7. Выбор схемы газоснабжения города, гидравлический расчет кольцевой сети среднего давления для трех режимов эксплуатации сети.

При численности населения города до 100 тыс. человек и сравнительно большой плотностью нагрузки и компактным размещением крупных потребителей газа принимается двухступенчатая система газоснабжения с давлением в  ступени 0,3 МПа, во  ступени 3 кПа. Сеть среднего давления проектируем кольцевой. Такая сеть с двухсторонним питанием достаточно надежна. Трассу кольца выбираем так, чтобы уменьшить общую длину сети среднего давления. Газопровод прокладывается по улицам и от них делают ответвления к сетевым ГРП и сосредоточенным потребителям. На кольце предусматриваются секционирующие задвижки так, чтобы любой поврежденный участок можно было отключить с двух сторон, и любого потребителя можно было питать с любой стороны кольца. Так как потребность в газе относительно невелика принимаем одну ГРС. Место размещения ГРС со стороны подхода магистрального газопровода на окраине города на расстоянии 300 м от крайней улицы (линии застройки).

Необходимо рассчитать кольцевую схему газоснабжения среднего давления. Расчетные расходы газа, нумерацию участков и их длины приводим на расчетных схемах.

Расчет кольцевой сети среднего давления производится при 3 режимах работы:

1) аварийного режима I - при котором считаем, что поврежден и выключен участок 1-11, и газ движется по часовой стрелке.

2) аварийного режима II – при котором считаем, что поврежден и выключен участок 1-2, и газ движется по кольцу против часовой стрелки.

3) нормального (расчетного) режима, в котором часть потребителей питается по левой ветке кольца, часть по правой, а участок 7-8 является перемычкой. Она устанавливается, чтобы расходы в половинах были примерно одинаковыми.

Рассмотрим последовательность расчета аварийного режима I.

Составляем расчетную схему кольца. Определяем и наносим на схеме расчетные расходы газа по участкам сети, расчет начинаем с конца кольца. Расчетные расходы определяем по сумме произведений расхода на соответствие коэф. обеспеченности.

V_Pi=K_ОБi·V_i, (7.1)

V_Pi – расчетный расход газа на i-ом участке, м³/ч

V_i – расход газа i-ым потребителем, м³/ч

K_ОБi - значение коэффициента обеспеченности потребителей газом при аварийных ситуациях.

Расходы газа потребителями:

Наим.	К об	Принят К об	Расход газа	Расчетный расход
КК	0,7-0,75	0,7	1009,6	706,72
ГРП-1	0,8-0,85	0,85	2012,4	1710,54
ГРП-2	0,8-0,85	0,85	1457,9	1239,21
ГРП-3	0,8-0,85	0,85	1725,6	1466,76
БПК	0,6-0,7	0,65	1623,5	1055,27
РК-1	0,7-0,75	0,75	12962,4	9721,80
РК-2	0,7-0,75	0,75	10245	7683,75
ПП	0,8-0,9	0,8	1300	1040,00
ХЗ	0,7	0,7	471,6	330,12
Б	0,85	0,85	1047,2	890,12
			33855,2	25844,29

Предварительно определяем основной диаметр кольца по расчетному эквивалентному расходу газа V_р^экв, м³/ч, и среднеквадратичный перепад давления А_ср, (МПа)²/км, для рассматриваемого направления газового потока.

V_р^экв =0,59K_ОБ·V_i (7.2)

В аварийном режиме I газ к потребителям поступает по направлению: ГРС-1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-11-РК1.

Расчетный эквивалентный расход будет равен:

V_р^экв=0,59·(12962,4·0,75+2012,4·0,85+1623,5·0,65+471,6·0,7+1300·0,8+1725,6·0,85+1009,6·0,7+ 1047,2·0,85+10245·0,75+1457,9·0,85)=15248,1 м³/ч

Потери давления в местных сопротивлениях учитываем путем увеличения фактической длины расчетных участков газопровода на 10 %, тогда среднеквадратичный перепад давления будет равен:

(МПа)²/км (7.3)

где Р_н и Р_к – соответственно начальное и конечное абсолютное давление газа в сети, МПа;

L_к – суммарная протяженность сети по расчетному направлению, км ;

1,1 – коэффициент, учитывающий потери давления в местных сопротивлениях.

Затем для диаметра газопровода, принятого из предварительного расчета, определяем среднеквадратичное давление для каждого участка и конечное давление для каждого участка по формуле:

_{, (7.4)}

где Р_н и Р_к – соответственно начальное и конечное абсолютное давление газа на i-ом участке, МПа;

L_р – расчетная длина i-ого участка , м (км),

А_фi – фактический среднеквадратичный перепад давления для i-ого участка, определяемого по формуле:

_{, (7.5)}

А_i – среднеквадратический перепад давления для i-ого участка, (МПа)²/км, принимаем по номограмме;

ρ₀ – плотность использованного газа при н.у., ρ₀ =0,7448 кг/м³;

ρ_т – плотность стандартного газа при н.у., ρ_т =0,73 кг/м³.

Расчет в аварийном режиме 1 следует считать правильным, если использован располагаемый перепад давления и величина давления в конце участка будет равна принятой Р_к = 0,25 МПа. Допустимая невязка ± 10%.

Расчет аварийного режима 2 выполняется в той же последовательности. После расчета обоих аварийных режимов из двух принимаем максимальный диаметр сети необходимый для расчета нормального режима. Далее рассчитываем сеть при нормальном режиме (при 100% загрузке потребителей) для двух веток полуколец. Затем выполняется расчет всех ответвлений при нормальном режиме эксплуатации.

Расчет сети при нормальном (расчетном) режиме ее работы сводится к следующему:

1) выбираем расчетные направления потоков газа от ГРС к потребителям, из условия подачи газа к каждому из них по кратчайшему пути; составляем расчетную схему;

2) принимаем диаметры газопроводов по участкам - наибольшие из двух вариантов выполненных расчетов сети для аварийных режимов;

3) для расчетных расходов газа и принятых диаметров газопроводов определяем потери давления на участках расчетных направлений (по полукольцам) и величины давления газа в точках врезки ответвлений.

Гидравлический расчет газопровода среднего давления сводим в таблицу 7.1:

								Таблица 7.1
Гидравлический расчет
№ уч	Длина уч., км		Расчетный расход газа на участке Vр	Диаметр газопровода Dнхδ	Ср. квадр. падение давления А, МПа2/км	Фактич. ср. квадр. падение давления Аф, МПа2/км	Ср. квадр. потери давления на уч. АфхLр, МПа2	Давление газа,МПа
	По плану L	Расчетная Lр						в начале участка Рн	в конце участка Рк
Аварийный режим I
ГРС-1	0,54	0,594	25844,29	325х8	0,035	0,0357	0,0212	0,4000	0,3725
1-2	0,155	0,1705	25844,29	325х8	0,035	0,0357	0,0061	0,3725	0,3643
2-3	0,35	0,385	24605,08	325х8	0,031	0,0316	0,0122	0,3643	0,3472
3-4	0,25	0,275	16921,33	325х8	0,019	0,0194	0,0053	0,3472	0,3394
4-5	0,505	0,5555	16031,21	325х8	0,0155	0,0158	0,0088	0,3394	0,3262
5-6	0,33	0,363	15324,49	325х8	0,013	0,0133	0,0048	0,3262	0,3187
6-7	0,44	0,484	13857,73	325х8	0,01	0,0102	0,0049	0,3187	0,3109
7-8	0,6	0,66	12817,73	273х7	0,023	0,0235	0,0155	0,3109	0,2849
8-9	0,6	0,66	12487,61	325х8	0,008	0,0082	0,0054	0,2849	0,2753
9-10	0,24	0,264	11432,34	325х8	0,007	0,0071	0,0019	0,2753	0,2718
10-11	0,34	0,374	9721,8	325х8	0,005	0,0051	0,0019	0,2718	0,2683
11-РК1	0,74	0,814	9721,8	273х7	0,013	0,0133	0,0108	0,2683	0,2474
		5,599
						Невязка	-1,06%
Аварийный режим II
ГРС-1	0,54	0,594	25844,29	325х8	0,035	0,0357	0,0212	0,4	0,3725
1-11	0,91	1,001	25844,29	325х8	0,035	0,0357	0,0357	0,3725	0,3210
11-10	0,34	0,374	16122,49	325х8	0,013	0,0133	0,0050	0,3210	0,3132
10-9	0,24	0,264	14411,95	325х8	0,012	0,0122	0,0032	0,3132	0,3080
9-8	0,6	0,66	13356,68	325х8	0,01	0,0102	0,0067	0,3080	0,2968
8-7	0,6	0,66	13026,56	325х8	0,009	0,0092	0,0061	0,2968	0,2865
7-6	0,44	0,484	11986,56	325х8	0,008	0,0082	0,0040	0,2865	0,2795
6-5	0,33	0,363	10519,8	325х8	0,006	0,0061	0,0022	0,2795	0,2755
5-4	0,505	0,5555	9813,08	325х8	0,0057	0,0058	0,0032	0,2755	0,2695
4-3	0,25	0,275	8922,96	325х8	0,005	0,0051	0,0014	0,2695	0,2669
3-2	0,35	0,385	1239,21	325х8	0,00012	0,0001	0,0000	0,2669	0,2668
2-ГРП2	0,07	0,077	1239,21	89х3	0,088	0,0898	0,00691	0,2668	0,2536
		5,6925
						Невязка	1,40%
Нормальный режим
Полукольцо ГРС-1-2-3-4-5-6-7-ПП
ГРС-1	0,54	0,594	33855,20	325х8	0,06	0,06122	0,0364	0,4	0,3516
1-2	0,155	0,171	16785,30	325х8	0,0165	0,01683	0,0029	0,3516	0,3475
2-3	0,35	0,385	15327,40	325х8	0,013	0,01326	0,0051	0,3475	0,3401
3-4	0,25	0,275	5082,40	325х8	0,0025	0,00255	0,0007	0,3401	0,3391
4-5	0,505	0,556	4035,20	325х8	0,0009	0,00092	0,0005	0,3391	0,3383
5-6	0,33	0,363	3025,60	325х8	0,00055	0,00056	0,0002	0,3383	0,3380
6-7	0,44	0,484	1300,00	325х8	0,00012	0,00012	0,0001	0,3380	0,3379
7-ПП	0,49	0,539	1300,00	159х4,5	0,0045	0,00459	0,0025	0,3379	0,3342
Полукольцо ГРС-1-11-10-9-8-ХЗ
ГРС-1	0,54	0,594	33855,20	325х8	0,06	0,0612	0,0364	0,4	0,3516
1-11	0,91	1,001	17069,90	325х8	0,019	0,0194	0,0194	0,3516	0,3229
11-10	0,34	0,374	4107,50	325х8	0,001	0,0010	0,0004	0,3229	0,3223
10-9	0,24	0,264	2095,10	325х8	0,00028	0,0003	0,0001	0,3223	0,3221
9-8	0,60	0,660	471,60	325х8	0,0001	0,0001	0,0001	0,3221	0,3220
8-ХЗ	0,07	0,077	471,60	89х3	0,012	0,0122	0,0009	0,3220	0,3206
Расчет ответвлений
2-ГРП2	0,07	0,077	1457,90	108х4	0,048	0,0490	0,0038	0,3475	0,3420
3-РК2	0,07	0,077	10245,00	219х6	0,051	0,0520	0,0040	0,3401	0,3341
4-Б	0,25	0,275	1047,20	89х3	0,062	0,0633	0,0174	0,3391	0,3124
5-КК	0,07	0,077	1009,60	89х3	0,055	0,0561	0,0043	0,3383	0,3319
6-ГРП3	0,07	0,077	1725,60	108х4	0,059	0,0602	0,0046	0,3380	0,3311
7-ПП	0,49	0,534	1300,00	159х4,5	0,0045	0,0046	0,0024	0,3379	0,3343
8-ХЗ	0,07	0,077	471,60	89х3	0,012	0,0122	0,0009	0,3220	0,3206
9-БПК	0,07	0,077	1623,50	108х4	0,059	0,0602	0,0046	0,3221	0,3149
10-ГРП1	0,43	0,473	2012,40	108х4	0,08	0,0816	0,0386	0,3223	0,2554
11-РК1	0,74	0,814	12962,40	273х7	0,013	0,0133	0,0108	0,3229	0,3057

8. Гидравлический расчет квартальных сетей низкого давления.

Предварительно выполняется разводка газовых сетей низкого давления внутри квартала и составляется расчетная схема газопровода. Для газоснабжения принята тупиковая сеть как наиболее целесообразная для данной застройки. Число врезок распределительных газопроводов соответствует числу вводов в здание, т.е. числу секций в нем. Систему газоснабжения разбиваем на расчетные участки с указанием их длин и расхода газа на них. Вводы осуществляются в лестничные клетки зданий. Рассматриваемый жилой квартал №22 находится в зоне действия ГРП-3. Располагаемое давление ΔР_р = 310 Па должно быть использовано от ПК 0 до наиболее отдаленного ввода в здание.

Выделяем по схеме расчетные участки с путевым расходом газа, с транзитным и с путевым и транзитным одновременно. Нумерацию начинаем с самого удаленного участка.

Расчетные расходы газа на участках определяем по так называемым удельным расходам на единице длины участка газопровода с путевым отбором газа V_уд ,м³ /(ч∙м):

V_уд=(V_кв-V_ст)/l_п, (8.1)

где V_кв – расчетный расход газа на квартал, м³ /ч;

V_ст – расход газа столовой, V_ст=0;

l_п – суммарная длина участков с путевым отбором газа,м.

Для участков с односторонним отбором газа путевая длина принимается равной половине их фактической длины. Для участков с двухсторонним отбором – фактической длине.

Расход газа на квартал определяется из соотношения:

V_кв=V_ж.д.^ГРП3· N_кв/N_ГРП3, м³/ч, (8.2)

где V_ж.д.^ГРП3- расход газа в жилых домах в зоне действия ГРП3, м³/ч;

N_кв – количество жителей в рассматриваемом квартале;

N_ГРП3 – количество жителей, обслуживаемых данным ГРП;

V_кв=1193∙(1070,8+399,04)/22884=76,62 м³.

Тогда

V_уд=76,62/287=0,267 м³/(ч∙м).

По удельному расходу газа определяем величину полного путевого расхода на участках с путевым отбором газа по формуле:

V_п ⁼ \/_уд∙l_п, м³/ч, (8.3)

Величину эквивалентного расхода:

V_э⁼ 0,5V_п, м³/ч (8.4)

Расчетный расход газа на участках:

V_р=V_т+0,5V_п, м³/ч (8.5)

После определения расчетного расхода по всем участкам приступаем к подбору диаметров газопроводов. Расчет начинаем с наиболее протяженной и нагруженной ветки. Для нее находим среднюю удельную потерю давления по R_ср, Па/м :

R_ср=P_р/(1,1l) (8.6)

P_р – расчетный перепад давления в сети, Па

l – суммарная фактическая длина участков газопровода в расчетной ветке, м.

1,1 – коэффициент, учитывающий потери давления в местных сопротивлениях.

R_cp=310/(1,1∙599,3)=0,47 Па/м.

На величину R_ср ориентируемся при выборе диаметров газопроводов по таблицам или номограммам. Приняв диаметры участков газопроводов, находим удельные потери давления на участках Rт, Па/м, и вносим в них поправку на плотность газа, Rф=R_т·(ρо/ρ_т), Па/м.

Все полученные в процессе расчета значения заносим в соответствующие графы таблицы 5.

Аналогичным образом рассчитывается вторая ветка и ответвления.

Расчет сводим в таблицу 8.1:

											Таблица 8.1
№ уч.	L, м	Lп, м	Vуд, м³/(ч·м)	Vп, м³/ч	Vтр, м³/ч	Vр=Vтр+0,5Vп, м³/ч	Dнxδ, мм	Lp=1,1L, м	R, Па/м	Rф, Па/м	Rф·Lp, Па	ΣΔР, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9,0	10	11	12,0	13,0
Располагаемое давление Р=310 Па Rср=310/(1,1*599,3)=0,47 Па/м
1	60	30	0,267	8,01	-	4,005	25	66,0	0,2	0,2	13,5	13,5
2	105,3	-	-	-	8,01	8,01	25	115,8	0,2	0,2	23,6	37,1
3	254	127	0,267	33,909	8,01	24,9645	63	279,4	0,7	0,7	199,5	236,6
4	60	-	-	-	41,919	41,919	75	66,0	0,9	0,9	60,6	297,2
5	100	-	-	-	68,619	68,619	110	110,0	0,2	0,2	22,4	319,7
17	20	-	-	-	76,629	76,629	125	22,0	0,1	0,1	2,2	321,9
Невязка:												-3,9%
Увязка ответвлений
Участки 6-9. Располагаемое давление Р=319,7 Па Rср=319,7/(1,1*398)=0,73 Па/м
6	40	20	0,267	5,34	-	2,67	25	44,0	0,2	0,2	8,8	8,8
7	42	-	-	-	5,34	5,34	25	46,2	0,2	0,2	9,2	9,2
8	20	10	0,267	2,67	5,34	6,675	25	22,0	0,2	0,2	4,4	4,4
9	296	-	-	-	8,01	8,01	25	325,6	0,2	0,2	65,1	73,9
Невязка:												76,9%
Участки 10-14. Располагаемое давление Р=297,2 Па Rср=297,2/(1,1*241,25)=1,11 Па/м
10	40	20	0,267	5,34	-	2,67	25	44,0	0,2	0,2	8,8	8,8
11	24,25	-	-	-	5,34	5,34	25	26,7	0,2	0,2	5,3	14,1
12	140	70	0,267	18,69	5,34	14,685	40	154,0	1,3	1,3	200,2	214,3
13	15	-	-	-	24,03	24,03	50	16,5	3,1	3,2	52,8	267,1
14	22	-	-	-	26,7	26,7	63	24,2	1,1	1,1	26,6	293,8
Невязка:												1,2%
Участки 15-16. Располагаемое давление Р= 267,1 Па Rср=267,1/(1,1*35)=6,93 Па/м
15	20	10	0,267	2,67	-	1,335	25	22,0	0,2	0,2	4,4	4,4
16	15	-	-	-	2,67	2,67	25	16,5	0,2	0,2	3,3	7,7
Невязка:												97,1%

.