Глава 6. Трассировка и гидравлический расчет кольцевых газопроводов

Различают кольцевые и разветвленные (тупиковые) газораспределительные сети. Кольцевые сети обладают большей надежностью. Газораспределительная сеть включает транзитные и путевые газопроводы. Транзитные газопроводы предназначены для передачи сосредоточенных объемов газа к потребителям, путевые – для подачи газа равномерно распределенным потребителям.

Различают одно- и двухступенчатую систему распределения и подачи газа. При одноступенчатой системе распределение газа и подача его потребителям осуществляется по газопроводам только одного давления. При двухступенчатой системе используются газопроводы высокого (среднего) и низкого давлений.

6.1. Трассировка

Чертежи выполняются в масштабе 1:10000. На генплане намечаются зоны обслуживания каждого ГРП[4] (рис.3), с определенным радиусом .

Оптимальный радиус зоны обслуживания ГРП

, , .

где – общая площадь населенного пункта, .

Число ГРП

,

где – суммарный расход газа через городские ГРП, , без учета потребителей газа среднего и высокого давления (табл.4), , - оптимальная производительность ГРП, питающих сеть низкого давления.

Рис.3

Прорабатывается схема прокладки газопровода (рис.4).

Рис.4

ГРП размещаются ближе к месту повышенной нагрузки обычно в центре намеченной зоны. Точки встречи транзитных потоков располагаются в диаметрально противоположных направлениях относительно точки питания (место установки ГРП), например, узел 1 и 23 (рис.4). Вся газифицируемая площадь разбивается на участки. Каждый контур может содержать несколько участков (на рис.4 контуры обозначены римскими цифрами). Определяются направления движения газа по контурам сети.

6.2. Гидравлический расчет кольцевых газопроводов низкого давления

При гидравлическом расчете кольцевых газопроводов низкого давления вводится допущение: .

Удельный равномерно-распределенный расход на одного человека

, ,

где – суммарный расход газа на квартиры и мелкие предприятия (табл.4 п. 1, 2).

Расчет начинается от точки встречи потоков т.1 или 23 (рис.4) по направлению к точке питания ГРП. Главные направления движения газа – маршруты левого и правого кольца (-1-2-3-5-7-9-10-12-14-15 – левое верхнее полукольцо, -1-19-17-16-15 – левое нижнее полукольцо, -23-27-25-24-14-15 - правое верхнее полукольцо, -23-21-16-15 – правое нижнее полукольцо). Находятся удельные путевые расходы для всех питающих контуров сети табл. 6.

Таблица 6
№ГРП	№ контура	Газоснабжаемые зоны	Длина питающего контура , м	Удельный путевой расход,
Площадь Участка , га	, чел	,	Расход газа,

Тупиковые участки газопроводов несут только путевые расходы газа. Удельный путевой расход участков, расположенных на границе раздела нескольких контуров равен сумме удельных расходов газа в этих контурах. Каждый участок кольцевого газопровода, кроме своего путевого расхода, передает транзитом через себя путевые расходы газа всех следующих за ним участков. Определяется расчетный расход газа для участков сети табл.7.

Таблица 7
№ уч	, м	, [5]	Расходы газа,
,	,	,
				(сумма расходов прошедших данный участок)

Общий расход газа выходящего из ГРП определяется суммой расходов правого и левого кольца

.

Суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения (ГРП) до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 1800Па, в том числе в распределительных газопроводах 1200Па. Потери давления на трение с учетом 10% местных гидравлических потерь

,

где – расчетный перепад давления в сети , =3000 Па – давление после ГРП, с которым газ входит в распределительные сети, – номинальное давление газа перед бытовыми приборами .

Определяются длины полуколец: правого (верхнего, нижнего) и левого (верхнего, нижнего). Находятся удельное давление на трение в указанных полукольцах. Определяются диаметры газопроводов (Приложение 9) и потери давления на трение. Результаты гидравлического расчёта кольцевых сетей[6] низкого давления заносятся в табл.8.

	Таблица 8
№ полукольца	наим. участка	длина участка , м	,	, мм	, Па/м	, Па
	2-1		табл.7		Прил.9

Находится невязка

.

Если в результате расчета невязка в кольцах не превысила 10%, то дальнейшую увязку можно не производить. Если ошибка превысила эти пределы, то увязка производится путем ввода поправочных расходов [1] или изменением величины и диаметра труб (Приложение 9).

При расчете тупиковых ответвлений необходимо использовать весь расчетный перепад давлений по направлениям полуколец. Результаты гидравлического расчета тупиковых газопроводов низкого давления сводятся в табл.9.

Таблица 9
№ уч.	, м	,	располагаемые	, мм	, Па/м	, Па
, [7] Па	, Па/м
		табл.7			Прил.9	Прил.9

Диаметры газопроводов принимаются не менее мм. На схемах указываются диаметр газопровода, перепад давления, расход, длина участка (ответвления) газопровода, вводы к потребителям.

6.3. Гидравлический расчет кольцевых газопроводов (среднего) высокого давления

В крупных населенных пунктах проектируются кольцевые газовые сети среднего и высокого давления. При расчете таких сетей дается резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах. При гидравлическом расчете кольцевых газопроводов (среднего) высокого давления вводится допущение: по длине трубопровода.

Перепад давления учитывается уравнением Дарси в дифференциальной форме

.

Используя уравнение состояния идеального газа, уравнение неразрывности, находится скорость газового потока

,

где - плотность газа, - расход газа, - площадь сечения трубы.

После математических преобразований с учетом равенства , где уравнение Дарси имеет следующий вид

.

Уравнение Дарси интегрируется по длине от 0 до и давлению от до при условии

.

В итоге получается зависимость

,

где – диаметр газопровода, - длина участка (ответвления). Эта зависимость представлена графически в виде номограммы для заданного газа и известной шероховатости труб (Приложение 10).

Для оценки эффективности обслуживания в период аварийной ситуации вводятся специальные коэффициенты обеспеченности () и определяются резервы пропускной способности сети. Для однокольцевых газопроводов расчеты ведутся при поочередных выключениях головных участков слева и справа от точки питания (отмечается номером 1 - ближайшая от ГРС точка). На генплане населенного пункта располагаются все объекты, представленные в табл. 4 (рис.5). Они охватываются кольцевой трассой газопровода.

Рис.5

Расчетный расход определяется из зависимости

,

где - коэффициенты обеспеченности объектов.

Удельное падение давления с учетом 10% суммарных гидравлических потерь,

,

где , - давление газа после ГРС и у потребителей соответственно.

Если длина кольца , м и , то принимается и по расходу, удельному давлению и длине кольца определяется диаметр кольцевого газопровода среднего (высокого) давления по Приложению 10.

I.Гидравлический расчет участков и ответвлений при аварийных

режимах потокораспределения.

Выполняется два варианта гидравлического расчета аварийных режимов при выключении головных участков кольцевого газопровода первого и последнего участков. По номограмме (Приложение 10) находится квадратичная разница давления на участках при подаче газа со сниженным качеством обслуживания потребителям (с учетом ).

Расход газа при аварийном режиме составляет

,

где - суммарный часовой расход газа (табл.4).

Определяется давление в концевых точках при выключении участка и ,

,

.

где =1, – номера концевых точек.

Конечное давление на участке

.

Результаты гидравлического расчета участков при аварийных режимах сводятся в табл.10.

Таблица 10
Отказал участок N
Показатели участка	,	,	,
№ уч	, мм	, м
				Прил.10
…
			аналогично до участка
Итого	S
Итого:
Отказал участок 1
Показатели участка	,	,	,
№ уч	, мм	, м
				Прил.10
…
			аналогично до 2 участка
Итого	S
Итого:

Для определения диаметров газопроводов ответвлений за расчетный перепад давлений необходимо брать минимальное давление в концевых точках или . Это давление возводится в квадрат. Зная, конечные расходы газа в ответвлениях, по Приложению 10 находятся диаметры газопроводов (более 50 мм).

Давление в начале ответвлений приравнивается к конечному давлению участка, на котором оно расположено, при определенном аварийном режиме. Выбирается минимальное из двух аварийных режимов давление , которое считается расчетным. Расход газа на объекте обозначается .

Результаты гидравлического расчета ответвлений при аварийных режимах сводятся в табл. 11.

Таблица 11
Отказал участок
№ отв		, м	, мм	,	, кПа	, кПа
			Прил. 10		табл.10
Отказал участок 1
№ отв.		, м	, мм	,	, кПа	, кПа
			Прил. 10		табл.10

II. Гидравлический расчет участков и ответвлений при нормальном

режиме распределения потока[9].

Расход газа и давление в табл. 12 записываются со знаком, определяющим направление движения газа. Знак минус – это направление газа против часовой стрелки, знак плюс газ направлен по часовой стрелке.

Точка схода потоков находится из условия, когда разность расходов газа принимает по двум направлениям отрицательное значение. Эта точка расположена примерно посередине кольца рис.5.

Расчет ведется в двух направлениях от точки питания – слева и справа. Определяются расходы для всех участков кольца. При достижении расходами газа отрицательных величин находится точное расположение точки схода потоков.

Далее рассчитываются поправки к расходу, и уточняется расход газа. Полученные расходы газа и соответствующее им давление являются определяющими.

Все расчеты распределения газового потока при нормальном гидравлическом режиме сводятся в табл.12.

Таблица 12
	Показатели участка	Приближенный расчет	Итог
		, мм	, м	Нулевое приближение	,			,	, кПа	, кПа	, кПа
					Прил. 10			Прил. 10
	…			…
	…			…
	…			…

Если в результате расчетов невязка

превышает 10% и одна из ветвей перегружена, вводится круговой коэффициент расхода (по часовой стрелке) и делается окончательный расчет

.

Проверяются диаметры ответвлений на расчетный аварийный гидравлический режим, т.е. определяется давление газа в узлах присоединения ответвлений к кольцевому газопроводу, находится потеря давления, исходя из расчетной нагрузки и принятого диаметра, и затем давление в конце ответвления. Если полученное давление меньше давления газа у потребителей, тогда принятый диаметр необходимо увеличивать, в противном случае оставлять прежним. Результаты проверки диаметров ответвлений на расчетный режим сводятся в табл.13.

Таблица 13
№ отв		, м	, мм	,	, кПа	, кПа
				Прил. 10

Глава 7. Программа гидравлического расчета газопроводов на ПК [10]

1.Программа предназначена для расчета кольцевых газопроводов низкого давления. Требуется рассчитать кольцевой газопровод низкого давления (рис.6).

Рис. 6	Рис.7

Плотность газа , расчетный перепад давления в сети 1000Па, коэффициент кинематической вязкости газа , удельный расход газа . Задается распределение потоков и производится нумерация (в произвольном порядке) всех узловых точек (рис. 7).

Исходные данные:

- количество узловых точек = 12;

- количество контуров = 3;

- плотность газа = 0,74 кг/м³;

- расчетный перепад давления в сети = 1000 Па;

- коэффициент кинематической вязкости газа = ;

- удельный расход газа на человека = ;

- размер 1-го контура = 4 га;

- размер 2-го контура = 4 га;

- размер 3-го контура = 5 га;

- плотность населения в 1-ом контуре = 300 ч/га;

- плотность населения во 2-ом контуре = 400 ч/га;

- плотность населения в 3-ом контуре = 300 ч/га.

«Иванов А.Ф. гр. 07 – 402 31.03.2009»
						кол.уч.
		0,74		14,3	0,04
	Площ.	Насел.
Нач.	Кон.	Длина	N контура

Каждый участок характеризуется пятью величинами: I, J, DLINA, KON 1, KON 2, где I - номер начала участка, J - номер конца участка, DLINA - длина участка в метрах, KON 1, KON 2 - номера контуров питаемых этим участком.

Запись 3, 8, 125, 2, 3 означает: участок 3-8 имеет длину 125 м, газ движется от точки 3 к точке 8, участок питает 2-ой и 3-й контуры. Если участок питает только один контур, например, участок 3-4, то записывается 3, 4, 150, 3, 0 или 3, 4, 150, 0, 3. Последние две величины можно менять местами, что ни в коем случае нельзя делать с первыми двумя величинами (запись 4, 3, 150, 3, 0 будет означать, что газ движется от точки 4 к точке 3 и расчет будет неверным). Поскольку участок 7 - 6 находится внутри контура 2 - он питает контур на две стороны. Записывается: 7, 6, 50, 2, 2 (номер контура повторяется).

Исходные данные заносятся в файл «gazdat.dat». Запускается программа расчета газовой сети низкого давления «gazhdm.exe». Результаты расчета выводится на монитор или в файл.

2. Программа предназначена для расчета однокольцевых газопроводов высокого (среднего) давления.

Требуется рассчитать однокольцевой газопровод (рис.8). На схеме указаны длины участков и ответвлений, в скобках указаны коэффициенты обеспеченности и узловые расходы. Узловые точки пронумерованы, направление обхода при нумерации значения не имеет, но узел присоединения ГРС должен быть под номером 1. Давление газа на ГРС 700 кПа, минимальное конечное давление 300 кПа, плотность газа , коэффициент кинематической вязкости , нормальное атмосферное давление 101,325кПа.

Рис.8

Исходные данные для расчета:

- количество узловых точек = 9:

- плотность газа = 0,73 ;

- норм, атм. давление 101,325 кПа;

- коэффициент кинематической вязкости газа = 14,3, ;

- давление газа на ГРС = 700кПа;

- минимальное конечное давление = 400кПа;

- длины участков кольца (по возрастанию номеров: 1-2, 2-3,..., 9-1), м:

1900, 300, 350, 1200, 1150, 250, 200, 350, 1500;

- узловые расходы газа (по возрастанию номеров узлов), : 1700, 1500, 4000, 3500, 5000, 4000, 1000, 500;

- коэффициенты обеспеченности (по возрастанию номеров узлов): 0.7,

0.7, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8, 0.8, 07;

- длины ответвлений (по возрастанию номеров), м: 600, 500, 300, 350, 350,

400, 300, 500.

«Иванов А.Ф. гр. 07 – 402 31.03.2009»
					pmin
	0.74	101.325	14.3
Длина участка	Узловые отборы	Коэф. обеспеч.	Длина отв.
	0.0	0.0	0.0
		0.7
		0.7
		0.8
		0.8
		0.8
		0.8
		0.8
		0.7

Исходные данные заносятся в файл «gazbdm.dat». Запускается программа расчета газовой сети высокого давления - «gazbdm.exe». Результаты расчета выводятся на монитор или в файл.

---

Дата добавления: 2015-10-16