выполняется условие (2.34), считаются увязанными;

6.Пересчитываем значение Qk для колец, смежных с увязываемыми, для которых не выполняется условие (2.34), по формуле (2.35) и из всех неувя-

занных колец сети выбираем для увязки то, у которого Qk наибольшее по абсолютному значению;

62

7.Повторяется процедура увязки выбранного кольца, начиная с пункта 3

итак далее, вплоть до увязки последнего кольца сети. Значения остаточных невязок увязанных колец Pk и δPk записываются в столбцы 13, 14, а окончательные величины Qrk и Prk – в столбцы 9, 11 табл. 2.4.

Пример расчета №3

Рассчитать распределительную сеть низкого давления (рис. 2.2) для снабжения природным газом жилого района (рис. 2.1) приняв в качестве исходных данных результаты расчета из примера 2.

Расчетное значение Pc = 1060 Па.

Решение

Вначале вычисляются потери давления участков по методу средних гидравлических уклонов, в соответствии с указаниями параграфа 2.3. Исходные данные и результаты расчета заносятся в столбцы 2, 4, 6 таблицы 2.5, составленной по образцу табл. 2.4. С этой целью выбирается главное направление 1→7→12→2→3 и вычисляется R этого направления и его ответвлений.

R1 7 12 2 3 1060/(760 450 690 730) 0,403 Па/м;

R1 10 6 (1060 0,403 760)/(200 350) 1,37 Па/м;

R7 8 (1060 0,403 760)/190 3,967 Па/м;

R10 11 (1060 0,403 760 1,37 200)/680 0,705 Па/м;

R2 9 1060 0,403(760 450 690) /180 1,635 Па/м;

R1 2 (1060 0,403 730)/460 1,665 Па/м.

Выбирается новое главное направление 1→5→4→3.

R1 5 4 3 1060/(500 1300 310) 0,502 Па/м;

R1 4 (1060 0,502 310)/750 1,206 Па/м;

R5 6 (1060 0,502 500)/860 0,941 Па/м.

После охвата всех участков вычисляется Prk по формуле (2.22) и производится проверка правильности вычислений (данные проверки здесь не производятся).

Выбираются диаметры трубопроводов участков сети с помощью номограммы и записываются значения диаметров в столбец 5 (табл. 2.5) для выбранных диаметров из той же номограммы находятся Rrkф и вычисляются Prkф, далее эти результаты заносятся в столбцы 7 и 8 таблицы, после чего переходят к гидравлической увязки сети.

Далее вычисляются контурные невязки по каждому кольцу по формуле (2.33) и (2.34), используя Prkф из столбца 8 таблицы.

Определяются величины поправочных расходов для каждого кольца по формуле (2.35), при этом считая, их независимыми друг от друга

63

64

Окончание табл. 2.5

Наибольший по абсолютной величине поправочный расход у IV кольца, с которого и начинают увязку.

Вычисляются новые значения расчетных расходов участков этого кольца по фор-

муле (2.36)

из двух не увязанных колец QkVI QkVII , поэтому производится увязка кольца VI. Для это-

го пересчитываются расходы участков этого кольца, кроме Q1-4 ,который принадлежит так же к увязанному кольцуIII и поэтому в процессе увязки не должен меняться.

перепады давления:

65

Остаточная невязка по VI кольцу

Расходы и перепады давления (nk - nув) участков

55,4 1,75

P5 6 1290 991 Па.64,3

Остаточная невязка по этому кольцу

PkVII 366 183 803 991 363 2 Па;PkVII 0,15 %.

Таким образом, сеть полностью увязана в пределах заданной точности и можно переходить к определению давления газа в узлах на данном режиме газопотребления. По результатам расчета заполняются столбцы 9, 11, 13, 14 табл. 2.5.

Контрольные вопросы

1.Чему равняется перепад давления участка для газопроводов низкого давления?

2.Запишите условие невязки для всех элементов кольца.

3.Запишите методику гидравлической увязки многокольцевой газовой сети низкого давления.

4.Какие величины заносятся в бланк гидравлического расчета?

5.Расчет газовых сетей средней (высокой) ступени давления

5.1. Выбор диаметров и гидравлический расчет газопроводов

Распределительная сеть средней (высокой) ступени давления чаще выполняется незакольцованной (тупиковой), к которой присоединяются сосредоточенные крупные потребители газа, как например котельные (ТЭЦ), промпредприятия, ГРП более низких ступеней давления, банно-прачечные комбинаты, хлебозаводы и так далее, потребляющие газ данного давления.

66

При трассировке сетей среднего (высокого) давления следует руководствоваться указаниями [10], согласно которым допускается укладка газопроводов низкого и среднего (высокого) давлений в одной траншее.

Определение расчетных расходов участков сети (расчет потокораспределения) при одном узле питания (ГРС) производится путем последовательного суммирования расходов потребителей, питающихся в конце участка. Так как путевая составляющая расхода равна нулю, то, следовательно, расчетный расход по длине участка не меняется.

Гидравлические потери давления участка сети

где Pr, Pk – абсолютное давление соответственно в начальном и конечном (по направлению движения газа) узлах участка, МПа.

Гидравлический уклон участка сети Rrk, МПа2/м, без учета местных потерь давления

При известном давлении в начале участка Pr, используя формулы (2.37), (2.38) получается выражение для определения давления в конце участка, Pk, МПа

Методика расчета незакольцованной распределительной сети среднего (высокого) давления представлена ниже.

1.При известном из задания давлении перед городом (после ГРС) задаются (либо принимают в соответствии с исходными данными на проектирование) давлениями газа перед потребителями (например, P12, P16 и т.д., рис. 2.3).

2.Выбирается главное направление от узла питания до конечного, наиболее удаленного узла, например 10→11→13→15→17 (рис. 2.3) и определяют средний гидравлический уклон по этому направлению.

3.Последовательно рассматривая каждый участок выбранного направления, по формуле (2.39) вычисляются неизвестные давления в узлах. Расчет начинается с участка, начальным узлом которого является узел питания с заданным давлением Pr = PГРС (например, участок 10-11). Начальным узлом следующего участка является конечный узел предыдущего участка, давление в котором уже определено (например, узел 11) и так далее.

4.После определения давлений при вычисленных расчетных расходах участков выбираются диаметры трубопроводов с помощью номограммы. С этой целью точку на шкале давлений (рис. 2.5), соответствующую потерям давления рассматриваемого участка, соединяют прямой с отметкой длины участка на шкале длин (точка 2). Точку пересечения этой прямой со шкалой I (точка 3)

67

соединяют с точкой, соответствующей расходу участка на шкале расходов (точка 4). Пересечение этой прямой со шкалой диаметров (точка 5) дает расчетное значение диаметра, которое округляется до ближайшего стандартного из сортамента (точка 6).

В случае если длина участка выходит за пределы шкалы длин, ее уменьшают в целое число раз и во столько же раз уменьшают величину Pr2 Pk2 (так, чтобы Rrk участка не изменилось). В дальнейшем процедура выбора диаметра трубы сохраняется прежней.

5. Далее проводится поверочный расчет, целью которого является уточнение давлений в узлах при выбранных стандартных диаметрах труб, отличающихся от расчетных. Для этого проводят прямую через точку на шкале расходов и точку на шкале стандартных диаметров (точки 4 и 6) до пересечения со шкалой I (точка 7). Через эту точку и точку на шкале длин (точки 7 и 2) проводят прямую до пересечения со шкалой давлений (точка 8), выписывая фактические значения потерь давления участка Prkф Pr2 Pk2 ф .

6. Пересчитывают значение Pkф узла при неизменной (вычисленной из расчета предыдущего участка) величине Prф по формуле

Подобный пересчет производим для всех узлов сети (исключая узел питания), в том числе и для конечных узлов перед потребителями (например,

узлы 12, 15, 16 и т.д., рис. 2.3). В слу-

чае если давление газа перед потребителем окажется за пределами допустимого, необходимо изменить соответствующий диаметр, в чём собственно и состоит гидравлическая увязка разветвлённой сети. На этом гидравлический расчёт сети заканчивается.

Результаты расчета сводятся в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 Результаты гидравлического расчета распределительной сети среднего

(высокого) давления

68

Расчет кольцевых сетей среднего (высокого) давления, в частности определение гидравлических потерь и расчётных расходов участков, производится по методикам, изложенным в разделах 2.3, 2.4, однако вместо формулы (2.22) следует использовать формулы (2.37) и (2.38). Выбор диаметров производится в соответствии с рекомендациями раздела 5, по номограммам. Гидравлический расчет производится по методике, изложенной в разделе 4, однако вместо формул (2.31), (2.32), (2.35) и (2.36а) следует пользоваться формулами соответственно

5.2. Выбор оборудования сетевого регуляторного пункта

После расчета сетей низкой и средней (высокой) ступени давления появляется возможность уточнения типа регуляторного пункта питающего сеть низкого давления, по величине пропускной способности регулятора давления газа.

Для регуляторных пунктов с технологической линии на базе регуляторов РД-32М и РД-50М пропускная способность Qp, м3/ч определяется по формулам при (Pвх/Pвых) ≤ 2

где Pвх – абсолютное давление газа перед регулятором (приближенно можно принять равным абсолютному давлению перед регуляторным пунктом), МПа; Pвых – абсолютное давление газа после регулятора (приближенно можно принять равным абсолютному давлению в узле питания после ГРП), МПа;г – плотность газа, м3/ч;

Qn – паспортная пропускная способность регулятора, м3/ч, принимаемая по данным таблицы 2.7.

69

Таблица 2.7

Технические данные регуляторов типа РД

где f – площадь седла клапана, см2 (табл. 2.8); α – коэффициент расхода (табл. 2.8);

φ – коэффициент, зависящий от отношения Pвых/Pвх (рис. 2.6).

Расчетная пропускная способность регуляторного пункта должна быть больше номинальной не меньше чем на 15÷20 %, то есть Qp Qpп 15 20%.

Здесь Qpп номинальная пропускная способность регуляторного пункта, определенная согласно пункту 8 раздела 2.4.

70