Высокого и среднего давления. Гидравлический расчет газопроводов Расчёт газопроводов высокого и среднего давления
размер шрифта
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ГАЗОПРОВОДОВ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ДО 300 ММ- СП 42-101-96 (2020) Актуально в 2018 году
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ
1. Гидравлический расчет газопроводов следует выполнять, как правило, на электронно-вычислительных машинах с использованием оптимального распределения расчетных потерь давления между участками сети.
При невозможности или нецелесообразности выполнения расчета на электронно-вычислительной машине (отсутствие соответствующей программы, отдельные небольшие участки газопроводов и т.п.) гидравлический расчет допускается производить по приведенным ниже формулам или номограммам, составленным по этим формулам.
2. Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего давлений следует принимать в пределах давления, принятого для газопровода.
Расчетные потери давления в распределительных газопроводах низкого давления следует принимать не более 180 даПа (мм вод.ст.), в т.ч. в уличных и внутриквартальных газопроводах - 120, дворовых и внутренних газопроводах - 60 даПа (мм вод.ст.).
3. Значения расчетной потери давления газа при проектировании газопроводов всех давлений для промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых предприятий принимаются в зависимости от давления газа в месте подключения, с учетом технических характеристик принимаемых к установке, газовых горелок, устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования технологического режима тепловых агрегатов.
4. Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давлений во всей области турбулентного движения газа следует производить по формуле:
где: P_1 - максимальное давление газа в начале газопровода, МПа;
Р_2 - то же, в конце газопровода, МПа;
l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;
d_i - внутренний диаметр газопровода, см;
тета - коэффициент кинематической вязкости газа при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа, м2/с;
Q - расход газа при нормальных условиях (при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа), м3/ч;
n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая для полиэтиленовых труб равной 0,002 см;
ро - плотность газа при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа, кг/м3.
5. Падение давления в местных сопротивлениях (тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопроводов на 5-10%.
6. При выполнении гидравлического расчета газопроводов по приведенным в настоящем разделе формулам, а также по различным методикам и программам для электронно-вычислительных машин, составленным на основе этих формул, диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле:
(2)
где: t - температура газа, °C;
P_m - среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа;
V - скорость газа м/с (принимается не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - среднего и 25 м/с - для газопроводов высокого давления);
d_i, Q - обозначения те же, что и в формуле (1).
Полученное значение диаметра газопровода следует принимать в качестве исходной величины при выполнении гидравлического расчета газопроводов.
7. Для упрощения расчетов по определению потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давлений рекомендуется использовать приведенную на рис. 1 номограмму, разработанную институтами ВНИПИГаздобыча и ГипроНИИГаз для труб диаметром от 63 до 226 мм включительно.
Пример расчета. Требуется запроектировать газопровод длиной 4500 м, максимальным расходом 1500 м3/ч и давлением в точке подключения 0,6 МПа.
По формуле (2) находим предварительно диаметр газопровода. Он составит:
Принимаем по номограмме ближайший больший диаметр, он составляет 110 мм (di=90 мм). Затем по номограмме (рис. 1) определяем потери давления. Для этого через точку заданного расхода на шкале Q и точку полученного диаметра на шкале d_i проводим прямую до пересечения с осью I. Полученная точка на оси I соединяется с точкой заданной длины на оси l и прямая продолжается до пересечения с осью. Поскольку шкала l определяет длину газопровода от 10 до 100 м, уменьшаем для рассматриваемого примера длину газопровода в 100 раз (с 9500 до 95 м) и соответствующим увеличением полученного перепада давления тоже в 100 раз. В нашем примере значение 106 составит:
0,55 100 = 55 кгс/см2
Определяем значение Р_2 по формуле:
Полученный отрицательный результат означает, что трубы диаметром 110 мм не обеспечат транспорт заданного расхода, равного 1500 м3/ч.
Повторяем расчет для следующего большего диаметра, т.е. 160 мм. В этом случае P2 составит:
= 5,3 кгс/см2 = 0,53 МПа
Полученный положительный результат означает, что в проекте необходимо заложить трубу диаметром 160 мм.
Рис. 1. Номограмма для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давления
8. Падение давления в газопроводах низкого давления следует определять по формуле:
(3)
где: Н - падение давления, Па;
n, d, тета, Q, ро, l - обозначения те же, что и в формуле (1).
Примечание: для укрупненных расчетов вторым слагаемым, указанным в скобках в формуле (3), можно пренебречь.
9. При расчете, газопроводов низкого давления следует учитывать гидростатический напор Нg, мм вод.ст., определяемый по формуле:
где: h - разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;
ро_a - плотность воздуха, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;
ро_o - обозначение то же, что в формуле (1).
10. Гидравлический расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец при максимальном использовании допустимой потери давления газа. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10%.
При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - для газопроводов среднего давления, 26 м/с - для газопроводов высокого давления.
11. Учитывая сложность и трудоемкость расчета диаметров газопроводов низкого давления, особенно кольцевых сетей, указанный расчет рекомендуется проводить на ЭВМ или по известным номограммам для определения потерь давления в газопроводах низкого давления. Номограмма для определения потерь давления в газопроводах низкого давления для природного газа с ро =0,73 кг/м3 и тета =14,3 106м2/с приведена на рис. 2.
В связи с тем, что указанные номограммы составлены для расчета стальных газопроводов, полученные значения диаметров, вследствие более низкого коэффициента, шероховатости полиэтиленовых труб, следует уменьшать на 5-10%.
Рис. 2. Номограмма для определения потерь давления в стальных газопроводах низкого давления
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
(справочное)
От поставщика к потребителю используются трубопроводы и другие специальные сооружения и комплексы, которые бывают разных размеров и конструкций. Чтобы газовая магистраль на всех участках была надёжной и более эффективной в эксплуатации, обязательно проводится гидравлический расчёт газопровода с подбором оптимального для данных эксплуатационных условий режима его работы.
Почему необходимо проводить расчёт газопровода
На протяжении всех участков газопроводной магистрали проводятся расчёты для выявления мест, где в трубах вероятны появления возможных сопротивлений, изменяющих скорость подачи топлива.
Если все вычисления сделать правильно, то можно подобрать наиболее подходящее оборудование и создать экономичный и эффективный проект всей конструкции газовой системы.
Это избавит от лишних, завышенных показателей при эксплуатации и расходов в строительстве, которые могли бы быть при планировании и установке системы без гидравлического расчёта газопровода.
Появляется лучшая возможность подбора нужного размера в сечении и материалов труб для более эффективной, быстрой и стабильной подачи голубого топлива в запланированные точки системы газопровода.
Обеспечивается оптимальный рабочий режим всей газовой магистрали.
Застройщики получают финансовую выгоду при экономии на закупках технического оборудования, строительных материалов.
Производится правильный расчёт газопроводной магистрали с учётом максимальных уровней расхода горючего в периоды массового потребления. Учитываются все промышленные, коммунальные, индивидуально-бытовые нужды.
Классификация газопроводов
Современные газопроводы – это целая система комплексов сооружений, предназначенных для транспортировки горючего топлива от мест его добычи до потребителей. Поэтому по предназначению они бывают:
- – для транспортировки на большие расстояния от мест добычи до пунктов назначения.
- Местными – для сбора, распределения и подачи газа к объектам населённых пунктов и предприятий.
По магистральным трассам сооружаются компрессорные станции, которые нужны для поддержания в трубах рабочего давления и поставки газа до назначенных пунктов к потребителям в необходимых объёмах, рассчитанных заранее. В них газ очищается, осушается, сжимается и охлаждается, а затем возвращается в газопровод под определённым давлением, необходимым для данного участка прохождения топлива.
Все газопроводы – это сложные сооружения, оснащённые автоматизированными системами регулировки всеми технологическими процессами. Их эксплуатация основывается на технических исследованиях, в том числе на результатах гидравлического расчёта трубопроводов.
Местные газопроводы, расположенные в населённых пунктах, классифицируются:
- По виду газа – транспортироваться может природный, сжиженный углеводородный, смешанный и др.
- По давлению – на разных участках газ бывает с низким, средним и высоким давлением.
- По расположению – наружные (уличные) и , надземные и подземные.
Принцип работы газовой магистрали
В составе городских систем находятся:
- источник газоснабжения;
- газораспределительные станции;
- газопроводы разных уровней давления;
- газгольдерные станции;
- ГРУ и ГРП;
- средства телемеханизации.
В процессе гидравлического расчёта все эти объекты учитываются, так как каждый из них оказывает своё воздействие на скорость и объём транспортируемого топлива. Вычисления проводятся по отдельным участкам, а затем суммируются.
- Сеть газопроводов, расположенных в пределах города, оснащена специальными системами для распределения газа (станциями), которые располагаются в конце всех этих трубопроводов.
- При поступлении газа на такую станцию, его давление регулируется и перераспределяется, а напор подачи снижается до допустимых значений.
- Затем газ перемещается в регуляторный пункт, оттуда отправляется далее в сеть, где давление снова увеличивается.
- Трубопроводы с самым высоким уровнем давления подключаются к системам, расположенным в подземных хранилищах.
- Для управления уровнем расхода газа в каждый суточный период, строятся специальные газгольдерные станции.
- Газ с высоким и средним показателем уровня давления транспортируется в трубах, которые служат своего рода подпиткой для магистралей с низким напором газа. Для управления процессами перепадов давления устанавливаются специальные точки регулировки.
- Чтобы точно учитывать уровни потери давления при транспортировке газа и поступление всего планируемого объёма в назначенный пункт, методом гидравлического расчёта определяют оптимальный диаметр труб, для установки подходящего размера.
Гидравлический расчёт газопровода с низким давлением
Вначале ориентировочно учитывается, сколько населения проживает в данном районе, количество промышленных, общественных объектов, а затем определяется приблизительный объём газа, который потребуется расходовать на бытовые и производственные нужды.
Затем вычисляется средний расход топлива в течение определённого времени (обычно 1 часа).
Требуется учесть точки газораспределения – подсчитывается их количество, а также местонахождение, чтобы знать, какой длины надо будет строить магистраль, какой диаметр труб и строительные материалы выбрать.
Из-за разницы в показателях производится расчёт не только общих перепадов давления всей магистрали, но и в распределительных точках, газопроводах внутри зданий и всех абонентских ветвях.
Если размеры труб разные, то измеряется площадь каждого одинакового участка, рассчитывается расход газа на все из этих показателей в отдельности, а затем суммируется.
Вычислительные работы выполняются с учётом нескольких факторов: расчётных данных отрезка газопровода, фактических показателей со всего участка и эквивалентных показаний.
В итоге подсчитывается узловая и удельная путевая затрата. Узловая сосредоточена в определённой точке магистрали, а удельная путевая распределена между узловыми точками.
Гидравлический расчёт газопровода со средним давлением
Учитываются показания напора топлива в начале его подачи. Этот участок находится в пределах от главной газораспределительной точки до места, где происходит переход высокого давления к среднему. Уровень давления на этом участке должен быть таким, чтобы даже в периоды самых больших нагрузок на магистраль показатели были всегда выше минимальных допустимых отметок.
- Применяются вычисления по принципу перемены давления с учётом определённой длины трубопровода.
- Вначале рассчитываются потери давления, возникающие на основном участке магистрали, а затем – расход топлива.
- По этим средним показателям подбирается необходимая толщина и диаметры труб.
- Выбираются все их возможные размеры, а потом по номограмме определяется уровень потерь для каждого варианта.
- При правильных показаниях гидравлического расчёта потери давления на таких участках всегда соответствуют постоянному уровню.
Вычисления проводятся с учётом самого высокого натиска газа, а также всех особенностей спецификации данного газопровода. Поэтому подбираются строительные материалы и виды труб с такими техническими характеристиками, которые обеспечат нормальное функционирование системы газопровода по всей магистрали. Обязательно учитываются и все окружающие условия, где будет проложен газопровод. Досконально изучается местность и составляется точный её план. Далее:
Гидравлический расчёт газопроводов и среднего давления
- Составляется схема проекта с чётко обозначенными ответвлениями к местам потребления.
- Выбирается минимальная длина пути и обязательно расположение по кольцу.
- Расчёты производятся на основании измерений всех участков с учётом масштаба.
- Результаты показаний увеличиваются – в итоге расчётная длина каждого участка будет больше на 10%.
- Показания гидравлического расчёта, выполненного с каждого отдельного участка, суммируются для определения общего расхода топлива.
- Затем определяется внутренний оптимальный размер трубы.
Что ещё учитывается при расчёте газопроводной магистрали
В результате трения о стенки скорость газа по сечению трубы различается – по центру она быстрее. Однако применяется для расчётов средний показатель – одна условная скорость.
Различают два вида перемещения по трубам: ламинарное (струйное, характерное для труб с малым диаметром) и турбулентное (имеет неупорядоченный характер движения с непроизвольным образованием вихрей в любом месте широкой трубы).
Газ перемещается не только из-за оказываемого на него внешнего давления. Его слои оказывают давление между собой. Поэтому учитывается и фактор гидростатического напора.
На скорость перемещения влияют и материалы труб. Так в стальных трубах в процессе эксплуатации увеличивается шероховатость внутренних стенок и оси сужаются по причине зарастания. Полиэтиленовые трубы, наоборот, увеличиваются во внутреннем диаметре с уменьшением толщины стенок. Всё это учитывается при расчётном давлении.
Для расчёта движения газа по трубам берутся значения диаметра трубы, расходы топлива и потеря напора. Вычисляется в зависимости от характера движения. При ламинарном – расчёты производятся строго математически по формуле:
Р1 – Р2 = ∆Р = (32*μ*ω*L)/D2 кг/м2 (20), где:
- ∆Р – кгм2, потери напора в результате трения;
- ω – м/сек, скорость движения топлива;
- D – м, диаметр трубопровода;
- L – м, длина трубопровода;
- μ - кг сек/м2, вязкость жидкости.
При турбулентном движении невозможно применить точные математические расчёты по причине хаотичности движения. Поэтому применяются экспериментально определяемые коэффициенты.
Рассчитываются по формуле:
Р1 – Р2 = (λ*ω2*L*ρ)/2g*D (21), где:
- Р1и Р2 – давления в начале и конце трубопровода, кг/м2;
- λ – безразмерный коэффициент сопротивления;
- ω – м/сек, средняя по сечению трубы скорость движения газа;
- ρ – кг/м3, плотность топлива;
- D – м, диаметр трубы;
- g – м/сек2, ускорение силы тяжести.
Видео: Основы гидравлического расчета газопроводов
Газорегуляторные пункты предназначены для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне независимо от расхода. Для городов с населением от 50 до 250 тысяч человек рекомендуется двухступенчатая система газоснабжения.
При известном расчетном расходе газообразного топлива районом города определяется количество ГРП, исходя из оптимальной производительности
(=1500..2000м 3 /ч)по формуле:
После определения количества ГРП намечают их месторасположение на генплане района города, устанавливая их в центре газифицируемой площади на территории кварталов.
3.2 Гидравлический расчет магистральных газопроводов высокого и среднего давления (гвд и гсд)
На генплане районо города намечают прокладку газопроводов высокого и среднего давления. Закольцовывание газопроводов наиболее целесообразно в районах с многоэтажной застройкой. Трассировка газопроводов производится таким образом, чтобы длина ответвлений от кольцевого газопровода к потребителям была минимальной (не более 200 м для повышения надежности газовых сетей). К газопроводу высокого и среднего давления присоединяются все промышленные предприятия, котельные и ГРП.
Гидравлический расчет выполняется для двух аварийных и нормального режимов потребления газа.
Начальное давление принимается по заданию, оно равно 450 кПа. (На выходе из ГРС). В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь абсолютное давление газа примерно 200..250 кПа.
На расчетной схеме газопроводов высокого или среднего давления наносятся номера участков, расстояние между участками в метрах, расчетные расходы газа, наименование промышленных предприятий и их расходы, квартальные или районные котельные.
Сначала на расчетной схеме ГВД или ГСД намечается нормальный режим, когда поток газа движется по полукольцам. Точка слияния потоков наза находится посередине длины газопровода на замыкающем участке.
Для выравнивания нагрузок по полукольцам производим распределение расходов газа на котельные №1 и №2. Для этого определяем расходы газа по полукольцам магистрального газопровода и, учитывая нагрузку на ГРП, промышленные предприятия и др., кроме котельных, и находим абсолютную невязку по формуле:
где V 1 – суммарная нагрузка по первому полукольцу, м 3 /ч;
V 2 – суммарная нагрузка по второму полукольцу, м 3 /ч;
V 1 = V грп1+ V пп3 = 1400,02+3300 = 4700,02м 3 /ч;
V 2 = V пп2+ V грп2 = 2800+1422,5=4222,5 м 3 /ч;
∆V=V 1 -V 2 =4700,02-4222,5=477,5 м 3 /ч;
Расход газа на котельную №1 равен:
V кот2 =(V кот -∆V)/2, м 3 /ч;
V кот1 =(V кот -∆V)/2=(12340,4-477,5)/2=5931,4м 3 /ч
Расход газа на котельную №2 равен:
V кот2 =V кот -V кот1 =12340,4-5931,4=6409 м 3 /ч
Определение аварийного расхода газа:
V ав =0.59*Σ(V i *K об), м 3 /ч
V ав =0.59*Σ(V i *K об),=0.59*((1422,5+1400,02)*0.8+(3300 +2800)*0.9+ (5931,4+6409)*0.7)=9894,5 м 3 /ч,
Где К об =0.8, К об =0.7, К об =0.9 –коэффициенты обеспеченности газом при аварийных ситуациях для ГРП, промышленных предприятий и отопительно-производственных котельных.
Среднеквадратичная потеря давления газа по кольцу равна:
A ср =(Pн 2 – Рк 2)/Σl р =(450 2 -250 2)/8184=17,106 кПа 2 /м
где P н, Р к – начальное и конечное давление газа;
l р = 1.1*l ф =1.1*7440=8184 м – расчетная длина кольцевого газопровода,
где l ф –фактическая длина кольцевого газопровода.
По номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого или среднего давления. По V расч и А ср определяем предварительные диаметры кольцевого газопровода. Желательно по кольцу иметь один диаметр, максимум – два.
Первый аварийный режим, когда отключен головной участок газопровода слева от источника газоснабжения (ГРС), второй аварийный режим – когда отключен участок газопровода справа от ГРС.
Диаметрами газопровода задаемся предварительно выбранными по номограмме для гидравлического расчета высокого или среднего давления. Затем в зависимости от расчетного расхода газа по участкам и диаметра определяем фактическую квадратичную потерю давления газа на участках газопровода. Давление у конечного потребителя должно быть не ниже минимально допустимого предела (Р к +50), к Па абс.
Конечное давление определяется по формуле, кПа абс.
По V ав и А ср определяем предварительный диаметр кольцевого газопровода 325х8.0
Таблица 3 – Гидравлический расчет газопровода высокого и среднего давления
Длина участка, м |
Расход газа, Vр, м3/ч |
Диаметр газопровода |
Средне- квадратичная потеря давления газа, А, кПа/м |
Давление газа на участке, Па |
||||||||||
1 аварийный режим (ГРС-1-2-3…) |
||||||||||||||
Проверка:404≥250+50 2 аварийный режим (ГРС-1-7-6…) |
||||||||||||||
Проверка:400≥250+50
Нормальный режим 1 |
||||||||
Нормальный режим 2 |
||||||||
Проверка:430≥250+50
Невязка: (430-428)/430*100=0,46 %
Расчет ответвлений газопровода нормал. режим |
||||||||
Расчет ответвлений газопровода 1 авар. |
||||||||
Расчет ответвлений газопровода 2 авар. |
||||||||
Для безопасной и безотказной работы газоснабжения его нужно спроектировать и рассчитать. Важно безупречно подобрать трубы для магистралей всех типов давления, обеспечивающих стабильную поставку газа к приборам.
Чтобы подбор труб, арматуры и оборудования был максимально точным, производят гидравлический расчет трубопровода. Как его сделать? Признайтесь, вы не слишком сведущи в этом вопросе, давайте разбираться.
Мы предлагаем ознакомиться со скрупулезно подобранной и досконально обработанной информацией о вариантах производства гидравлического расчета для газопроводных систем. Использование представленных нами данных обеспечит подачу в приборы голубого топлива с требующимися параметрами давления. Тщательно проверенные данные опираются на регламент нормативной документации.
В статье предельно обстоятельно рассказано о принципах и схемах производства вычислений. Приведен пример выполнения расчетов. В качестве полезного информативного дополнения использованы графические приложения и видео-инструкции.
Любой выполняемый гидравлический расчет представляет собой определение параметров будущего газопровода. Эта процедура является обязательным, а также одним из важнейших этапов подготовки к строительству. От правильности исчисления зависит, будет ли газопровод функционировать в оптимальном режиме.
При осуществлении каждого гидравлического расчета производится определение:
- необходимого , которые обеспечат эффективную и стабильную транспортировку нужного количества газа;
- будут ли приемлемыми потери давления при перемещении требуемого объема голубого топлива в трубах заданного диаметра.
Потери давления происходят из-за того, что в любом газопроводе существует гидравлическое сопротивление. При неправильном расчете оно может привести к тому, что потребителям не будет хватать газа для нормальной работы на всех режимах или в моменты максимального его потребления.
Эта таблица является результатом гидравлического расчета, проведенного с учетом заданных значений. Для выполнения вычислений потребуется внести конкретные показатели в столбцы.
Начало участка | Конец участка | Расчетный расход м³/ч | Длина газопровода | Внутренний диаметр, см | Начальное давление, Па | Конечное давление, Па | Перепад давления, Па |
1 | 2 | 31,34 | 120 | 9,74 | 2000,00 | 1979,33 | 20,67 |
2 | 3 | 31,34 | 150 | 9,74 | 1979,33 | 1953,48 | 25,84 |
3 | 4 | 31,34 | 180 | 7,96 | 1953,48 | 1872,52 | 80,96 |
4 | 5 | 29,46 | 90 | 7,96 | 1872,52 | 1836,2 | 36,32 |
5 | 6 | 19,68 | 120 | 8,2 | 1836,2 | 1815,45 | 20,75 |
6 | 7 | 5,8 | 100 | 8,2 | 1815,45 | 1813,95 | 1,5 |
4 | 8 | 9,14 | 140 | 5 | 1872,52 | 1806,38 | 66,14 |
6 | 9 | 4,13 | 70 | 5 | 1815,45 | 1809,83 | 5,62 |
Такая операция представляет собой стандартизированную государством процедуру, которая выполняется согласно формулам, требованиям, изложенным в СП 42-101–2003 .
Исчисления обязан проводить застройщик. За основу принимаются данные технических условий трубопровода, которые можно получить в своем горгазе.
Газопроводы, требующие выполнения расчетов
Государство требует, чтобы гидравлические вычисления выполнялись для всех типов трубопроводов, относящихся к системе газоснабжения. Так как процессы, происходящие при перемещении газа, всегда одинаковые.
К указанным газопроводам относятся следующие виды:
- низкого давления;
- среднего, высокого давления.
Первые предназначенны для транспортировки топлива к жилым объектам, всевозможным общественным зданиям, бытовым предприятиям. Причем в частных, многоквартирных домах, коттеджах давление газа не должно превышать 3 кПа, на бытовых предприятиях (непроизводственных) этот показатель выше и достигает 5 кПа.
Второй тип трубопроводов предназначен для питания сетей, причем всевозможных, низкого, среднего давления через газорегуляторные пункты, а также осуществляющих подвод газа к отдельным потребителям.
Это могут быть промышленные, сельскохозяйственные, различные коммунальные предприятия и даже отдельно стоящие, или пристроенные к промышленным, здания. Но в двух последних случаях будут существенные ограничения по давлению.
Перечисленные выше виды газопроводов специалисты условно делят на такие категории:
- внутридомовые , внутрицеховые , то есть транспортирующие голубое топливо внутри какого-либо здания и доставляющие его к отдельным агрегатам, приборам;
- абонентские ответвления , использующиеся для поставки газа от какой-то распределительной сети ко всем имеющимся потребителям;
- распределительные , использующиеся для снабжения газом определенных территорий, например, городов, их отдельных районов, промпредприятий. Их конфигурация бывает различной и зависит от особенностей планировки. Давление внутри сети может быть любым предусмотренным - низким, средним, высоким.
Кроме того, гидравлический расчет выполняется для газовых сетей с разным количеством ступеней давления, разновидностей которых много.
Так, для удовлетворения потребностей могут использоваться двухступенчатые сети, работающие с газом, транспортируемым при низком, высоком давлении или низком, среднем. А также нашли применение трехступенчатые и различные многоступенчатые сети. То есть все зависит только от наличия потребителей.
Несмотря на большое разнообразие вариантов газопроводов гидравлический расчет в любом из случаев схож. Так как для изготовления используются элементы конструкции со схожих материалов, а внутри труб происходят одинаковые процессы.
Гидравлическое сопротивление и его роль
Как указывалось выше, основанием для проведения расчета является наличие в каждом газопроводе гидравлического сопротивления.
Оно действует на всю конструкцию трубопровода, а также на отдельные ее части, узлы - тройники, места существенного уменьшения диаметра труб, запорную арматуру, различные клапаны. Это приводит к потере давления транспортируемым газом.
Гидравлическое сопротивление всегда представляет из себя сумму:
- линейного сопротивления, то есть действующего по всей длине конструкции;
- местных сопротивлений, действующих у каждой составляющей части конструкции, где происходит изменение скорости транспортировки газа.
Перечисленные параметры постоянно и существенно влияют на рабочие характеристики каждого газопровода. Поэтому в результате неправильного расчета будут иметь место дополнительные и внушительные финансовые потери по причине того, что проект придется переделывать.
Правила выполнения расчета
Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.
Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.
Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные
Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы.
К которым относятся:
- расчет по приведенным в СП формулам - это самый сложный способ расчета;
- расчет по, так называемым, номограммам - это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.
Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.
Вариант вычислений с помощью ПК
Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким - все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.
Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.
Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:
- плотность газа;
- коэффициент кинетической вязкости;
- температуру газа в своем регионе.
Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.
Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых
Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.
Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:
- для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, - 0,007 см;
- для уже использовавшихся стальных изделий - 0,1 см;
- для новых стальных конструкций - 0,01 см.
Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.
Расчет расхода на ограниченном участке
Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.
Определение данных с помощью программы
Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету.
Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):
- Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
- Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
- Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
- Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
- Полученные суммы для котлов и плит суммируются.
Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.
Расчет с использованием формул
Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.
А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.
Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения
В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов низкого, среднего и, конечно же, . И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.
Вычисления с помощью номограмм
Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом - диаметр трубы и толщину ее стенок.
Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети
Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.
Пример выполнения расчета
Приведен пример выполнения гидравлического расчета с помощью программы для газопроводов низкого давления. В предлагаемой таблице желтым цветом выделены все данные, которые проектировщик должен ввести самостоятельно.
Они перечислены в пункте о компьютерном гидравлическом расчете, приведенном выше. Это температура газа, коэффициент кинетической вязкости, плотность.
В данном случае осуществляется расчет для котлов и плит, ввиду этого необходимо прописать точное количество конфорок, которых может быть 2 или 4. Точность важна, ведь программа автоматически выберет коэффициент одновременности.
На картинке желтым цветом выделены колонки, в которые показатели должен ввести сам проектировщик. Внизу приведена формула для расчета расхода на участке
Стоит обратить внимание на нумерацию участков - ее придумывают не самостоятельно, а берут из ранее составленной схемы, где указаны аналогичные цифры.
Далее прописывается фактическая длина газопровода и так называемая расчетная, которая больше. Происходит это потому, что на всех участках, где есть местное сопротивление, необходимо увеличивать длину на 5-10%. Это делается для того, чтобы исключить недостаточное давление газа у потребителей. Программа осуществляет расчет самостоятельно.
Суммарный расход в кубических метрах, для которого предусмотрена отдельная колонка, на каждом участке исчисляется заранее. Если дом многоквартирный, то нужно указывать количество жилья, причем начиная с максимального значения, как видно в соответствующей графе.
В обязательном порядке в таблицу вносятся все элементы газопровода, при прохождении которого теряется давление. В примере указаны клапан термозапорный, отсечной и счетчик. Значение потери в каждом случае бралось в паспорте изделия.
Внутренний диаметр трубы указывается согласно техническому заданию, если у горгаза есть какие-то требования, или из ранее составленной схемы. В этом случае на большинстве участков он прописан в размере 5 см, ведь большая часть газопровода идет вдоль фасада, а местный горгаз требует, чтобы диаметр был не меньше.
Если даже поверхностно ознакомиться с приведенным примером выполнения гидравлического расчета, то легко заметить, что, кроме внесенных человеком значений, присутствует большое количество других. Это все результат работы программы, так как после внесения цифр в конкретные колонки, выделенные желтым цветом, для человека работа по расчету закончена.
То есть само вычисление происходит довольно оперативно, после чего с полученными данными можно отправляться на согласование в горгаз своего города.
Выводы и полезное видео по теме
Этот ролик дает возможность понять, с чего начинается гидравлический расчет, откуда проектировщики берут нужные данные:
В следующем ролике приведен пример одного из видов компьютерного расчета:
Чтобы выполнить гидравлический расчет с помощью компьютера, как это позволяет профильный Свод правил, достаточно потратить немного времени на ознакомление с программой и сбор нужных данных.
Но практического значения все это не имеет, так как составление проекта - процедура гораздо более объемная и включает в себя множество других вопросов. Ввиду этого большинству граждан придется обращаться за помощью к специалистам.
Появились вопросы, нашли недочеты или можете дополнить наш материал ценной информацией? Оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.
Газопровод является конструкционной системой, основное назначение которой – транспортировка газа. Трубопровод помогает осуществить перемещения голубого топлива к конечному пункту, той есть к потребителю. Для того чтобы это было проще сделать газ поступает в трубопровод под определенным давлением. Для надежной и правильной работы всей конструкции газовой магистрали и его прилегающих ветках, необходим гидравлический расчет газопровода.
Для чего необходим расчет газопровода
- Расчет газопроводной магистрали необходим, чтобы выявить возможное сопротивление в газовой трубе.
- Правильные вычисления дают возможность качественно и надежно подобрать необходимое оборудование для газовой конструкционной системы.
- После произведенного расчета, можно наилучшим образом подобрать верный диаметр труб. В результате газопровод сможет осуществлять стабильное и эффективное поступление голубого топлива. Газ будет подаваться при расчетном давлении, он будет быстро и качественно доставляться во все нужные точки газопроводной системы.
- Газовые магистрали будут работать в оптимальном режиме.
- При правильном расчете в конструкции не должно быть излишних и чрезмерных показателей при установке системы.
- Если расчет выполнен правильно, застройщик может финансово сэкономить. Все работы будет выполнены согласно схеме, будут закуплены только необходимые материалы и оборудование.
Как работает система газовой магистрали
- В городской черте размещается сеть газовых трубопроводов. В конце каждого трубопровода, по которому должен поступать газ, установлены специальные газораспределительные системы, еще их называют газораспределительными станциями.
- Когда газ доставлен в такую станцию, происходит перераспределение давления, а точнее напор газа снижается.
- Затем газ следует в регуляторный пункт, а от него в сеть с более высоким давлением.
- Трубопровод с наивысшим давлением присоединяют к хранилищу под землей.
- Для регулирования суточного потребления топлива монтируют специальные станции. Их называют газгольдерными станциями.
- Газовые трубы, в которых протекает газ с высоким и среднем давлением, служат, как своеобразная подпитка газопроводов с низким напором газа. Для того чтобы это контролировать существуют точки регулировки.
- Чтобы определиться с потерями давления, а также точным поступлением всего необходимого объема голубого топлива в конечный пункт, вычисляют оптимальный диаметр труб. Вычисления производятся путем гидравлического расчета.
Если газовые трубы уже установлены, то при помощи вычислений можно узнать потери давления в период передвижения топлива по трубам. Также сразу же указывается размеры имеющихся труб. Потери давления происходят из-за сопротивления.
Существует местное сопротивление, возникающее на поворотах, в точках перемены скорости газа, при изменении диаметра той или иной трубы. Еще чаще всего бывает сопротивление при трении, оно происходит не зависимо от поворотов и скорости газа, его место распределения - вся протяженность газовой магистрали.
Газовая магистраль имеет возможность проводить газ, как в промышленные предприятия и организации, так и в коммунальные потребительские сферы.
С помощью расчетов определяются точки, куда необходимо поступление топлива с низким давлением. К таким точкам чаще всего относятся – жилые здания, коммерческие помещения и здания общего посещения, небольшие коммунальные потребители, некоторые маленькие котельные.
Гидравлический расчет с низким давлением газа по трубопроводу
- Ориентировочно необходимо знать количество жителей (потребителей) в расчетном районе, куда будет подаваться газ с низким давлением.
- Учитывается весь объем газа за год, который будет использоваться на всевозможные потребности.
- Определяется путем вычислений значение расхода топлива потребителями за определенное время, в данном случае берется показание в один час.
- Устанавливается местонахождение точек газораспределения, подсчитывается их количество.
Производят расчет перепадов давления участка газопроводной магистрали. В данном случае, к таким участкам относятся распределительные точки. А также внутридомовой трубопровод, ветви абонентов. Затем учитываются общие перепады давления всей магистрали газопровода.
- Вычисляется площадь всех в отдельности труб.
- Устанавливается густота населения потребителей в данном районе.
- Выполняется расчет расхода газа на показание площади каждой отельной трубы.
- Осуществляется вычислительные работы по следующим показателям:
- расчетные данные длины отрезка газового трубопровода;
- фактические данные длины всего участка;
- эквивалентные данные.
Для каждого участка газопровода необходимо посчитать удельную путевую и узловую затрату.
Гидравлический расчет со средним давлением топлива в газопроводе
При расчете газопровода со средним давлением первоначально берут во внимание показание начального напора газа. Такое давление можно определить, если пронаблюдать подачу топлива начиная с главной газораспределительной точки до области преобразования и перехода от высокого давления к среднему распределению. Давление в конструкции должно быть таковым, чтобы показатели не опускались ниже минимально допустимых значений при пиковой нагрузке на магистраль газопровода.
В вычислениях применяется принцип перемены давления, учитывая единицу длины измеренного трубопровода.
Для выполнения наиболее верного расчета, вычисления производятся в несколько стадий:
- На начальной стадии, становится возможным рассчитать потери давления. Берутся во внимания потери, которые возникают на главном участке газопровода.
- Затем выполняется расчет расхода газа на данном отрезке трубы. По полученным средним показателям потерь давления и по вычислениям расхода топлива, устанавливается, какая необходима толщина трубопровода, выясняется необходимые размеры труб.
- Учитываются все возможные размеры труб. Затем по номограмме вычисляется величина потерь для каждой из них.
Если гидравлический расчет трубопровода со средним напором газа верный, то потери давления на отрезках трубы будут иметь постоянное значение.
Гидравлический расчет с высоким давлением топлива по газопроводу
Выполнять вычислительную программу гидравлического расчета необходимо на основе высокого натиска сосредоточенного газа. Подбирается несколько версий газовой трубы, они должны подходить под все требования полученного проекта:
- Определяется минимальный диаметр трубы, который можно принять в рамках проекта для нормального функционирования всей системы.
- Принимается во внимания, в каких условиях будет происходить эксплуатация газопровода.
- Уточняется особая спецификация.
- Изучается местность в том районе, где будет проходить газовый трубопровод. Досконально рассматривается план местности, чтобы избежать каких-либо ошибок в проекте при дальнейших работах.
- Изображается схема проекта. Ее главное условие, чтобы она проходила по кольцу. На схеме обязательно должны быть четко видны различные ответвления к станциям потребления. Составляя схему, делают минимальную длину пути труб. Это необходимо для того, чтобы весь газопровод максимально эффективно работал.
- На изображенной схеме производят измерения участков газовой магистрали. Затем выполняется расчетная программа, при этом, конечно же, учитывается масштаб.
- Полученные показания меняют, расчетную длину каждого изображенного на схеме участка трубы немного увеличивают, примерно на десять процентов.
- Производятся вычислительные работы для того чтобы определить, каким будет общий расход топлива. При этом учитывается расход газа на каждом участке магистрали, затем он суммируется.
- Заключительной стадией расчета трубопровода с высоким напором газа будет определение внутреннего размера трубы.
Для чего необходим гидравлический расчет внутридомового газопровода
В период расчетных работ определяются виды необходимых газовых элементов. Приборы, которые задействованы в регулировании и доставке газа.
В проекте находятся определенные точки, где будут размещаться газовые элементы согласно нормам, по которым также учитываются условия безопасности.
Изображают схему всей внутридомовой системы. Это дает возможность во время вывить какие-либо неполадки, четко произвести монтаж.
В условиях подачи топлива, принимается в расчет количество жилых помещений, ванная и кухонная комната. В кухне принимается к сведению наличие таких составляющих, как вытяжка, дымовая труба. Все это нужно для того, чтобы качественно установить приборы и трубопровод для доставки голубого топлива.
Гидравлический расчет внутридомовой газовой системы
В данном случае, как и при расчете газопровода с высоким давлением, берется во внимание сосредоточенный объем газа.
Диаметр участка внутридомовой магистрали рассчитывается согласно потребляемой величине голубого топлива.
Также учитываются потери давление, которые могут произойти на пути доставки газа. В расчетной системе должны быть наименьшие возможные потери давления. Во внутридомовых газовых системах уменьшение давления довольно частое явление, поэтому вычислить этот показатель очень важно для эффективной работы всей магистрали.
В высотных зданиях кроме изменений и перепадов давления, производятся вычисления гидростатического напора. Явление гидростатического напора происходит из-за того, что воздух и газ имеют разную плотность, в результате образуется данный вид напора в газовой трубопроводной системе с низким натиском.
Производятся вычисления величины газовых труб. Оптимальный диаметр труб может обеспечить наименьшие потери давления от станции перераспределения до точки доставки газа потребителю. При этом в программе расчета должно учитываться, что перепад давления не должен быть выше четырехсот паскалей. Такой перепад давления также закладывается в область распределения и точки преобразования.
При расчете расхода газа принимается к сведению то, что потребление голубого топлива происходит неравномерно.
Завершающим этапом расчета является сумма всех перепадов давления, она учитывает общий коэффициент потерь на магистрали и ее ветках. Суммарные показатель не будет превышать предельно допустимых значений, он будет составлять менее семидесяти процентов от номинального давления, которое показывают приборы.
- Инструкция по эксплуатации велосипеда Инструкция по эксплуатации велосипеда silverback
- Термостатический клапан: виды и способы установки
- Бамбук комнатный: фото, уход в домашних условиях Выделяют трудности при выращивании этого растения
- Подчеркивающий индивидуальность самшит (буксус): размножение, посадка, уход в домашних условиях и фото