Гидравлический расчёт кольцевой сети низкого давления

Задача гидравлического расчета заключается в определении диаметров газопровода по заданным расходам и расчетным потерям давления в сети для обеспечения всех потребителей требуемым расходом газа с требуемым давлением. Расчет ведется на максимальные расходы газа. 

Методика расчета предполагает, что расход газа равномерно распределяется по всей длине участка. Направления движения потоков газа выбирают так, чтобы газ от точки питания подавался ко всем потребителям  по кратчайшему пути с учетом минимальных гидравлических потерь давления газа. При этом диаметры сети будут наименьшими. Направления движения газа выбираются, начиная от точки питания к периферии. В результате выявляются нулевые точки – конечные точки встречи потоков газа, идущих по разным направлениям.

Расчетный расход газа на участке будет определяться по формуле:

                                                                                            (28)

Коэффициент α для гидравлически гладких труб можно принять равным 0,55. 

В целях упрощения расчета часто коэффициент α принимают равным 0,5 и узловой расход определяют, как полусумму путевых расходов всех участков, сходящихся в узле, плюс сосредоточенный расход в данном узле.

Суммарные потери давления газа от пункта редуцирования до наиболее удаленного прибора не должны превышать 1200 Па.

Расчет необходимо делать для каждого участка кольцевого газопровода. Расчет начинаем с определения удельных, путевых, эквивалентных, транзитных и расчетных расходов для всех контуров питания потребителей.

При этом данные расходы рассчитываются для каждого участка кольцевой сети.

Расчет ведется в следующей последовательности:

1. Считаем общий часовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды с учетом отопления, равномерно распределенным по всей площади застройки. Принимаем удельный расход газа на единицу площади застройки, м3/(ч∙га):

                                                                                                  (29)

где f – суммарная площадь района, га.

2. Определяем расходы газа по отдельным кольцам, м3/ч:

                                                                                               (30)

F_i,кв – площадь участка (квартала), окольцованного газопроводом

(площадь участка вне колец), га.

3. Определяем удельные расходы газа на единицу длины периметра

каждого кольца, м3/(ч∙м):

                                                                                             (31)

V_i,k – часовой расход газа в i-м квартале, м³/ч (в i-м кольце);

∑l_i,k – суммарная длина участков газопровода по периметру, снабжающего данный квартал, м (сумма длин участков вокруг квартала).

Для смежных участков удельные расходы газа суммируются.

3. Определяем путевые расходы газа на участках сети, м3/ч:

                                                                                    (32)

где – удельный расход газа в квартале, который обеспечивает данный участок, м3/ч;

l_учi-ii– геометрическая длина участка i-ii, м.

Сумма путевых расходов должна равняться общему расчетному часовому расходу газа. Погрешность в расчетах не должна превышать 1%.

4. Определяем узловые расходы газа, м3/ч:

                                                                                 (33)

– cумма путевых расходов газа на участках, примыкающих к узлу;  - сосредоточенный расход (расход газа объектом с известным

местом присоединения к газопроводу).

Сумма узловых расходов за вычетом сосредоточенного расхода должна равняться общему расчетному часовому расходу газа. Невязка не должна превышать 1%.

5. Определяем расчётный расход газа, м3/ч:

                                                                                        (34)

- поправочный коэффициент, зависит от числа мелких потребителей о отношения транзитного расхода и путевого, равен 0,5

6. Вычисляется расчётный расход газа на всех участках, определяется невязка, не более 3% от расхода Q_грп-1.

7. После определения расчетных расходов на участках производят гидравлический расчет всех возможных направлений движения газа от пункта редуцирования (ГРП) до нулевых точек, начиная с самого протяженного. Расчет геометрической длины каждого участка производится согласно заданному масштабу.

Для учета потерь на местные сопротивления геометрическая длина участков увеличивается на 10%:

                                                                                                (35)

l_Г – геометрическая длина участка, м.

Гидравлический расчет производится для каждого участка кольцевой сети по номограмме низкого давления.

Расчет выполняется следующим образом:

1. Для каждого ГРП выбираем невыгодное кольцо – наиболее протяженное и нагруженное от ГРП до нулевой точки. Количество невыгодных колец должно быть равно количеству нулевых точек.

2. Определяем удельные потери давления в кольце, так чтобы фактические потери не превышали допустимые:

∆р_доп = р_грп – р_ноль.т = 3000 – 1800 = 1200 Па.

Допустимая невязка составляет 10%.

3. Далее производим расчет удельных потерь давления на каждый метр газопровода R_уд, для различных направлений от пункта редуцирования до точек схода (самых удаленных точек), которые необходимы для подбора диаметра каждого участка газопровода, на основании рассчитанного расхода газа:

                                                                                              (36)

ΔР – допустимые потери давления, Па;

∑l – сумма расчетных длин участков направления.

4. Определяем фактические удельные потери на всех участках выбранного направления:

                                                                                                (37)

где l_уч – длина участка, м.

При этом, потери давления на участках, которые при расчете попадают повторно, принимаются по направлению с меньшим значением ∆Р, так как должны выполняться из труб большего диаметра. При определении удельных потерь давления на последующих направлениях из допустимого перепада давления вычитают потери давления на участках, вошедших в предыдущее направление:

                                                                               (38)

где ∑l – сумма длин участков, рассчитанных по предыдущим направлениям;

∑l_i – сумма длин участков рассчитываемого направления;

∑∆Р_ф – сумма потерь давления на участках, рассчитанных по предыдущим направлениям.

5. Производим расчет ответвлений (или участков, не вошедших в невыгодные кольца). Для расчета допустимых потерь необходимо вычислить давления в крайних точках ответвления, которые должны примыкать к магистрали (просчитанные точки кольца). Удельные потери давления на ответвлении рассчитывают на основании вычисленных допустимых потерь (разница давлений крайних точек) и сумм всех длин  участков ответвления.

Ответвления могут состоять как из одного, так и из нескольких участков газопровода. Удельные потери давления для каждого ответвления определяются из соотношения:

                                                                                              (39)

 – располагаемый напор для ответвления, определяемый как разность давления в точке ответвления и номинального давления р_ном у потребителя (1300 или 2000Па);

l_отв – длина ответвления, м.

Без учёта незначительных потерь давления в местных сопротивлениях давление в расчетной точке (расчетном узле, от которого отходит ответвление):

                                                               (40)

где R_уд1, R_уд2 – удельные потери давления на участках, примыкающих к расчетной точке (расчетному узлу);

l_уч1, l_уч2 – длина участков, примыкающих к расчетной точке(рсчетному узлу), м.

Располагаемый напор на ответвлении:

                                                                                          (41)

Средние удельные потери на этом участке, Па/м:

                                                                                               (42)

5. По величинам удельных потерь напора и расчетных расходов на участках по номограммам определяем предварительные диаметры участков каждого кольца газопроводной сети. По найденным диаметрам газопроводов на участках по тем же номограммам уточняем соответствующие им действительные удельные потери давления на трение. Умножая действительные удельные потери давления на длину участков, определяем действительные линейные потери давления на трение на каждом участке. К линейным потерям давления на трение прибавляем потери давления в местных сопротивлениях, принимая их величину равной 10 % от линейных потерь давления на трение. Если точка пересечения попадает по номограмме между двумя диаметрами, тогда передвигаются по линии постоянного расхода к ближайшему из них, фиксируя полученный диаметр