Расчет гидравлических потерь давления на участках сети низкого давления

Согласно [1] нормативные потери давления в газовой сети не должны превышать величины . С учётом падения давления в местных сопротивлениях при расчете наружных газопроводов допускается учитывать увеличение расчетной длины участка газопровода на 10% согласно [1, прил.5*], поэтому указанная величина подлежит корректировке. Тогда расчётный перепад давления на газовую сеть определяют по формуле:

. (6.1)

- включает в себя потери на трение от узла питания (ГРП) до любого конечного узла.

Выше изложенное позволяет распределить среди участков сети по методу средних гидравлических уклонов. Гидравлический уклон - это потеря давления на один метр длины трубы.

Определяют средний гидравлический уклон R, , по полукольцам по формуле:

. (6.2)

Где – длина полуколец газопровода от ГРП до точки встречи потоков газа, м.

Выбираем любое направление движения газа и определяем средний гидравлический уклон для каждого направления от ГРП до точки встречи потоков газа.

Для участков, не вошедших в главное направление средний гидравлический уклон определяется:

. (6.3)

Где - общие потери давления по участкам, которые вошли в главное направление и ранее были посчитаны по формуле (6.2).

- сумма длин участков, не вошедших в главное направление.

Если R будет иметь знак «-», то необходимо поменять направление течения газа на расчетном участке.

Далее определяют потери давления, Па, на расчетном участке газовой сети по формуле:

. (6.4)

Для проверки расчётов вычисляется сумма по всем направлениям от узлов питания до конечных узлов (точки сходов потоков газа).

Потери давления не должны превышать величины:

. (6.5)

Такую проверку делают по каждому направлению.

Для определения фактического гидравлического уклона R_ф. Па/м, и диаметров газопроводов, необходимо воспользоваться номограммой для определения диаметров газопроводов низкого давления, которая представлена в приложении 8, рис. П.8.1 данного учебно-методического пособия.

Как работать с номограммой показано на рис. 6.1.

Рис.6.1. Выбор диаметров трубы с помощью номограммы

1. По известным расчетному расходу газа Q_р, м³/ч, и гидравлическому уклону на расчетном участке R, Па/м, определяют два ближайших стандартных диаметра трубопроводов, , мм (точка «А» на рис. 6.1.).

2. Далее из точки «А», параллельно оси «х», ведем линию до ближайшего стандартного диаметра трубопровода (точка «В» на рис.6.1.) и получаем значение фактического гидравлического уклона R_ф, Па/м.

Далее определяют фактическое значение потерь давления по расчетным участкам по формуле:

. (6.6)
Результаты расчета заносят в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Результаты гидравлического расчета газовой сети низкого давления

№ участка	Длина расчетного участка, Lр, м	Расчетный расход газа, Qр, м3/ч.	Гидравлический уклон, R, Па/м.	Диаметр участка, (dн*s), мм	Перепад давления, Рр, Па	Фактический гидравлический уклон, Rф, Па/м	Фактический перепад давления участка, Рф, Па	Результат гидравлической увязки колец
Исправленный диаметр, (dн*s), мм	Исправленный перепад давления, Рр, Па	№ кольца	% окончательной невязки кольца, δРк,

По окончании расчетов необходимо выполнить гидравлическую увязку колец по формуле:

. (6.7)

Пример гидравлического расчета кольцевой газовой сети низкого давления

Рассчитать схему газоснабжения кольцевой сети низкого давления рабочего поселка, представленную на рис. 6.2., по указанным далее исходным данным.

Рис.6.2. Расчетная схема кольцевой газовой сети низкого давления

 

Длины участков газопроводов, м: L_ГРП-1=25 м, L_1-2=400 м, L_1-7=400 м,

L_2-3=620 м, L_3-4=400 м, L_4-10=400 м, L_1-5=310 м, L_4-5=310 м, L_5-6=200 м, L_8-10=310 м, L_7-8=310 м, L_8-9=200 м, L_7-12=420 м, L_11-12=500 м, L_2-11=700 м.

Сеть выполнена в виде трех колец, площадь каждого кольца составляет: F_I=24,8 га; F_II=24,8 га; F_III=16,8 га.

Расчетный расход газа на сеть низкого давления составляет Q_р^НД=3000 м³/ч.

Определим сосредоточенный часовой расход каждого кольца по формуле (5.1):

.

 

Определим периметры каждого кольца:

= 25+310+310+200+400+

+620+400=2265 м.

= 25+310+

+310+400+310+310+400+200=2265 м.

= 25+400+700+500+420+400=

=2445 м.

Определим удельные путевые расходы газа по формуле (5.2):

Результаты расчета удобно представить в виде таблицы 6.2.

Таблица 6.2

Показатель зоны	Нумерация колец
I	II	III
Qi, м3/ч	1120,5	1120,5	759,04
Пi, м
qi,	0,495	0,495	0,31

Далее определяем удельные путевые расходы для каждого участка, которые равны сумме удельных путевых расходов зон питаемых от данного участка.

Далее определяем путевые расходы газа для каждого участка по формуле (5.3):

Результаты расчета занесем в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

Показатель участка	Нумерация участков
ГРП-1	1-2	1-7	2-3	3-4	4-10	1-5	4-5
Lrk, м
qуч.	1,3	0,805	0,805	0,495	0,495	0,495	0,99	0,99
QПуч., м3/ч	32,5			306,9			306,9	306,9
Показатель участка	Нумерация участков
5-6	8-10	7-8	8-9	7-12	11-12	2-11
Lrk, м
qуч.	0,495	0,495	0,495	0,495	0,31	0,31	0,31
QПуч., м3/ч		153,45	153,45		130,2

Для проверки правильности вычислений используем формулу (5.4):

. Условие выполнено, значит расчет верный.

Определим расчетные расходы участков, оканчивающихся конечными узлами. Такие участки не имеют транзитного расхода газа, поэтому расчетный расход газа можно определить по формуле (5.7):

К таким участкам относят:

Далее выбираем промежуточные узлы с одним неизвестным расчетным расходом газа:

 

 

 

 

 

 

 

Далее выполняем проверку правильности расчетов по формуле (5.10):

≤ 3%. Расчет выполнен верно.

Определяем гидравлические потери давления на участках газовой сети, зная, что =1080 Па. Исходя из этого можем распределить среди расчетных участков сети по методу средних гидравлических уклонов.

Выбираем любое направление движения газа (от узла питания до точки схода потоков газа) по полукольцам и вычисляем средний гидравлический уклон.

Выбираем I кольцо. Для него гидравлические уклоны по формуле (6.2) равны:

Выбираем II кольцо. Для него гидравлические уклоны равны:

 

Выбираем III кольцо. Для него гидравлические уклоны равны:

 

 

Определим потери давления по каждому участку по формуле (6.4):

Для проверки расчётов вычисляется сумма по всем направлениям от узлов питания до конечных узлов (точки сходов потоков газа).

Суммы должны быть .

Выбираем первое направление в кольце I:

Процент невязки определяем по формуле (6.5):

Условие выполнено.

Выбираем второе направление в кольце I:

Определим процент невязки по формуле (6.5):

Условие выполнено.

Выбираем третье направление в кольце I:

Определим процент невязки по формуле (6.5):

Условие выполнено.

Выбираем первое направление в кольце II:

Условие выполнено.

Выбираем второе направление в кольце II:

Условие выполнено.

Выбираем третье направление в кольце II:

Условие выполнено.

Выбираем первое направление в кольце III:

Условие выполнено.

Выбираем второе направление в кольце III:

Условие выполнено.

Результаты расчета занесем в таблицу 6.4.

 

Таблица 6.4

Результаты гидравлического расчета газовой сети низкого давления

№ участка	Длина расчетного участка, Lр, м	Расчетный расход газа, Qр, м3/ч.	Гидравлический уклон, R, Па/м.	Диаметр участка, (dн*s), мм	Перепад давления, Рр, Па	Фактический гидравлический уклон, Rф, Па/м	Фактический перепад давления участка, Рф, Па	Результат гидравлической увязки колец
Исправленный диаметр, (dн*s), мм	Исправленный перепад давления, Рр, Па	№ кольца	% окончательной невязки кольца, δРк,
ГРП-1		2984,1	1,033	426*9	25,825	0,75	18,75			I,II,III	3,02;6,2;2,8
1-2		684,9	1,033	273*7	413,2	0,5		219*6		I,III	3,02;2,8
1-7		852,1	1,034	273*7	413,6	0,7		219*6		II,III	6,2;2,8
2-3		153,5	1,033	133*4	640,46	1,0				I	3,02
3-4			1,034	133*4	413,6	0,5				I	3,02
4-10			1,033	133*4	413,2	0,5		114*4		II	6,2
1-5		955,4	1,034	273*7	320,54	0,85	263,5	219*6	883,5	I,II	3,02;6,2
4-5		549,5	1,034	273*7	320,54	0,3		219*6	322,4	I,II	3,02;6,2
5-6		49,5	3,67	75*4		3,3				I	3,02
8-10		76,7	1,034	106*4	320,54	0,78	241,8	89*3		II	6,2
7-8		329,2	1,034	219*6	320,54	0,42	130,2			II	6,2
8-9		49,5	1,6	75*4		3,3				II	6,2
7-12		220,1	0,696	219*6	292,3	0,15		159*4		III	2,8
11-12		77,5	0,696	133*4		0,27		114*4		III	2,8
2-11		108,5	0,92	133*4		0,5		114*4		III	2,8

По номограмме выбираем два ближайших стандартных диаметра трубопроводов и заносим в таблицу 6.5.

Таблица 6.5

Выбор оптимального диаметра газопровода на расчетном участке

№ расчетного участка	, мм	Rф, Па/м
левый	правый	левый	правый
ГРП-1	426*9	325*8	0,75	2,9
1-2	273*7	219*6	0,5	1,4
1-7	273*7	219*6	0,7	2,3
2-3	133*4	114*4	1,0	2,5
3-4	133*4	114*4	0,5	1,1
4-10	133*4	114*4	0,5	1,1
1-5	273*7	219*6	0,85	2,85
4-5	273*7	219*6	0,3	1,04
5-6	75*4	60*3	3,3
8-10	106*4	89*3	0,78	2,2
7-8	219*6	159*4	0,42	2,15
8-9	75*4	60*3	3,3
7-12	219*6	159*4	0,15	0,8
11-12	133*4	114*4	0,27	0,8
2-11	133*4	114*4	0,5	1,5

Для заполнения колонки 12 табл.6.4. необходимо выполнить гидравлическую увязку сети, которая заключается в проверке II закона Кирхгофа. Для этого используем формулу (6.7).

Определим путем вычитания из первого направления второе направление I кольца.

Условие невязки не выполнено, значит необходима корректировка диаметров газопроводов.

На расчетном участке 1-2 меняем размер диаметра на другой ближайший стандартный. Тогда имеем:

Процент невязки не превышает 10%, значит расчет выполнен верно и не требует дальнейшей корректировки.

Выполняем аналогичный расчет для II кольца.

Определим путем вычитания из первого направления второе направление II кольца.

Условие невязки не выполнено, значит необходима корректировка диаметров газопроводов.

На расчетных участках 8-10, 1-5, 5-4, 4-10 меняем размер диаметра на другой ближайший стандартный. Тогда имеем:

Процент невязки не превышает 10%, значит расчет выполнен верно и не требует дальнейшей корректировки.

Определим путем вычитания из первого направления второе направление III кольца.

Условие невязки не выполнено, значит необходима корректировка диаметров газопроводов.

На расчетных участках 2-11, 1-7, 7-12, 12-11 меняем размер диаметра на другой ближайший стандартный. Тогда имеем:

Процент невязки не превышает 10%, значит расчет выполнен верно и не требует дальнейшей корректировки.

 

Пример гидравлического расчета тупиковой газовой сети низкого давления

Рис. 6.3 Расчетная схема тупиковой сети низкого давления от ШРП

Расчетный расход газа на тупиковую сеть низкого давления составляет Q_шрп =583 м³/ч по ранее выполненному расчету. Дины расчетных участков равны: l_1-2=240 м, l _2-3=150 м, l _3-4=280 м, l _2-5=290 м, l _3-6=150 м, l _2-7=160 м.

Определим удельный путевой расход газа по формуле:

Определим путевые расходы газа на расчетных участках:

Q^п_1-2=0,454·240=108,96 м³/ч; Q^п_2-3=0,454·150=68,1 м³/ч;

Q^п_3-4=0,454·280=127,12 м³/ч; Q^п_3-6=0,454·150=68,1 м³/ч;

Q^п_2-5=0,454·290=131,66 м³/ч; Q^п_2-7=0,454·160=72,64 м³/ч;

Определим транзитных расходы газа на расчетных участках:

Q^тр_3-6= Q^тр_3-4=0 м³/ч;

Q^тр_2-3= Q^п_3-6+Q^п_3-4=68,1+127,12=195,22 м³/ч;

Q^тр_2-5= Q^тр_2-7=0 м³/ч;

Q^тр_1-2= Q^тр_2-3+Q^п_2-3+ Q^п_2-5+ Q^п_2-7=195,22+68,1+131,66+72,64=467,7 м³/ч;

Определим расчетные расходы газа на участках, не имеющих транзитного газа:

Q^р_3-6=0,5·68,1=34,05 м³/ч;

Q^р_3-4=0,5·127,12=63,56 м³/ч;

Q^р_2-5=0,5·131,66=65,83 м³/ч;

Q^р_2-7=0,5·72,64=36,32 м³/ч.

Определим расчетный расход газа на остальных участках, имеющих транзитный газ:

Q^р_2-3= Q^тр_2-3+0,5·Q^п_2-3=195,22+0,5·68,1=229,1 м³/ч;

Q^р_1-2= Q^тр_1-2+0,5·Q^п_1-2=467,7+0,5·108,96=522,2 м³/ч.

Выполним проверку расчетов:

Q^р_1-2+Q^уз= Q_шрп=522,2+54,4=577,6 м³/ч;

Условие выполнено, значит расчет окончен.

Определим величину гидравлического уклона по формуле:

Определим потери давления на расчетных участках:

∆Р_1-2= R^1-2·l_1-2=1,61·240=386,4 Па;

∆Р_2-3= R^2-3·l_2-3=1,61·150=241,5 Па;

∆Р_3-4= R^3-4·l_3-4=1,61·280=450,8 Па;

∆Р_3-6= R^3-6·l_3-6=3,01·150=451,5 Па;

∆Р_2-5= R^2-5·l_2-5=2,39·290=693,1 Па;

∆Р_2-7= R^2-7·l_2-7=4,34·160=694,4 Па.

Определим давления в конечных точках расчетных участков:

Р^к_1-2=3000-386,4=2613,6 Па;

Р^к_2-3=2613,6-241,5=2372,1 Па;

Р^к_3-4=2372,1-450,8=1921,3 Па;

Р^к_3-6=2372,1-451,5=1920,6 Па;

Р^к_2-5=2613,6-693,1=1920,5 Па;

Р^к_2-7=2613,6-694,4=1920,0 Па.

Определим фактические потери давления на расчётных участках:

∆Р^ф_1-2= R^ф_1-2·l_1-2=1,3·240=312,0 Па;

∆Р^ф_2-3= R^ф_2-3·l_2-3=0,75·150=112,5 Па;

∆Р^ф_3-4= R^ф_3-4·l_3-4=1,7·280=476,0 Па;

∆Р^ф_3-6= R^ф_3-6·l_3-6=5,2·150=780,0 Па;

∆Р^ф_2-5= R^ф_2-5·l_2-5=2,3·290=667,0 Па;

∆Р^ф_2-7= R^ф_2-7·l_2-7=5,3·160=848,0 Па;

Определим фактическое значение давлений в конечных точках участков:

Р^к.ф_1-2=3000-312,0=2688,0 Па;

Р^к.ф_2-3=2592-112,5=2575,5 Па;

Р^к.ф_3-4=2524,5-476,0=2099,5 Па;

Р^к.ф_3-6=2524,5-780,0=1795,5 Па;

Р^к.ф_2-5=2592-667,0=2021,0 Па;

Р^к.ф_2-7=2592-848,0=1840,0 Па;

Полученные результаты сведены в таблицу 6.6.

Таблица 6.6

Результаты гидравлического расчета тупиковой сети низкого давления

№ уч.	l, м	Qп, м3/ч	Qтр, м3/ч	Qp, м3/ч	R, Па/м	Rф, Па/м	∆Р, Па	∆Рф, Па	Ркф, Па	Dн×S (ст),мм	Dн×S (пэ),мм
1-2		108,9	467,7	522,2	1,61	1,3	386,4	312,0	2688,0	219×6
2-3		68,1	195,2	229,3	1,61	0,75	241,5	112,5	2575,5	159×4
3-4		127,1	0,0	63,56	1,61	1,7	450,8	476,0	2099,5	89×3
3-6		68,1	0,0	34,05	3,01	5,2	451,5	780,0	1795,5	57×3
2-5		131,7	0,0	65,83	2,39	2,3	693,1	667,0	2021,0	89×3
2-7		72,64	0,0	36,32	4,34	5,3	694,4	848,0	1840,0	57×3