Розрахунки устаткування грп Вибір регулятора тиску

Дійсний розхід газу V_д, м³/год, через регулятор по (14) визначається по формулі:

(4.27)

де К_α=α · F—сталий для даного регулятора коефіцієнт; α — коефіцієнт розходу;

F — площа сідла клапана, см²;

φ — коефіцієнт, який залежить від і показника адіабати К;

Р₁ — абсолютний тиск газу на вході, МПа. Р₁ = 0,1013+Р_р;

ρ — густина газу при нормальних умовах, кг/м³, ρ = 0,73;

Τ — температура газу, °К. Т = 273 + t₁.

При t₁,= 0°С:

(4.28)

Якщо t₁ трохи більша за О °С, то розрахунок по формулі 4.28 дає похибку. Тоді при ρ = 0,73 кг/м³.

V_д= 183,6 · К_α · φ · Ρ₁. (4.29)

Густина газу в робочих умовах визначається:

(4.30)

де Р₀ = 0,1013 МПа.

Характеристика регуляторів (14)

Регулятор	Діаметр сідла, мм	Kα	α
РТБК-25	21	1,76	0,66
РТБК-50, РТУК2-50	35	5,1	0,6
РТБК-100, РТУК2-100	50	8,1	0,6
РТБК-100, РТУК2-100	70	16,15	0,5
РТУК2-200	105	33,56	0,49
РТУК2-200	140	54,4	0,4

Таблиця 4.15

Значення β_кр. і φ (14)

Параметр	Показник адіабати «К»
	Природ ний газ		Метан	Попутний	Конденсатний	Пропан	Бутан
	1,32	1,29	1,3	1,27	1,23	1,14	1,1
	0,542	0,547	0,546	0,551	0,558	0,576	0,585
φ при β≤βкр.	0,475	0,470	0.471	0,468	0,463	0,450	0,444

де Р₂— абсолютний тиск газу на виході, МПа.

Р₂ = 0,1013 + Р_вих.

Якщо >β_κρ., φ знаходять по графіку (рис. 4.38) або за рівнянням:

(4.31)

де К — показник адіабати, таблиця 4.15.

Якщо ≤β_κρ., φ знаходять по таблиці 4.15.

Вибір регулятора виконують, виходячи з умов БНІП 2.04.08—87, по максимальному розрахунковому розходу газу і потрібному перепаду тиску. Пропускну здатність регулятора необхідно прийняти на 15—20 % більше максимального розрахункового розходу газу. Тобто мають бути витримані умови:

Рис. 4.38. Залежність коефіцієнта φ від

Приклад 4.10

Підібрати регулятор для ГРП із пропускною здатністю V_max=2200м³/год; V_min=800 м³/год; . .

тиск (надлишковий) Р₁ =6·10⁵Па; Р₂ = 0,03·10⁵Па;

показник адіабати К=1,32;

густина газу ρ=0,73 кг/м³.

По таблиці 4.10 приймаємо для перевірки регулятор РТУК2Н-50 і характеристикою: Р₁≤12·10⁵ Па, Р₂ = (0,005÷0,6)·10⁵ Па, V=3125 м³/год.

Визначимо пропускну здатність, м³/год, при t=0°С по формулі 4.28, з урахуванням, що P₁=(1,013+6)·10⁵= 7,013 . 10⁵ Па = 0,7 МПа.

де φ знаходимо по таблиці 4.15 при співвідношенні

=

Перевіряємо умови БНІП:

Умов дотримано, регулятор підібраний правильно. Рекомендується вибирати регулятор для перевірки по таблиці 4.10 з продуктивністю, яка перевищує не менше 20 % значення V_max.

Для регуляторів тиску типу РТ-64, коли параметри відрізняються від паспортних (P₁, P₂, q), пропускна здатність визначається шляхом перерахунку:

при ρ≠ρ_п V=V_п· (4.32)

при і ρ≠ρ_п ;

V=V_п· (4.33)

при і ρ≠ρ_п ;

V=0,49·V_п·Р₁· (4.34)

де V_п, ρ_п, ΔР_п, Р_2п - паспортні значення пропускної здат­ності, густини, перепаду тиску і абсолютного вихідного тиску в м³/год, кг/м³, МПа.

Приклад 4.11

На ГРП встановлено регулятор РТС-150. Необхідно перевірити його придатність при збільшенні розходу газу.

Вихідні дані:

V_max=11000 м³/год; V_min= 2500 м³/год; Р₁=0,6 МПа;

Р₂ = 0,005 МПа; К= 1,3; ρ = 0,76 кг/м³.

Визначимо абсолютне значення Р₁ і Р₂;

Р₁ = 0,1013+0,6 = 0,7013 МПа;

Р₂ = 0,1013 + 0,005 = 0,1063 МПа;

ΔР=Р₁ - Р₂ = 0,7013-0,1063=0,595 МПа;

= =0,145<β_κρ = 0,546 (табл. 4.15).

Фактична пропускна здатність регулятора при даних умовах визначається по формулі 4.34 із використанням даних таблиці 4.16.

Р_2п = Р₂+0,1013=0,001+0,1013 = 0,1023 МПа;

V=0,49 . 1550 · 0,6 · =13964 м³/год.

Таблиця 4.16

Характеристика регуляторів РТС

Характеристики	PTC-80	РТС-100	PTC-150	РТС-200	РТС-300
Тиск на вході, МПа	1,2	1,2	0,6—1,0	0,6—1,0	0,6—1,0
Пропускна здатність, м3/год при ΔΡ=0,1·105Па, ρ=0,73 кг/м3 Р2=0,01·105 Па	420	595	1550	2910	6990

Перевіряємо умови БНІП:

Регулятор придатний до роботи при збільшенні розходу газу.

Розрахунок запобіжного пружинного скидального клапана

Нормальна робота пружинного клапана забезпечується при виконанні умови Р₂≤0,1Р₁. У цьому випадку при β₁≤0,5 розрахункова об'ємна пропускна здатність V_р, м³/год, визначається по формулі:

V_р= (4.35)

де F — площа найменшого перерізу сідла клапана, мм² (табл. 4.13);

α — коефіцієнт розходу (табл. 4.13);

φ — коефіцієнт, який залежить від і показника адіабати Κ (рис.4.38; табл. 4.15);

Р_1а — абсолютний тиск газу у вхідному патрубку, МПа;

ρ — густина газу в нормальних умовах, кг/м³.

При робочій температурі газу Т = 273°К.

V_р= (4.36)

Клапан задовольняє вимоги, якщо V_p≥V_т.

При β₁>0,5 розрахункова пропускна здатність визначається по формулі:

V_p=1,62·F·α· (4.37)

де β₁ = — співвідношення абсолютних вихідного і вхідного тисків.

Для газопроводів із тиском більше 0,01 МПа абсолютний тиск P_1a, МПа у вхідному патрубку ПСУ знаходять за рівнянням:

P_1a= (4.38)

де — абсолютний тиск у контрольній точці вхідного трубопроводу, МПа;

- тиск у контрольній точці, МПа. = 1,15Р_н;

Р_н — тиск настройки регулятора, МПа;

А — коефіцієнт, який визначається для підвідного і скидного трубопроводів по формулі 4.39;

l_n — розрахункова довжина підвідного трубопроводу, м.

А=1,45·Z· (4.39)

де Ζ — коефіцієнт, який враховує вплив шорсткості внутрішньої поверхні труби.

(4.40)

де V_т — потрібна пропускна здатність ПСУ, м³/год.

Згідно (14) розрахункова формула

V_т = (4.40а)

де d — діаметр сідла односідельного регулятора, мм; формула 4.40а практично не обґрунтована, тому що не враховує тиск перед регулятором і перепад у ньому.

Тому рекомендується приймати для двосідельного регулюючого клапана з встановленим ПЗК:

V_т ≥0,005 V_max (4.41)

При відсутності ПЗК перед двосідельним регулятором:

V_т ≥0,05 V_max (4.42)

Таке ж значення V_т можна прийняти для ГРП із односідельним регулятором при відсутності перед ним ПЗК і наявності додаткових регулюючих пристроїв.

Для односідельного регулюючого клапана:

V_т =0,025 V_max (4.43)

де V_max — максимальна пропускна здатність регулюючого клапана при заданих параметрах газу, м³/год.

Еквівалентна довжина трубопроводів, м, визначається по формулі:

(4.44)

Розрахункова довжина трубопроводів, м, (підвідного і скидального):

l=Σ ξl_е+ l_д, (4.45)

де l_д —дійсна довжина, м.

Σξ — сума коефіцієнтів місцевих опорів.

Абсолютний тиск у вихідному патрубку ПСУ, МПа:

(4.46)

Робочий тиск у вхідному Р₁, і вихідному Р₂ патрубках клапана, МПа:

Р₁ = Р_1а - Р₀; (4.47)

Р₂ = Р_2а - Р₀; (4.48)

Нормальна робота клапана забезпечена при виконанні умови:

Р₂≤0,1 Р₁. (4.49)

Відношення тисків:

(4.50)

Перепад тисків у ПСУ, МПа (визначається при β,>0,5):

ΔΡ= Ρ₁-Ρ₂. (4.51)

(При β₁≤Ο,5V_ρ визначається по формулі 4.35).

Розрахункова пропускна здатність скидального клапана, м³/год, визначається по формулі 4.37 де F і α приймаються з таблиці 4.13 для даної попередньо прийнятої марки СППК.

Клапан відповідає вимогам при V_р>V_т .

Приклад 4.12

Розрахувати запобіжний пружинний скидальний клапан для ГРП із встановленим ПЗК перед регулятором. (Якщо перерва у подачі газу недопустима, ПЗК не встановлюють) .

Вихідні дані:

Тип регулятора — РТУК2Н-200

Діаметр сідла регулятора. D_с, мм — 105

Тиск настройки регулятора, Р_н, МПа — 0,08

Тиск газу на вході в ГРП, Р_вх., МПа — 0,6

Характеристика газу: при 273 ° Κ і 0,1013 МПа:

Густина, ρ, кг/м³ —0,73

Показник адіабати, Κ — 1,3

В'язкість кінематична, ν · 10^-6, м²/с — 14,24

Дійсна довжина трубопроводу, м:

підвідного, l_д.п — 3,5

скидального, l_д.с —12

Місцеві опори на трубопроводі:

— підвідному — крутозігнутий відвід — 1, засувка паралельна— 1, повільний відвід— 1, трійник на розгалуження — 1 (ξ= 1,3 (14); — скидальному — крутозігнутий відвід — 2, розширення повільне — 1 (D/д=1,29 β = 30°). Розрахункова схема — на рис. 4.39.

Рис.4.39. Розрахункова схема обв’язки ПСУ

На підвідному трубопроводі повинні враховуватись: врізка трубопроводу до ПСУ — трійник на відгалуження (ξ=1,3 для ГРП із ПЗК перед регулятором, ξ=1,0 для ГРП без ПЗК); кран (для D_у<80) або засувка (для D_у>80); повороти, якщо діаметр підвідного трубопроводу менше діаметра вхідного патрубка ПСУ, то вводять повільне або раптове розширення потоку.

На скидальному трубопроводі враховують: різкі і повільні повороти, раптове розширення потоку (ξ= 1,0); якщо діаметр скидального трубопроводу більше діаметра вихідного патрубка, то вводять розширення потоку (14).

Відповідно до рекомендацій із (14) потрібна пропускна здатність, м³/год, визначається по формулі 4.43 при заданому значенні Р_в = 0,6МПа і відповідній йому пропускній здатності регулятора РТУК2Н-200:

V_max=20550 м³/год.

V_т = 0,025 · 20550=514 м³/год.

Попередньо приймаємо клапан СППК-4Р-100-16 D_yвх. = 100 мм D_yвих. =125 мм, коефіцієнт витрати α=0,6; площа сідла F=1962 мм².

Приймаємо по ДСТУ діаметри підвідного і скидального трубопроводів;

D_п X δ = 133 X 4;

D_с X δ = 219 X 6;

d_п=125мм;

d_c=207 мм.

Коефіцієнт урахування впливу шорсткості по формулі 4.40 для підвідного і скидального трубопроводів:

Коефіцієнт А для підвідного і скидального трубопроводів по формулі 4.39:

А_п =1,45 · 0,195 · . 0,73=0,152;

А_с=1,45 . 0,199 · · 0,73=1,46 · 10^-2.

Еквівалентна довжина прямої дільниці трубопроводу, м, по формулі 4.44:

Сума коефіцієнтів місцевих опорів по таблиці 4.17 відповідно до вихідних даних:

Σξ_п= 0,4·1+0,1·1 + 0,25·1 + 1,3 = 2,05;

Σξ_с=0,4·2+0,15 = 0,95.

Розрахункова довжина підвідного трубопроводу, м, по формулі 4.45:

l_н= 2,05·6 + 3,5 = 15,8 м;

l _с=0,95·9,5 + 12 = 21 м.

Тиск у контрольній точці (МПа) Р = 1,15 · 0,08=0,092 МПа.

Абсолютний тиск у контрольній точці, МПа:

Р _а = 0,092+0,1013=0,1933 МПа.

Абсолютний тиск у вхідному і вихідному патрубках ПСУ, МПа, по формулах 4.38 і 4.46:

Р_1а= =0,1868 МПа;

Р_2а = =0,1024 МПа.

Робочий тиск у патрубках клапана, МПа:

Р₁ = 0,1868-0,1013 = 0,0855 МПа;

Р₂ = 0,1024-0,1013 = 0,011 МПа.

Перевірка умови Р₂≤0,1 Р₁:

0,0011 < 0,00855.

Відношення тисків β₁:

β₁=

Перепад тиску в скидальному клапані, МПа:

ΔР = 0,0855-0,0011 =0,0844 МПа.

Розрахункова пропускна здатність скидального клапана, м³/год, визначається по формулі 4.37:

V_р= 1,62 · 1962 · 0,6 · 1712 м³/год,

V_p>V_т, 1712>514.

Результати розрахунків показують, що клапан вибраний правильно із запасом пропускної здатності, що дорівнює ≈3, тобто, можлива установка запобіжного клапана меншого діаметра, наприклад, СППК4Р-80-16.

Якщо умова V_p> V_т не виконується, то необхідно прийняти клапан із більшим D_y (при β₁>0,5).

Якщо не виконується умова Р₂≤0,1Р₁ то необхідно збільшити діаметр скидального трубопроводу або прийняти клапан із більшою пропускною здатністю (при β₁≤0,5). Рекомендується застосовувати такі види ПСУ для газопроводів: низького і середнього тиску (0,01 — 0,015 МПа) — гідравлічні запобіжники;

середнього (0,01—0,125 МПа) —мембранні клапани ПСПК-50;

середнього (більше 0,045 МПа) і високого тиску — пружинні клапани СППК-4Р.

Таблиця 4.17

Коефіцієнти місцевих опорів

Найменування опорів	Ескіз	Коефіцієнт опору
Раптове розширення потоку
		0,1	0,3	0,4	0,5		0,6		0,7	0,8		0,9 і вище
		0,1	0,8	0,7	0,55		0,4		0,25	0,15		0
Повільне розширення потоку (дифузор)
				10-15°		20-30°				45-90°
		1,25-1,75 2,0-2,5		0,05 0,10		0,15 0,30				Див. раптове розши­рення потоку
Зварне коліно				Тип коліна
				II (1,5 Dy )				Ш (2 Dy)			IV (3 Dy)
		30° 45° 60° 90°		0,26 0,28 0,36 0,43				0,23 0,23 0,29 0,34			0,19 0,23 0,25 0,30
Повільний відвід				Радіус
				3d				4d			6d і вище
		30° 45° 60° 90°		0,17 0,19 0,23 0,28				0,15 0,20 0,20 0.25			0,10 0,15 0,15 0,20
Круто-зігнутий відвід		0,4