Лекция 3. Расчет диаметра газопровода и допустимых потерь давления

Пропускная способность газопроводов должна приниматься из условий создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивость работы ГРП и газорегуляторных установок (ГРУ), а также работы горелок потребителей в допустимых диапазонах давления газа.

Расчет диаметра газопровода следует выполнять, как правило, на компьютере с оптимальным распределением расчетной потери давления между участками сети.

При невозможности или нецелесообразности выполнения расчета на компьютере (отсутствие соответствующей программы, отдельные участки газопроводов, и т.п.) гидравлический расчет допускается производить по приведенным ниже формулам или по номограммам, составленным по этим формулам (приложение 3).

Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) следует принимать не более 180 даПа, в том числе в распределительных газопроводах 120 даПа, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах – 60 даПа.

Падение давления на участке газовой сети следует определять:

- для сетей среднего и высокого давлений по формуле , (1.1)

где Р_н - абсолютное давление в начале газопровода, МПа;

Р_к - абсолютное давление в конце газопровода, МПа;

Р₀ = 0,101325 МПа;

l - коэффициент гидравлического трения;

l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d - внутренний диаметр газопровода, см;

r_о - плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

Q_o - расход газа, м³/ч, при нормальных условиях;

- для сетей низкого давления - по формуле

, (1.2)

где Р_н - давление в начале газопровода, Па;

Р_к - давление в конце газопровода, Па.

l, l, d, r_о, Q_o – см. формулу (1.1).

Коэффициент гидравлического трения l следует определять в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса:

, (1.3)

 

где n - коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с, при нормальных условиях;

Q_o, d – см. формулу (1.1).

, (1.4)

где Re - число Рейнольдса;

n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных труб - 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных труб - 0,1 см, для полиэтиленовых труб независимо от времени эксплуатации - 0,0007 см.;

d – см. формулу (1.1).

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения l следует определять:

- для ламинарного режима движения газа (Re < 2000)

, (1.5)

- для критического режима движения газа (Re = 2000-4000)

l=0,0025 Re^0,333, (1.6)

- при 4000 <Re< 100000 по формуле

 

, (1.7)

- при Re>100000

, (1.8)

 

- для шероховатых стенок при Re>4000

, (1.9)

n – см. формулу (1.4)

d – см. формулу (1.1).

Расчетный расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расхода.

Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения фактической длины газопровода на 5-10 %.

При выполнении гидравлического расчета газопроводов по приведенным формулам (1.1)-(1.9) и по различным методикам, в том числе с использованием программ для электронно-вычислительных машин, составленным на основе этих формул, расчетный внутренний диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле

, (1.10)

 

где d_p - расчетный диаметр, см;

коэффициенты А, В, m, m1 определяются по табл. 1.4 и 1.5 в зависимости от категории сети (по давлению) и материала газопровода;

Q_o - расчетный расход газа, м³/ч, при нормальных условиях;

DP_уд - удельные потери давления, (Па/м - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого давления), определяемые по формуле

, (1.11)

где DP_доп -допустимые потери давления (Па - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого давления).

L - расстояние до самой удаленной точки, м.

 

 

Таблица 1.4

Категория сети	А
Сети низкого давления	106/(162p2 ) = 626
Сети среднего и высокого давления	Ро/(Рт 162p2); Ро = 0,101325 МПа, Рт - среднее давление газа (абсолютное) в сети, МПа

 

Таблица 1.5

Материал	В	m	m1
сталь	0,022
полиэтилен	0,3164(9pn)0,25 = 0,0446, n - кинематическая вязкость газа при нормальных условиях	1,75	4,75

 

Внутренний диаметр газопровода следует принимать из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов (ближайший больший - для стальных газопроводов и меньший - для полиэтиленовых).

 

Пример расчета газопроводной сети

Приведем пример одного из вариантов расчета тупиковой газораспределительной сети. Расчет выполняется как вручную, так и на ЭВМ с помощью программы «РАСГАЗ». В качестве исходных данных используется структура сети, расчетный расход газа на сеть, длины участков, категория давления (рис. 1.3). Формулы гидравлического расчета газопроводов приведены выше и в методических указаниях по расчету газораспределительной сети [8].

Рис. 1.3.Тупиковая газораспределительная сеть

 

1. Расчетный расход газа на сеть низкого давления Q_ШРП=1377,4 нм³/ч.

2. Определение удельного путевого расхода:

q= =1377,4/1900=0,725 нм³/ч·м.

3. Определение путевых расходов участков:

Q_п1-2=0,725·140=101,5 нм³/ч; Q_п2-6=0,725·340=246,5 нм³/ч;

Q_п2-7=0,725·440=319,0 нм³/ч; Q_п2-3=0,725·220=159,5 нм³/ч;

Q_п3-4=0,725·320=232,0 нм³/ч; Q_п3-5=0,725·440=319,0 нм³/ч.

4. Определение транзитных расходов участков:

Q_тр3-4=0 нм³/ч; Q_тр3-5=0 нм³/ч; Q_тр2-3= Q_п3-5+Q_п3-4 =232+319=551,0 нм³/ч;

Q_тр2-6=0 нм³/ч; Q_тр2-7=0 нм³/ч;

Q_тр1-2= Q_тр2-3+Q_п2-3+Q_п2-7+Q_п2-6 =551,0+159,5+246,5+319,0=1276 нм³/ч.

5. Определение расчетных расходов участков:

Q_р3-4=0,5·232,0=116 нм³/ч; Q_тр3-5=0,5·319,0=159,5 нм³/ч;

Q_р2-3= 0,5Q_п2-3+Q_тр2-3 =0,5·159,5+551,0=630,75 нм³/ч;

Q_р2-6=0,5·246,5=123,25 нм³/ч; Q_р2-7=0,5·319=159,5 нм³/ч;

Q_р1-2= 0,5Q_п1-2+Q_тр1-2=0,5·101,5+1276=1326,75 нм³/ч.

Проверка: Q_р1-2+Q_узл= Q_ШРП,

1326,75+0,5·101,5=1377,5 нм³/ч,

δ=(1377,5-1377,4)/1377,5·100%=0,0007%.

6. Определение гидравлического уклона:

R^1-2-3-5=1080/(140+220+440)=1,35 Па/м;

R^1-2-6=(1080-1,35·140)/340=2,62 Па/м;

R^1-2-7=(1080-1,35·140)/440=2,025 Па/м;

R^1-2-3-4=[1080-1,35·(140+220)]/320=1,856 Па/м.

7. Определение потерь давления на участках сети:

Δр_3-5=1,35·440=594 Па; Δр_2-3=1,35·220=297 Па; Δр_1-2=1,35·140=189 Па;

Δр_2-6=2,62·340=890,8 Па; Δр_2-7=2,025·440=891 Па; Δр_3-4=1,856·320=594 Па.

8. Определение давлений в конечных точках участков:

р_к1-2=3000-189=2811 Па; р_к2-3=2811-297=2514 Па; р_к3-5=2514-594=1920 Па;

р_к2-6=2811-890,8=1920,2 Па; р_к2-7=2811-891=1920 Па; р_к3-4=2514-594=1920 Па.

 

В результате ручного счета при помощи номограмм и вычислительного эксперимента на ЭВМ были подобраны диаметры на участках газораспределительной сети. Результаты расчета отражены в табл. 1.6.

Этапы решения задачи на ЭВМ представлены на рис. 1.4-1.6.