Гидравлический расчет газопроводов низкого и среднего давления.

Сеть низкого давления конструируют из условий экономичности с соблюдением требований надежности. Ее выполняют с кольцеванием основных газопроводов, в том числе связывающих источники питания (ГРП) по низкому давлению.

Гидравлический расчет газопроводов сводится к определению оптимального диаметра при заданной длине и перепаде давления в нем от источника газа до диктующего потребителя (конечной точки).

Низкое давление:

1.На основании известных годовых количеств потребления газа переходим к часов расходам газа.

2.Определяем расход газа на сеть низкого давления.

3.Определяем количество ГРП.

4.Проектируем кольцевую сеть.

5.Выбираем направление движения газа на участке. Направление движения газа выбирается с точек схода или наиболее удаленных точек. Направление газа выбирается так, чтобы газ поступал по наикратчайшему расстоянию и не было обратного движения газа к ГРП.

6.Определяем удельные путевые расходы по участкам.

7.Определяем путевые расходы по участкам

8.Определяем эквивалентный (сосредоточенный) расход

9.Определяем транзитные расходы по участкам. Проверкой правильности расчета транзитных и путевых расходов является: суммарный расход ГРП должен быть равен расчетному расходу газа на сеть низкого давления.

Определяем расчетные расходы по участкам V_p=V_транз+V_э, м³/час.

Полученные значения путевых и транзитных расходов заносим в таблицу гидравлического расчета, группируя участки по кольцам. В кольце участки группируем по направлению. Далее задаемся располагаемым перепадом давления от источника газа (ГРП) до наиболее удаленного потребителя(). Определяем ориентировочные удельные потери по длине участка газопровода по формуле:

По расчетному расходу и ориентировочным удельным потерям по длине определяем по номограмме точки пересечения расчетного расхода и ориентировочных удельных потерь. Затем, смещаясь до ближайшего диаметра по прямой расчетного расхода, уточняем действительные удельные потери по длине, опускаясь с точки пересечения до нового значения . Найденное значение заносим в таблицу.

При расчете кольцевых газопроводов необходимо выполнить два обязательных условия:

· Потери давления от ГРП до самой удаленной точки не должны превышать располагаемый перепад давления;

· Потери давления в полукольцах или алгебраическая сумма потерь давлений в кольце должны быть равны нулю.

Потери рассчитываем с учетом гидростатического напора, возникающего за счет разности удельных весов воздуха и газа, который находим по формуле:

где – разность геодезических отметок;

– плотность (удельный вес) воздуха и газа соответственно.

При использовании данной формулы, знак конечного результата принимается положительным, если газ легче воздуха и движется вниз (с высокой к низкой отметке), т.е. необходимо затратить усилие, чтобы толкнуть его вниз. Отрицательным – если газ легче воздухе и движется вверх.

Расчет газопровода среднего давления:

К газопроводу среднего давления подключаем ГРП, крупные котельные и промпредприятия. Выбираем диктующий потребитель. Обычно диктующий потребитель имеет наибольшие расход и давление. Расчет сводится к определению диаметров, при которых все потребители будут обеспечены требуемым расходом и давлением.

1. Обозначаем номера участков.

2. Выбираем диктующий потребитель и стрелками показываем встречу газа.

3. Определяем расходы по участкам, начиная от диктующего потребителя, двигаясь к источнику газа.

4. Расчет начинаем от источника газа – ГРС. Зная начальное давление и длину участка выбираем диаметр по номограмме и определяем конечное давление на участке. Далее принимаем конечное давление на участке за начальное давление последующего участка.

5. Далее по аналогии определяем давления на всех участках. Доходим до диктующего потребителя. Конечное давление на участке должно быть выше или равно требуемому давлению у предприятия. Допустимая невязка 5-10%.

7. Гидравлический расчет кольцевых газопроводов.

Потребители, подключаемые к распределительным газопроводам низкого давления, за исключением отдельных сосредоточенных, разбирают газ из сети неравномерно, и закономерность разбора установить трудно. Для упрощения задачи допускают, что бытовыми и коммунально-бытовыми потребителями газ по пути его следования в трубе расходуется равномерно (расход газа, отбираемый на участке газопровода, называется путевым расходом на данном участке). Однако чаще всего по участку проходят и те количества газа, которые предназначены для других участков. Для данного же участка этот расход газа будет считаться транзитным.

При проектировании необходимо выбрать наилучший вариант движения потоков газа и так подобрать диаметры сети, чтобы добиться намеченного распределения потоков.

Направления движения потоков газа выбираем так, чтобы газ от точки питания подавался: ко всем потребителям по кратчайшему пути. При этом диаметры сети будут наименьшими. Направления движения газа выбираем, начиная от точки питания к периферии.

Пути движения транзитных потоков газа выбираем так, чтобы, соблюдая первое условие, одновременно добиваться как можно более равномерного распределения потоков газа по всем направлениям.

Гидравлический расчет газопроводов сводится к определению оптимального диаметра при заданной длине и перепаде давления в нем от источника газа до диктующего потребителя (конечной точки). Суммарный расход на сеть низкого давления определяется по формуле:

С помощью генплана района города по формуле определяем расчетные (приведенные) длины участков газопроводов, учитывающие характер их питания:

при двухсторонней раздаче L_p=L_д

при односторонней раздаче L_p=0,5*L_д

Посчитав суммарный расход на сеть низкого давления и приведенные длины участков, рассчитываем :

Находим путевой расход каждого участка газопровода по формуле:

После чего определяем эквивалентный (сосредоточенный) расход газа:

Затем определяем расчетные расходы для всех участков:

V_p=V_транз+V_э, м³/час

где V_транз – транзитный расход газа участка газопровода.

Рассчитав путевые и транзитные расходы газа всех участков газопроводов, проводим проверку невязки между суммарным расходом газа на ГРП и суммарным расходом газа на сеть низкого давления. По условию:

Полученные значения путевых и транзитных расходов заносим в таблицу гидравлического расчета, группируя участки по кольцам. В кольце участки группируем по направлению. Далее задаемся располагаемым перепадом давления от источника газа (ГРП) до наиболее удаленного потребителя ().Определяем ориентировочные удельные потери по длине участка газопровода по формуле:

По расчетному расходу и ориентировочным удельным потерям по длине определяем по номограмме точки пересечения расчетного расхода и ориентировочных удельных потерь. Затем, смещаясь до ближайшего диаметра по прямой расчетного расхода, уточняем действительные удельные потери по длине, опускаясь с точки пересечения до нового значения . Найденное значение заносим в таблицу.

При расчете кольцевых газопроводов необходимо выполнить два обязательных условия:

· Потери давления от ГРП до самой удаленной точки не должны превышать располагаемый перепад давления;

· Потери давления в полукольцах или алгебраическая сумма потерь давлений в кольце должны быть равны нулю.

Потери рассчитываем с учетом гидростатического напора, который находим по формуле:

где – разность геодезических отметок;

При использовании данной формулы, знак конечного результата принимается положительным, если газ легче воздуха и движется вниз (с высокой к низкой отметке), т.е. необходимо затратить усилие, чтобы толкнуть его вниз. Отрицательным – если газ легче воздухе и движется вверх.

ВАРИАНТ 2:

Методика расчета кольцевых сетей: 1) на основании известных количеств потребляемого газа и заданной схемы газопроводов вычисляют сосредоточенные и удельные путевые расходы для всех контуров питания потребителей. отнесенный к 1 м сети: q _уд.пут= V _снд/∑L_пр; 2) задают начальное распределение потоков в сети: а) обозначают узловые точки газопровода, где есть расходы газа; б) обозначают контуры; в) выбирают направление движения газа (в углах контуров должны сходиться); г) определяют путевые расходы для всех участков сети: ; д) определяют транзитные расходы по участкам; е) определяют расчетные расходы по участкам: ; 3) задаются располагаемым перепадом давления от источника газа до самого дальнего потребителя (для сети низкого давления 1200 Па); 4) определяют ориентировочные удельные потери по длине участка: , где ∑L_Д – сумма длин от ГРП до самой дальне точки; 5) по расчетному расходу и ориентировочной удельной потери по длине определяют по номограмме расчетные значения диаметров газопровода и уточняют удельные потери по длине, прежде всего подбираю диаметры главных контуров, кольцо этих контуров проектируют с постоянным диаметром или с диаметром, близким по размерам; 6) по фактическому значению удельной потери по длине и расчетной длине участка определяют перепад давления на участке сети.

При расчете кольцевых газопроводов необходимо выполнить два обязательных условия: 1) потери давления от ГРП до самой удаленной точки не должны превышать расчетного перепада давления(1200 Па); 2) потери давления в полукольцах должны быть равны или алгебраическая сумма потери давлений в кольце должна быть равна 0.

Гидравлический расчет кольцевого газопровода среднего давления:

К кольцевому газопроводу среднего давления подключаем ГРП, крупные котельные и промпредприятия. Выбираем диктующий потребитель. Обычно диктующий потребитель имеет наибольшие расход и давление. Расчет сводится к определению диаметров, при которых все потребители будут обеспечены требуемым расходом и давлением.

6. Обозначаем номера участков.

7. Выбираем диктующий потребитель и стрелками показываем встречу газа.

8. Определяем расходы по участкам, начиная от диктующего потребителя.

9. Расчет начинаем от источника газа – ГРС. Зная начальное давление и длину участка выбираем диаметр по номограмме и определяем конечное давление на участке. Далее принимаем конечное давление на участке за начальное давление последующего участка.

10.Далее по аналогии определяем давления на всех участках. Доходим до диктующего потребителя. Конечное давление на участке должно быть выше или равно требуемому давлению у предприятия. Допустимая невязка 5-10%.

8. Регуляторы давления, применяемые в газоснабжении.

Управление гидравлическим режимом работы системы газоснабжения осуществляют с помощью регуляторов давления, которые автоматически поддерживают постоянное давление в точке отбора импульса независимо от интенсивности потребления газа. При регулировании давления происходит снижение начального, более высокого давления, на конечное (более низкое). Автоматический регулятор давления состоит из регулирующего и реагирующего устройства. Основной частью реагирующего устройства является чувствительный элемент (мембрана), а основной частью регулирующего устройства — регулирующий орган (у регуляторов давления дроссельный орган). Чувствительный элемент и регулирующий орган соединяются между собой исполнительной связью.

1-регулирующий (дроссельный) орган; 2 – мембранно-грузовой привод; 3 – импульсная трубка; 4 – объект регулирования – газовая сеть.

Автоматический регулятор – типа «после себя», поэтому давление после регулятора является регулируемым параметром.

Регулятор давления будет находиться в равновесии, если алгебраическая сумма сил, действующих на клапан, равна нулю. Если баланс сил нарушается (∑N_i≠0), то клапан начнет перемещаться в сторону действия больших сил, изменяя приток газа М_п. Регуляторы, работающие по рассмотренному принципу, называются астатическими.

Эти регуляторы после возмущения приводят регулируемое давление к заданному значению независимо от величины нагрузки и положения регулирующего органа. Таким образом, равновесие системы при астатическом регулировании может наступить только при заданном значении регулируемого параметра, причем регулирующий орган может занимать любое положение.

Для стабилизации процесса (т. е. превращения его в затухающий) в регулятор вводят стабилизирующие устройства, в частности жесткую обратную связь. Такое регулирование называют статическим.

1-регулирующий (дроссельный) орган; 2 – мембранно-пружинный привод; 3 – импульсная трубка; 4 – объект регулирования – газовая сеть.

Статические регуляторы характеризуются неравномерностью, под которой понимают величину изменения регулируемого параметра, необходимую для перестановки регулирующего органа из одного крайнего положения в другое. Значение регулируемого давления при равновесии системы зависит не только от задания (настройки регулятора), но и от нагрузки или от положения регулирующего органа.

Регуляторы давления бывают: прямого и непрямого действия, промежуточного типа.

У регуляторов прямого действия регулирующий орган (клапан) перемещается усилием, возникающим в его чувствительном элементе (мембране) без использования энергии от постороннего источника. Регуляторы прямого действия не имеют усилителей.

У регуляторов непрямого действия усилие, возникающее в чувствительном элементе, приводит в действие управляющий элемент, который открывает доступ энергии сжатого воздуха, газа в сервомотор, а последний развивает усилие, необходимое для перемещения регулирующего органа. Регуляторы этого типа всегда содержат один или несколько усилителей.

Если давление газа регулируется после регулятора, то регулятор называется «после себя»; если регулируется давление до регулятора, то регулятор называется «до себя». Для регулирования давления газа в городских системах газоснабжения применяют регуляторы «после себя». Регулятор после себя в нормальном состоянии открытый клапан. Регулирование обеспечивается за счет поступлений импульса давления по импульсной трубке под мембранное пространство регулятора давления. В случае повышения давления после регулятора давления или уменьшения расхода происходит повышение давления в сети и импульс давления поступает под мембранное пространство. За счет этого мембрана поднимается, увлекая за собой шток и клапан. Клапан прикрывается, уменьшается подача газа в сеть и падает давление. После падения давления в сети происходит снижение давления в подмембранном пространстве, мембрана перемещается вниз и открывается клапан. Расход газа увеличивается, давление в сети возрастает. Давление в сети регулируется с помощью натяжения пружин.

На ГРС устанавливают автоматические регуляторы прямого и непрямого действия. Колебания регулируемого выходного давления газа не должны превышать ±10% без перенастройки изменения расхода газа во всем диапазоне регулирования, а колебания входного давления – на ±25%.

Основной регулятор давления следует выбирать по максимальному расчетному расходу газа потребителями и требуемому перепаду давления при редуцировании. Пропускную способность регулятора давления следует принимать на 15-20% больше максимального расчетного расхода газа.

Дроссельными органами у регуляторов давления служат клапаны различных конструкций и реже дроссельные заслонки.

Поток газа при движении через дроссельный орган преодолевает гидравлические сопротивления, в результате чего уменьшается его статическое давление. Потери давления возникают в результате трения, неоднократного изменения направления движения и вследствие сужения потока при проходе через седло клапана.

Расчета пропускной способности регулятора:

,

где ε коэффициент учитывает

изменение плотности газа при движении через дроссельный орган, определен экспериментально: ; z₁ –коэф. сжимаемости газа (=1); Т₁=273 К; р ₁ – абсолютное давление газа до регулятора;

Δр – перепад давления на клапане (2-7 кПа); k_Q – коэф. пропускной способности (определен для регуляторов давления и уточняется в таблице).

На ГРС часто при применяют регуляторы давления прямого действия типа РД (с одно- и двухседельным дросселирующим органами). Применяются для снабжения жилых домов и кварталов газом из сети среднего или высокого давления. Они представляют собой дроссельное устройство, приводимое в движение мембраной, находящейся под воздействием регулируемого давления. Всякое изменение регулируемого давления газа вызывает перемещение мембраны, а вместе с ней и изменение проходного сечения дроссельного устройства, что влечет за собой уменьшение или увеличение количества газа, протекающего через регулятор.

Прямоточные регуляторы типа РДПР-3 – устанавливают только на прямолинейном участке газопровода между двумя запорными устройствами.

Регуляторы типа РДК предназначены для редуцирования паров СУГ при баллонном газоснабжении и для регулирования давления газа, подаваемого потребителям от сети среднего или высоко давления.

9. Газорегуляторный пункт. ШРП. ГРП.

Для снижения давления газа и поддержания его на заданных уровнях в системах газоснабжения предусматривают газорегуляторные пункты и установки. Газорегуляторные пункты (ГРП) сооружают на территории городов, населенных пунктов, промышленных и коммунальных предприятий, а газорегуляторные установки (ГРУ) размещают внутри газифицируемых зданий. В зависимости от величины давления газа на вводе в ГРП и ГРУ последние разделяют на ГРП и ГРУ среднего давления с давлением газа до 0,3 МПа и ГРП и ГРУ высокого давления с давлением газа более 0,3 до 1,2 МПа избыточных. ГРП могут быть сетевыми, питающими городскую распределительную сеть низкого и среднего давлений, и объектовыми, подающими газ необходимого давления промышленным и коммунально-бытовым потребителям. ГРП следует размещать в отдельно стоящих зданиях или в шкафах (до 0,6 МПа – 10м, 0,6-1,2 МПа – 15м до зданий и сооружений и жд; 5м и 8м до автодорог соответственно).

На территории промышленного предприятия ГРП можно располагать на открытых площадках под навесом, можно также выносить из здания на площадку только часть оборудования ГРП.

ГРП следует располагать в светлых и несгораемых одноэтажных помещениях с покрытиями, легко сбрасываемыми при действии взрывной волны с массой на 1 м² не более 120 кг. В случае применения трудносбрасываемых покрытий общая площадь оконных, дверных проемов и световых фонарей принимается не менее 500 см на 1 м³ внутреннего объема помещения. Двери помещений должны открываться наружу.

Газорегуляторные пункты коммунальных предприятий и отдельно стоящих отопительных котельных с давлением до 0,6 МПа разрешается размещать в пристройках к зданиям, в которых расположены газовые установки. Не разрешается устанавливать ГРП и ГРУ в подвальных и полуподвальных помещениях и в колодцах. Если ГРП располагают в пристройке, то ее отделяют от здания глухой стеной. Пристройка должна иметь самостоятельный вход. В отапливаемых помещениях ГРП температуру воздуха следует поддерживать не менее 5 C.

Здание ГРП оборудуют естественной вентиляцией, обеспечивающей трехкратный воздухообмен.

ГРП располагаемые в шкафах, устанавливают на отдельных несгораемых опорах. Шкафные ГРП промышленных и коммунальных предприятий с давлением газа до 0,6 МПа можно крепить к огнестойким стенам газифицируемых зданий, а шкафные ГРП коммунально-бытовых приятии и жилых зданий можно крепить к огнестойким стенам только при давлении газа до 0,3 МПа. Шкафы следует располагать на высоте, удобной для обслуживания и ремонта. Расстояние от шкафа до окна или двери должно быть не менее 3 м при условии, что давление газа не более 0,3 МПа. Расстояние по вертикали от шкафа до оконных проемов должно быть не менее 5 м.

ГРУ промышленных и коммунальных предприятий и отопительных котельных располагают непосредственно в помещениях цеха и котельных, в которых находятся газоиспользующие агрегаты, или в смежных помещениях, соединенных с ними открытыми дверными проемами. Максимальное давление газа на входе в ГРУ должно быть не более 0,6 МПа. Запрещается размещать ГРУ в жилых и общественных зданиях. Газорегуляторные установки размещают на вводе газопровода в помещение на несгораемой стене, в местах с хорошим освещением. Оборудование ГРУ должно быть защищено от механических повреждений и воздействия сотрясений и вибраций.

1 – газопровод; 2 – расходомер; 3 – задвижка; 4 – фильтр; 5 – регулятор давления; 6 – предохранительный запорный клапан; 7 – байпас; 8 – герметизирующее устройство (кран) на байпасе; 9 – предохранительный сбросной клапан и свеча; 10 – самописец для измерения давления газа в сети; 11 – U образный манометр; 12 – емкость для отбора газа; 13 – дифманометр; 14 – импульсная трубка.

Расход газа осуществляется с помощью камерной диафрагмы, по перепаду давления на ней.

ПСК предназначен для сброса давления газа при незначительном его повышении в газовой сети (ночной период).

ПЗК предназначен для отключения подачи газа в случаях повышения давления газа или понижения давления выше или ниже допустимых пределов.

Оборудование сетевых газорегуляторных пунктов состоит из следующих основных узлов и элементов: узла регулирования давления газа с предохранительно-запорным клапаном и обводным газопроводом (байпасом), предохранительного сбросного клапана, комплекта контрольно-измерительных приборов, продувочных линий. Газ высокого или среднего давления входит в ГРП и поступает в узел регулирования, в котором оборудование по ходу движения газа располагают в такой последовательности; отключающее устройство; фильтр для очистки газа от механических примесей и пыли; предохранительный запорный клапан для отключения подачи газа потребителям при недопустимом повышении или понижении давления после регулятора; регулятор давления для снижения давления газа и поддержания его постоянным после себя; отключающее устройство. В качестве отключающих устройств при диаметрах до 100 мм используют пробковые краны со смазкой (KCP), при больших диаметрах — клиновые стальные задвижки (ЗКЛ2). Для очистки газа на ГРП устанавливают волосяные или сетчатые фильтры. Перепад давления на кассете фильтра не должен превышать 10 кПа.

Выходное давление из ГРП контролируют при помощи ПЗК и ПСК. ПЗК контролирует верхний и нижний предел, ПСК — только верхний. ПСК настраивают на меньшее давление, чем ПЗК, поэтому он срабатывает первым. Сброс газа в атмосферу следует осуществлять в том случае если при закрытии клапан не обеспечивает герметичности отключения. Для предотвращения роста давления избыток газа необходимо сбросить в атмосферу. Такие ситуации обычно бывают кратковременными (в ночное время), а количество сбрасываемого газа незначительным. Срабатывание клапана ПСК при указанных обстоятельствах предотвращает закрытие предохранительного клапана и нарушение нормального газоснабжения потребителей. Если отказал регулятор давления, клапан ПСК сработал, а давление в сетях продолжает расти, то срабатывает клапан ПЗК, который перекроет газопровод перед регулятором и прекратит подачу газа потребителям. Клапан ПЗК сработает также при недопустимом снижении давления газа, которое может произойти при аварии на газопроводе. Вновь пустить газ может только обслуживающий персонал. Клапан ПСК настраивают на давление, превышающее регулируемое на 15%. Верхний предел настройки клапана ПЗК принимают на 25% выше регулируемого давления после ГРП. За нижний предел принимают минимально допустимое давление газа в сетях.

Для бесперебойного снабжения потребителей газом при выходе из строя регулятора давления, замене, ремонте или осмотре оборудования узла регулирования предусматривают обводной газопровод (байпас). Для надежности и удобства ручного регулирования на байпасе устанавливают последовательно 2 отключающих устройства: кран и задвижку. При ручном регулировании на кране сбрасывает основной перепад давления, а задвижкой регулируют давление в соответствии с изменяющейся нагрузкой.

Компоновка оборудования ГРП должна быть удобна для монтажа, ремонта и осмотра оборудования. Расстояние в свету между параллельными рядами оборудования следует принимать не менее 400 мм, а ширину основного прохода в помещение не менее 0,8 м. Прокладывать газопроводы в каналах пола не рекомендуется.

Для поглощения шума, возникащего при редуцировании давления газа, газопроводы покрывают специальной шумовиброизолирующей пастой или изолируют антикоррозионной битумно-резиновой изоляцией толщиной 20 мм.

---

Дата добавления: 2015-07-11