Расчет газопроводов из полиэтиленовых труб

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

В. В. Артихович Е. А. Волчек А. С. Шибеко

РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ

Учебно-методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов

специальности 1-70 04 02 «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна»

Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области строительства и архитектуры

Минск

БНТУ

2019

1

УДК 696.2(075.8) ББК 38.763я7 А86

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра «Энергетика» Белорусского государственного аграрного технического университета

(зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. В. А. Коротинский);

Е. Н. Тишковец

Артихович, В. В.

А86 Расчет газопроводов из полиэтиленовых труб : учебно-методи- ческое пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 1-70 04 02 «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» / В. В. Артихович, Е. А. Волчек, А. С. Шибеко. – Минск: БНТУ, 2019. – 115 с.

ISBN 978-985-550-990-6.

Издание предназначено для студентов специальности 1-70 04 02 дневной и заочной формы получения образования и рекомендуется к использованию при выполнении курсового и дипломного проектов по газоснабжению. В учебно-методическом пособии рассматриваются вопросы использования полиэтиленовых труб для строительства распределительных газопроводов. Приводятся формулы для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах низкого, среднего и высокого давления, а также таблицы и номограммы, построенные по этим формулам. Излагается методика расчета разветвленных и кольцевых газовых сетей различного давления с путевыми и сосредоточенными расходами, приводятся примеры расчета таких сетей в соответствии с программой дисциплины «Газоснабжение», утвержденной Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образованию в области строительства и архитектуры.

Учебно-методическое пособие может быть полезным для работников газовых проектных организаций.

2

Глава 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Длительный опыт эксплуатации стальных газопроводов показал, что в большинстве случаев нормативный срок их службы, составляющий 40 лет, не выдерживается.

Альтернативой стальным трубам стали трубы из полимерных материалов. Наиболее широкое применение в строительстве распределительных газопроводов из неметаллических труб получили полиэтиленовые, которые обладают рядом положительных качеств по сравнению со стальными:

высокой коррозионной стойкостью к внешней среде и транспортируемому газу;

незначительным весом и легкой обработкой труб;

повышенной пропускной способностью (приблизительно на 20 %) благодаря гладкой поверхности (эквивалентная шероховатость стенки стальной трубы kэ = 0,01 см, полиэтиленовой – kэ =

=0,002 или 0,0007 см);

достаточно высокой прочностью при эластичности и гибкости;

низкой газопроницаемостью;

простотой и надежностью соединения;

легкостью монтажа.

К недостаткам полиэтиленовых труб следует отнести:

горючесть;

изменение свойств под воздействием прямых солнечных лучей;

деструкцию материала при температуре выше 30 С;

повышенную окисляемость при нагревании;

высокий коэффициент линейного расширения (в интервале температур 20–30 С);

усталостные процессы.

В последние годы в Республике Беларусь наблюдается устойчивая тенденция к перераспределению объемов строящихся газопроводов в пользу полиэтиленовых труб.

Полиэтилен производится методом полимеризации углеводородного газа этилена.

3

В зависимости от плотности различают полиэтилен низкой, средней и высокой плотности (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Значения плотности полиэтиленового сырья

Для газопроводов используются полиэтилены средней и высокой плотности.

Квалификация трубных марок полиэтилена осуществляется в соответствии с международными стандартами ISO 12162 и ISO 9080 и определяет минимальную длительную прочность полиэтиленовых труб MRS (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Длительная прочность полиэтилена по классификации MRS

Значение MSR используется для определения максимального рабочего давления в трубопроводе MOP (МПа), допускаемого для постоянной эксплуатации. Величина этого давления для конкретной марки полиэтилена при принятых при проектировании коэффициенте запаса прочности C, номинальном наружном диаметре d (мм),

и толщине стенки трубы (мм), рассчитывается по формуле

4

где MOP – максимальное рабочее давление для полиэтиленовых трубопроводов, МПа;

MRS – минимальная длительная прочность, МПа;

SDR – стандартное размерное отношение – отношение номинального наружного диаметра трубы d (мм) к номинальной тол-

щине стенки , мм;

C – коэффициент запаса прочности, зависящий от назначения трубопровода и условий эксплуатации.

Для строительства подземных газопроводов должны применяться трубы, соответствующие требованиям СТБ ГОСТ Р 50838. Трубы для газопроводов изготавливаются из полиэтилена с минимальной длительной прочностью MRS 8,0 МПа (ПЭ 80) и MRS 10,0 МПа (ПЭ 100). Трубы ПЭ 63 для строительства новых газопроводов не применяются.

Тип полиэтилена и SDR трубы принимаются по табл. 1.3 в зависимости от максимального рабочего давления в газопроводе, условий эксплуатации и принятого с их учетом расчетного значения коэффициента запаса прочности C.

Таблица 1.3

Марка полиэтилена и SDR трубы в зависимости от максимального рабочего давления и коэффициента запаса прочности C

5

Полиэтиленовые трубы следует применять при строительстве:

межпоселковых газопроводов давлением не более 1,2 МПа;

газопроводов от газораспределительных станций (ГРС) до линии перспективной застройки населенного пункта давлением не более 1,2 МПа;

распределительных газопроводов давлением не более 0,6 МПа на территории населенного пункта;

вводов в жилые дома давлением не более 0,6 МПа при газификации кварталов и районов индивидуального жилищного строительства, жилого фонда в городах, поселках городского типа и сельских населенных пунктах.

Область применения полиэтиленовых труб для прокладки газопроводов в зависимости от состава и давления газа следует принимать в соответствии с табл. 1.4.

Таблица 1.4

Область применения полиэтиленовых труб при строительстве газопроводов

Типоразмеры труб, применяемые для строительства газопроводов, приведены в табл. 1.5.

6

Трубы больших диаметров (355, 400 мм и т. д.) и других значений SDR могут использоваться только при наличии специального разрешения Госпромнадзора Республики Беларусь.

Таблица 1.5

Стандартные условные и наружные диаметры полиэтиленовых труб в соответствии с СТБ ГОСТ Р 50838

1.Для значений, отмеченных знаком *, расчетная толщина стенки округлена до 2,3 мм для SDR 11 и до 3,0 мм – для SDR 9.

2.Номинальный наружный диаметр соответствует минимальному среднему наружному диаметру.

7

Глава 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ

Распределительные газопроводы низкого, среднего и высокого давления работают в турбулентном режиме.

Газопроводы низкого давления работают в области гидравлически гладких труб. Для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах низкого давления с абсолютной эквивалентной шероховатостью внутренней поверхности стенки трубы kэ = 0,002 см может быть использована следующая формула:

где P – потери давления на участке газопровода, Па; Vр – расчетный расход газа, м3/ч;

d – внутренний диаметр газопровода, см;

о – плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

– коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с; Lр – расчетная длина участка газопровода, м.

Распределительные газопроводы среднего и высокого давления работают в режиме гидравлически шероховатых труб. Для расчета потерь давления в газопроводах среднего и высокого давления из полиэтиленовых труб с kэ = 0,002 см может использоваться выражение

где Pн и Pк – соответственно начальное и конечное абсолютные давления на участке газопровода, МПа;

Lр – расчетная длина участка, км.

По выражениям (2.1) и (2.2) определены удельные R = P/Lр (Па/м) и среднеквадратичные A = (Pн2 – Pк2) / Lр (МПа2/км) потери давления для полиэтиленовых газопроводов с kэ = 0,002 см диаметром от 20 до 400 мм при различных расходах газа. По результатам расчетов составлены таблицы (прил. А–Г) и построены номограммы для гидравлического расчета полиэтиленовых газопроводов всех давлений с эквивалентной абсолютной шероховатостью внутренней поверхности стенки трубы kэ = 0,002 см (рис. 2.1–2.4).

8

При расчете газопроводов из полиэтиленовых труб диаметром до 225 мм (SDR 11) c kэ = 0,0007 см могут быть использованы номограммы, приведенные в российском «Своде правил по проектированию и строительству распределительных систем» [6] и прил. Д.

Рис. 2.1. Номограмма для определения потерь давления в газопроводах низкого давления из полиэтиленовых труб

9