Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий. Учебное пособие
.pdf
Расход газа по жилым зонам, Qj, м3/ч, (рис. 2.2) вычисляется путем сум-
мирования расходов кварталов, составляющих соответствующую зону. В понятие зоны включается так же и область внутри кольца.
Рис. 2.2. Расчетная схема сетей низкого давления
Q
, м3/ч, по каждой зоне
i
где
Далее вычисляются удаленные путевые расходы
П
– пример газопровода, питающих зону i, м.
i
ПQq /
, (2.17)
iii
В составляющие параметры зоны следует включать так же и длины
участков – ответвлений внутри или вне контура кольца, от которых питается
зона, например
После этого вычисляются удельные путевые расходы участков,
l
или
1110
l
рис. 2.2.
87
п
q
, м3/(ч·м),
rk
как сумма удельных путевых расходов зон, питаемых от данного участка. Путе-
n
вые расходы участков,
l
где
– протяженность участков сети, м.
rk
Q
, м3/ч, определяются по формуле
rk
n
n
rk
,
lqQ
(2.18)
rk
rk
В качестве проверки правильности вычислений можно использовать
условие (2.19), точность выполнения которого должна быть не ниже 1%.
НД
n
QQ
n
rk
, (2.19)
П
Аналогично рассчитываются путевые участковые расходы (если таковые
имеют место) для сетей среднего (высокого) давления (рис. 2.3).
51
Рис. 2.3. Расчетная схема сетей высокого давления
Пример расчета №1
Определить для жилого района (рис.2.1) путевые участковые расходы сети низкого
давления (рис. 2.2) при известных значениях
нд
p
(потребление газа низкого давления фабрикой):
нд
п
Решение
нд
рс
ф
33
,/170;/2500
чмQQчмQ
3
чмQ
/23301702500
,
При известных значениях F
по формуле (2.16) определяется Qj; результаты расчета
kвj
сводятся в таблицу 2.1. Далее вычисляется расход газа Qj для каждой зоны и по формуле
(2.17) удельный путевой расход qi (табл. 2.2). Далее определяются удельные путевые и путе-
вые расходы участков по формуле (2.17) таблица 2.3.
Таблица 2.1
Распределение потребления газа по жилым кварталам
Показатель квартала
F
, га
kвj
Qi, м3/ч
Показатель квартала
F
, га
kвj
Qi, м3/ч
Показатель квартала
F
, га
kвj
Qi, м3/ч
1 2 3 4 5 6 7
9,1
178,1
8,26
161,7
8 9 10 11 12 13 14
11,0
215,3
15,2
295,9
15 16 17 18 19
3,3
64,6
3,15
61,6
Нумерация кварталов
7,02
137,4
10,29
201,4
Нумерация квартала
3,19
62,4
2,86
56,0
Нумерация квартала
2,45
48
10
195,7
2,34
45,8
2,2
43
11,92
233,3
4,60
90
6,16
120,6
3,68
72
2,4
47
Таблица 2.2
Распределение потребление газа по жилым зонам
Показатель зоны Нумерация зон
I II III IV V
Qi, м3/ч
ПI, м
qi, м3/(ч·м)
178,1
910
0,1957
161,7
870
0,1858
338,8
2250
0,1506
429
2360
0,1818
120,6
640
0,1884
52
Показатель зоны Нумерация зон
rk
VI VII VIII
Qi, м3/ч
ПI, м
qi, м3/(ч·м)
511,2
2550
0,1884
500,4
3350
0,2005
Путевые расходы участков распределительной сети
Окончание табл. 2.2
90
740
0,1216
Таблица 2.3
Показатель
участка
lrk, м
П
q
, м3/(ч·м)
rk
П
Q
, м3/ч
rk
Показатель
участка
lrk, м
П
q
, м3/(ч·м)
rk
П
Q
, м3/ч
rk
Показатель
участка
lrk, м
П
q
, м3/(ч·м)
rk
П
Q
, м3/ч
1-2 1-4 1-7 1-5
460
0,3324
152,9
2-9 2-3 12-2 7-12 7-8
180
0,3815
0,3463
68,7
7-10 11-11 10-6 5-6 5-4 4-3
200
0,271
54,2
680
0,1494
101,6
Нумерация участков
750
0,3511
263,3
Нумерация участков
730
0,3676
252,8
Нумерация участков
350
0,271
94,9
690
253,6
760
0,3312
251,7
860
0,1494
128,5
450
0,3702
166,6
1300
0,2005
260,7
500
0,3499
174,9
190
0,3100
58,9
310
0,1506
46,7
Проверка выполнения условия (2.19) указывает на отсутствие вычислительной погреш-
ности. Так как длина участка-ответвления
l
включается только в периметр рассматривае-
1110
мой зоны, следовательно, его удельный путевой расход равен удельному расходу этой зоны.
2.3. Определение гидравлических потерь давления на участках сети
расп
Располагаемый перепад давления
P
на распределительную уличную
с
сеть низкой ступени давления составляет, согласно [10], не более 1200 Па. В
качестве расчетной величины принимается значение
P
за вычетом 10 % по-
c
терь давления на местных сопротивлениях, то есть
c
расп
ПаPPP
10801,0
Расчетное значение
расп
cc
расп
P
для межцеховых внутриплощадочных распре-
с
делительных сетей, а также сетей сельскохозяйственных и коммунальных
предприятий может быть определено аналогичным образом при известном
расп
P
[10].
с
Расчетное значение
P
, таким образом, включает только потери трения
c
при течении газа от узла питания (например, узла 1, рис.2.2) до любого конеч-
53
ного узла (узла схода потоков или тупикового узла, например узла 6, 3, 9, 11)
по любому возможному направлению.
Вышеизложенное помогает распределить расчетное
тельно, и
расп
P
) среди участков сети по методу средних гидравлических
с
P
(а, следова-
c
уклонов.
Сущность метода состоит в выборе главного направления от узла питания
до конечного узла схода потоков, например направление 1→7→10→6, на котором полностью срабатывается величина
Средний гидравлический уклон этого направления, Па/м,
P
.
c
R
и
61071
гидравлические уклоны его участков равны между собой и вычисляются по
формуле.
P
R
RRR
61071
c
lll
61010771
, (2.20)
61010771
Для вычисления
R
участков, не вошедших в выбранное направление,
rk
выбирается новое направление, например 7→12→2→3, для которого
lRP
7171
lll
32212127
,
lRPPP
(2.22)
rkrkkrrk
, (2.21)
32212127
R
всех
rk
Используя последовательно этот принцип можно определить
участков сети и
R
R
по очевидному соотношению
rk
RRR
32127
c
где Рr и Рk – давление в начальном и конечном (по направлению движения газа)
узлах участка.
Вычисляемые значения
RR
должны быть положительными, так как
rkrk
выбираемые направления всегда совпадают с направлениями течения газа. Если
для какого-либо участка значение
R
отрицательное (подобное возможно в
rk
многокольцевой сети), необходимо изменить направление течения газа этого
участка на противоположное.
Таким образом, в процессе данного расчета уточняются направления те-
чения газовых потоков отдельных участков, что немаловажно для кольцевых
сетей.
Для проверки правильности расчетов вычисляются суммы
P
по всем
rk
возможным направлениям от узлов питания до конечных узлов, которые
должны быть равны величине
P
. Допускаемая погрешность не должна быть
c
больше 1%. По результатам этого расчета заполняются колонки 1,2,4,6 таблицы 2.4.
54
Результаты гидравлического расчета распределительной газовой
Δ
P
rk, Па
Δ
P
k
,
Па
сети низкого давления
Результат гидравлической увязки
rk, м
колец
Таблица 2.4
Испр. диаметр
мм
rk,
×S)
H
уч. (d
Па
rk,
ΔP
№ колец
невязка колец
Исправленный
Окончательная
% окончатель-
/ч
3
rk, м
Q
№ участков
Длина участка, l
Расчетный расход уч.
, Па/м
rk
R
Гидравл. уклон уч.
, мм
rk
, Па/м
×S)
H
(d
Диаметр участка
Перепад давления уч.
rkф
R
Факт. знач. гидр. укл.
, Па
rkф
давл. уч.
ΔP
Факт. перепад
/ч
3
, м
rk
ход уч.
Q
Исправлен. рас-
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2.4. Определение расчетных расходов участка сети
Общий случай потокораспределения в сетях низкого давления встречает-
ся при определении расчетных расходов для участков сети, несущих путевую и
транзитную нагрузки. В данном случае расчетный расход участка
Q
rk
, м3/ч,
может быть определен по формуле
n
QQQ 5,0
, (2.23)
rk
где
Q
rk
mp
и
mp
rkrk
n
Q
– соответственно транзитный и путевой расходы участка, м3/ч.
rk
Соотношение между количеством участков n, узлов m и колец ν выража-
ется с помощью формулы Эйлера для плоских графов (сетей)
ной невязки ко-
%
k,,
лец ΔP
, (2.24)
1
vmn
Число неизвестных участковых расходов равно числу участков n. Однако
из этого количества часть расходов может быть определена по формуле (2.23),
так как nk участков, оканчивающихся mk конечными узлами (узлами схода или
mp
тупиковыми), обычно транзитного расхода не несут, то есть для них
n
Q
для всех участков уже известно. Таким образом, для этих nk участков рас-
rk
Q
,0
rk
а
четный расход определяется по формуле
n
QQ 5,0
, (2.25)
rkrk
Основным препятствием в вычислении оставшихся n – nk неизвестных
mp
расходов по формуле (2.23) является определение их
Q
, так как эту часть рас-
rk
четного расхода достаточно трудно, а иногда невозможно, представить для
сложных многокольцевых сетей. Поэтому для решения этой задачи используется так называемый узловой метод расчета, состоящий в решении линейной системы уравнений узлового баланса, выражающих первый закон Кирхгофа для
гидравлических сетей
55
, (2.26)
0
QQ
узлrk
n
, (2.27)
QQ 5,0
rkузл
где
Q
– фиктивный узловой расход, вытекающий из узла, м3/ч.
узл
Суммирование в формулах (2.26) и (2.27) осуществляется по числу участ-
ков, сходящихся в данном узле, знак слагаемого
Q
в формуле (2.26) принима-
rk
ется положительным для участков с притоком, и отрицательным – для участков
с оттоком узла. В число
требителю, например
Q
включаются также и сосредоточенные расходы по-
rk
Q
рис.2.1, 2.2.
ф
Так как mk конечных узлов уже использованы для определения nk неиз-
вестных участковых расходов по формуле (2.25), а mk начальных узлов (узлов
питания) дают тождество и используются для проверки, то мы вправе составить
количество угловых уравнений, равное числу так называемых промежуточных
узлов
mmmm
.
нkn
Этого количества уравнений для кольцевых сетей (ⱱ≠0) недостаточно для
вычисления неизвестных участков расходов, что следует из соотношения (2.24),
и частью этих расходов необходимо задаться для замыкания системы уравнений узлового баланса. Например, для сети представленной на рисунке 2.2:
7
n
;
15
n
,
k
m
12
,
Таким образом, для вычисления
m
5
,
k
m
1
,
н
n
8knn
неизвестных расходов мы впра-
4,61512 vm
.
ве составить 6 уравнений углового баланса, а двумя значениями участковых
расходов необходимо задаться. При этом удобно задаваться расходами, воспользовавшись формулой (2.23), так как второе слагаемое этого выражения известно, следовательно, необходимо задаться только транзитной составляющей
mp
участкового расхода
Q
.
rk
Рассмотрим методику этой задачи:
1. Вычисляется nk расчетных расходов участков, оканчивающихся конеч-
ными узлами (узлами схода и тупиковыми узлами) по формуле (2.25);
2. Выбираются узлы (из числа mn промежуточных) с одним неизвестным
участковым расходом, например узел 10, с неизвестным расходом
Q
(рис. 2.2);
107
3. Для этих узлов составляется уравнение узловых балансов в формуле
(2.26), из которых определяются неизвестные расходы;
4. Из числа оставшихся выбираются узлы с двумя или более неизвестными втекающими в узлы и всеми известными вытекающими из узла расходами,
например узлы 2 и 4 (рис. 2.2.);
5. Для каждого выбранного узла задаются неизвестными, втекающими в
узел расчетными расходами, кроме одного, выражая их через известные выте-
,
ОТТ
по формуле
rk
n
QQQQ
rk
,5,05,0
(2.28)
ОТТ
кающие из узла расходы с помощью коэффициентов
n
rk
пр
rk
пр
rkrk
56
n
где
QQ ,
– задаваемый расчетный и путевой расходы участка с притоком
rk
rk
пр
пр
к узлу, м3/ч;
– задаваемый коэффициент транзитного расхода;
rk
n
ОТТ
QQ ,
rk
– известный расчетный и путевой расходы участка с оттоком узла.
rk
ОТТ
Суммирование в формуле (2.28) осуществляется по всем участкам с отто-
ком от узла.
При выборе коэффициентов
следует исходить из условия, что сумма
rk
этих (задаваемых) коэффициентов по всем участкам (кроме одного) с притоком
к узлу, должна быть в пределах
0 < Σαrk < 1, (2.29)
Если участки с вытекающими из узла известными расходами оканчива-
п
ются конечными узлами, то в формуле (2.28)
rk
ОТТ
QQ
,5,0
rk
согласно (2.25)
ОТТ
(например, для узла 2), и она переходит в следующую формулу
n
5,0 ; (2.30)
rk
ОТТ
rk
пр
п
QQQ
rkrk
ОТТ
6. После задания всех, кроме одного, неизвестных участковых расходов,
втекающих в узел, с помощью коэффициентов
, оставшийся неизвестным
rk
расход участка с притоком к узлу определяется из уравнения узлового баланса
(2.26). Подобная процедура выполняется для всех узлов с двумя и более неизвестными расходами;
7. После проведенных расчетов (пункт 6) проверяется возможное появление узлов, из числа оставшихся, с одним неизвестным участковым расходом и
при наличии таковых определяются эти расходы из уравнений узлового баланса
(2.26) и так далее, до полного вычисления всех неизвестных расходов;
8. Производится проверка правильности решения задачи путем определения
Q
из уравнений узловых балансов в формуле (2.26) для узлов питания.
рп
При этом
НД
тп
.
QQ
ррп
Здесь суммирование производится по всем узлам питания, равным числу
регуляторных пунктов; расхождение не должно превышать 3%. Результаты
расчета заносятся в колонку 3, табл. 2.4. В кольцевых распределительных уличных (или межцеховых) сетях низкого давления, не несущих путевой нагрузки,
расход по длине участка не меняется и для определения расчетных расходов
можно воспользоваться изложенной выше методикой расчета по формулам
(2.23), (2.26), (2.28), (2.29) при условии, что
Q
, а, следовательно
rk
Q
узл
0
.
0
В незакольцованных уличных (межцеховых) сетях низкого давления с путевой, или сосредоточенной нагрузками и одним ГРП, определение расчетных
расходов производится с помощью формул (2.23), (2.26) и (2.27).
Необходимость решения неопределенной системы узловых уравнений с
использованием формул (2.28), (2.29), (2.30) в данном случае отпадает, так как,
57
согласно формуле (2.24), число неизвестных расходов равно числу узловых
уравнений (при
0v
) без одного (узла питания, используемого для проверки) и
в каждом узле имеется один участок с притоком к узлу, с неизвестным расходом, который определяется из уравнения типа (2.26).
Пример расчета №2
Рассчитать предварительное потокораспределение в сети низкого давления (рис. 2.2),
при известных путевых участковых расходах (см. пример 1, табл. 2.3) и расчетном расходе
на сеть
Решение
нд
Q
p
2500
м3/ч, 170
Q м
ф
3
/ч.
В соответствии с пунктом 1 вышеизложенной методики расчета вычисляется
n
k
участковых расходов по формуле (2.25)
4,1268,2525,0
Q
Q
32
87
5,299,585,0
м3/ч;
м3/ч;
Q
Q
Q
34
1110
65
3,237,465,0
м3/ч;
8,506,1015,0
, м3/ч;
3,545,1285,0
м3/ч.
Q
Q
92
510
7,347,685,0
, м3/ч;
5,479,945,0
м3/ч;
Согласно пунктам 2 и 3 выбираются узлы с одним неизвестным участковым расходом, каковым является узел 10 и для него составляется уравнение узлового баланса в форме
(2.26), определяя из него неизвестный расход
5,05,478,50
узл
Q
QQQQQ
10710.6101110107
3
107
ч./м6,223;0)9,946,1012,54(
В соответствии с пунктом 4 рассматриваются узлы 4 и 2. Задаются одним из расходов,
втекающим в узел 4, например,
Q
по формуле (2.30), приняв,
45
7,045
что не противоре-
чит условию (2.29).
nп
QQQ .
344545
3
/чм1637,467,07,2605,07,05,0
Из уравнения узлового баланса узла 4 определяется оставшийся неизвестный расход Q
5,03,23163
узл
QQQQQ
414.344541
Q
41
3
ч./м6,145;0)7,467,2603,263(
1-4
58
Аналогичным образом вычисляются неизвестные расходы узла 2. Задаются расходом
Q , приняв .6,021
21
ппп
QQQQ
9232212121
3
/чм2,237)7,688,252(6,09,1525,0)(5,0
.
Q
Определяется оставшийся неизвестный расход
узл
QQQQQ
2122.9221212
3,342,237
3
812
/чм4,287
,0)8,2527,689,1526,253(5,04,126
Q из узлового уравнения
Далее проверяется сеть, в соответствии с пунктом 7 и выявляется, что из участков,
сходящихся в узле 12, один – с неизвестным расходом Q
вого уравнения
5,01704,287
После определения Q
ным расходом Q
QQQQQ
12712.212127
узлф
Q
127
, определяемый из узлового уравнения
1-7
3
, в узле 7, смежном узлу 12, остался один участок с неизвест-
7-12
/чм5,667,0)6,2536,166(
212
, который и определяется из узло-
7-12
5,667
,0)9,582,546,1667,251(5,05,296,223
Q
QQQQQQ
717.8710712771
узл
3
71
/чм3,1186
В узле 5 так же остался один участок с неизвестным расходом Q
определению из узлового уравнения баланса этого узла
5,01633,64
узл
QQQQQ
515.456551
Q
51
3
/чм3,509,0)7,2605,1289,174(
Все участковые расходы определены, после чего, согласно пункту 8 производится проверка расчета с помощью уравнения узлового баланса для узла питания 1.
, подлежащий
1-5
59
6,145
Так как, согласно рисунку, трубы с ра
с-
QQQQQQQ
НД
1.51712141
грпузлГРП
QQ
ГРП
%100
3
НД
р
Q
/чм8,2499,0)9,174
р
Q
ГРП
Долее определяется погрешность расчета
7,2519,1523,263(5,035,5093,11862,237
2500
8,24992500
.
%08,0100
Контрольные вопросы
1. Как определить удельные путевые расходы участка газопровода?
2. Назовите алгоритм расчета путевых расходов по участкам сети газо-
провода.
3. Как определять гидравлические потери давления на участках сети га-
зопровода?
4. Приведите методику определения расчетных расходов участка сети.
5. Как определить средний гидравлический уклон направления?
3. Выбор диаметров трубопроводов участков газовой сети низкого давления
Для строительства газопроводов должны применяться стальные бесшовные, сварные прямошовные и спирально-шовные трубы, изготовленные из хорошо сваривающихся сталей, содержащих не более 0,25% углерода, 0% серы и
0,046% фосфора. При известных из предварительного потокораспределения
значениях Qrk и Rrk участка, с помощью номограммы [9] определяется расчетное значение наружного диаметра трубы d
мм (рис. 2.4).
нр,
четным dнр промышленностью не выпускается, необходимо, не меняя Q
точки А провести горизонталь до пересечения
с линией (dн×S)rk=const, например в точке В, в
соответствующей ближайшему стандартному
диаметру из сортамента трубы. Фактические
удельные потери давления участка R
деленные как абсцисса точки В при неизменном Qrk и, соответствующее этой точке значение (dн×S)rk, записываются в колонки 5 и 7
табл.2.4. Далее вычисляется ΔP
результатам расчета заполняется колонка 8
указанной таблицы. На этом выбор диаметра
завершается.
из расчетной
rk,
, опре-
rk.ф
rk.ф=Rrk.ф·lrk
и по
60
Рис. 2.4. Выбор диаметра труб с
помощью номограммы
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]