Расчет газопровода высокого давления

Расчет газопровода высокого давления

Введение

Проектирование сетей высокого (среднего) давления необходимо проводить с учетом требований СНиП 2.04.08-87* СНиП 3.05.02-88*, СНиП 42-01-2002 и других, определяющих условия ведения строительных работ.

Расчеты газопровода высокого (среднего) давления, как и внутридомового газопровода, необходимо выполнять по схеме сосредоточенного отбора газа. На практике в большинстве случаев при проектировании сетей, ориентируясь на опыт затрат при выборе труб, а также при проведении работ по монтажу газовых сетей, в конечном итоге подбирают трубы 2-3 диаметров, удовлетворяющие требованиям при проектировании газовых сетей.

В данной работе при расчете газопровода высокого давления рекомендовано рассчитать минимально допустимые диаметры труб с последующим их подбором, ориентируясь на существующую спецификацию и условия эксплуатации данного газопровода, а при расчете внутридомового газопровода задать диаметры труб на всех участках и определить потери давления. В обоих случаях рекомендуется использовать соответствующие (для высокого и низкого давления) номограммы.

Схему газопровода высокого давления запроектировать в виде одного кольца с ответвлениями к потребителям.

1. Расчет сети низкого давления

1.1 Определяем численность жителей в районе

где Si - площадь района застройки;

а - плотность жилого фонда в данном районе, определяется по П.1;

f = 15 м2/чел. - норма общей площади квартиры на 1 человека.

1.2 Определяем годовое потребление газа на различные нужды

а) на бытовые нужды:

где Yж - доля жителей, охваченных газоснабжением, (Yж = 1);

g1 - норма для квартир, в которых имеются газовые плиты и газовые водонагреватели;

g2 - норма для квартир, в которых имеются газовые плиты и централизованное водоснабжение g2 = 2800 мДж/чел.·год;

N - число жителей в районе;

z1 - доля жителей, имеющих газовые плиты и водогрейные котлы;

z2 - доля жителей, имеющих газовые плиты, (z2 = 1);

б) на прачечные:

где 0,1 - удельный показатель стирки белья одним жителем;

zпр = 0,2 - доля жителей, использующих прачечные;

упр = 1,0 - доля газифицированных прачечных;

gпр = 18800 мДж/1т белья - норма потребления теплоты на стирку 1 т белья в механизированных прачечных, включая сушку и глажение;

в) на учреждения здравоохранения:

где zуз = 1,0 - доля газифицированных больниц, использующих газ для приготовления пищи;

gпр = 3200 мДж - нормы расхода теплоты на 1 больничное место;

г) на предприятия общественного питания:

,

где zоп = 0,4 - доля жителей, пользующихся общественным питанием;

уоп = 1,0 - доля газифицированных предприятий общественного питания;

gо = 4,2 мДж - норма потребляемой теплоты на приготовление одного обеда;

gз = 2,1 мДж - норма потребляемой теплоты на приготовление одного завтрака или ужина;

д) на бани:

,

Где, 52 - усреднённый показатель помывки на 1 человека;

zб = 0,5 - доля жителей, пользующихся банями;

уб = 1,0 - доля газифицированных бань с мытьем в ваннах;

gб = 40 мДж - норма потребляемой теплоты на одну помывку;

е) на хлебозаводы:

,

где ухб - доля газифицированных хлебозаводов (пусть ухб = 1,0);

gхб - норма потребления теплоты на выпечку 1 т хлебобулочных изделий;

Если в одинаковых соотношениях выпекается хлеб формовой, сдоба и кондитерские изделия, то можно принять [5]:

,

1.3 Рассчитываются значения расчётного часового расхода различных потребителей газа:

а) бытовые нужды:

,

где - часовой расход газа на бытовые нужды, , - годовой расход газа на бытовые нужды, .

Из П.2, аппроксимируя, находим для значений Ni коэффициент :

б) прачечные:

,

Из П.3 определяем :

;

в) учреждения здравоохранения:

,

;

г) бани:

,

;

д) предприятия общественного питания:

,

;

е) хлебозаводы:

,

;

ж) бытовое обслуживание:

,

.

Допустим, часовые расходы газа на сети низкого давления включают в себя расходы на бытовые нужды, предприятия общественного питания, здравоохранение, бытовое обслуживание, прачечные, бани. Тогда:

,

Расчетные часовые расходы на сети среднего давления включают в себя расходы на хлебозаводы:

,

1.4 Определим количество ГРП

,

где F - площадь жилого района с учетом проездов, м2; R - радиус действия ГРП, м. Оптимальный радиус примерно составляет 400-600 м. Пусть радиус действия R = 600 м, тогда:

.

Из экономии примем n = 1, тем более, что в одном ГРП можно смонтировать несколько рабочих линий.

1.5 Определим расчетные перепады давления для всей сети низкого давления, для распределительных сетей, абонентских ответвлений и внутридомовых газопроводов

Расчетный перепад давлений для всей сети, Па:

,

где K1 = 1,5 - коэффициент перегрузки;

K2 = 0,8 - коэффициент недогрузки;

Р0 - номинальное давление газа, на которое рассчитан газовый прибор, Р0 = 2000 Па, ДРр = 1400 Па.

Перепад давления (расчетный) для распределительной сети, ДРр.с = 1000 Па.

Перепад давления (расчетный) для абонентских ответвлений, ДРа.отв = 50 Па;

Расчетный перепад давления для внутридомовых газопроводов, ДРвн = 350 Па.

Рассчитаем часовой удельный (на 1 м длины) расход газа для каждого контура.

Контуры (кварталы, охваченные контурами) удобно обозначать римскими цифрами.

В выбранном для газификации районе обозначим схему сети низкого давления с тремя замкнутыми контурами римскими цифрами I, II, III. На изображенной схеме сосчитаем:

а) площади, окруженные каждым контуром, га;

б) число населения на данных площадях, чел.;

в) расход газа, приходящийся на каждую площадь, м3/ч;

г) длину питающего контура, м;

д) удельный путевой расход, т.е. расход, приходящийся на 1 м каждого контура.

1.6 Находим площади каждого контура

SI = 39,28 га;

SII = 45,70 га;

SIII = 27,59 га.

Вся площадь SI = 112,57 га.

1.7 Вычисляем плотность населения

,

Указываем на схеме газопровода низкого давления местонахождение ГРП, направление движения газовых потоков, обозначим цифрами узлы схемы, изобразим индексом «0» наиболее удаленные узлы (где сходятся потоки газа).

1.8 Расход газа, отнесенный к площади Si, м3/ч

,

где S - площадь всего газифицированного района, S = 112,57 га;

Укажем на схеме газопровода низкого давления местонахождение ГРП из соображений примерно равного расстояния от наиболее удаленных участков сети и с учетом возможностей его подключения к сети среднего давления. Изобразим схему вместе с ГРП на листе ватмана, укажем направление движения газовых потоков, стараясь, чтобы движение происходило от ГРП в сторону удаленных точек, и обозначим цифрами узлы схемы (концы участков). Укажем длины участков, а также изобразим индексом "0" наиболее удаленные (где сходятся потоки газа) узлы.

На нашем рисунке удаленные узлы имеют номера 6 и 15.

Измерим на схеме и выпишем фактические длины участков. Участки будем обозначать двумя цифрами, отвечающими узлам, ограничивающим участок.

1.9 Находим фактические, эквивалентные и расчетные длины участков и заносим их в таблицу 3

Таблица 3

- расчетная длина i-го контура, м;

- фактическая длина i-го контура, м;

- эквивалентная длина i-го контура, м;

1.10 Удельный путевой расход определим для каждого контура по формуле:

,

где - количество потребляемого газа на площади, охваченной контуром i, м3/ч;

- расчетная длина i-го контура, м;

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.

Таблица 4 - Удельный путевой расход газа, м3/чм

Запишем удельные расходы для всех участков СНД. Для участка, принадлежащего 2 контурам, удельный расход складывается из удельных расходов, полученных для смежных контуров. Для участка, принадлежащего только одному контуру, удельный расход соответствует удельному расходу контура.

1.11 Рассчитаем удельные и путевые расходы для участков и все сведем в таблицы 5 и 6

Таблица 6 - Путевые расходы, (), м3/чм

1.12 Запишем выражения для транзитных расходов Lт на каждом участке сети, м3/чм

В соответствии с обозначенными на схеме СНД направлениями потоков газа запишем для транзитных расходов Lт на каждом участке сети.

Так как точки 6 и 15 являются конечными при движении газа, то:

Считаем, что при слиянии 2-х потоков газа их транзитные составляющие равны, то есть в общую трубу с каждого ввода поступает одинаковое количество газа.

Тогда:

1.13 Определяем эквивалентные и расчетные расходы:

,

где

Таблица 7 - Расчетный расход газа в СНД

1.14 Проведем гидравлический расчет сетей низкого давления

Предварительный расчет.

Расчеты будем проводить с учетом движения газа в кольцах. Если указанные стрелками потоки газа на участках совпадают с направлением часовой стрелки будем считать их положительными и наоборот.

Результат расчетов будем заносить в таблицу 8.

Кольцо I:

На участках 1-11; 11-10; 10-9; 9-8; 8-7; 7-6 - расходы положительны и равны соответственно:

; ; ; ; ; .

На участках 1-2; 2-3; 3-4; 4-5; 5-6 - расходы отрицательны и равны соответственно:

; ; ; ; .

Кольцо II:

На участках 1-2; 2-3; 3-19; 19-18; 18-17; 17-16; 17-16 - расходы положительны и равны соответственно:

; ; ; ; ; .

На участках 1-11; 11-10; 10-9; 9-12; 12-13; 13-14; 14-15 - расходы отрицательны и равны соответственно:

;

;

;

;

;

;

.

В первом столбце для каждого кольца перечислены участки по ходу движения потока к точкам встречи потоков. Во втором столбце указаны соседние закольцованные области, примыкающие к данному участку. В третьем столбце записаны фактические длины участков.

В четвертый столбец заносятся значения расчетных длин участков, полученных из выражения и таким образом учитывающих местные сопротивления в сети.

В пятом столбце записаны часовые расходы на участках колец (при движении по часовой стрелке положительные, в обратном направлении - отрицательные).

В шестом столбце для каждого кольца приведено значение средней удельной потери давления из расчета, что на каждом кольце от выхода газа до точки встречи потоков потери давления составляют 1000 Па. То есть значение расчетной средней удельной потери давления определяется по формуле: .

В седьмом столбце записаны приведенные к табличным расходы для использования их при определении потерь давления по номограмме. Пересчет расходов необходимо проводить по формуле:

,

где - расход для входа в номограмму, построенную для газа;

н = 0,73 мг/м;

- расчетный расход на участке;

г - плотность используемого для газификации природного газа (г = 0,723 кг/м).

В восьмой и девятый столбец из номограммы (П.4) по величине часового расхода на участке и расчетному значению удельного давления выписываем диаметр трубопровода на данном участке и фактическую удельную потерю давления на данном участке . Причем, в зависимости от направления в контуре (по часовой стрелке или против), величины записываются с соответствующим знаком.

В десятом и одиннадцатом столбцах приведены величины потерь давления на участках сети и на кольцах в целом, полученные по формуле:

.

С учетом фактических величин потерь давления в кольцах определяем невязку потерь давления по формуле:

.

Причем, если в следующем кольце встречается уже упоминавшийся участок, то полученные потери давления для него в первом расчете автоматически переносятся.

Если невязка не превышает 10 %, то расчет можно считать окончательным. В противном же случае необходимо увязать те кольца, где наблюдается ошибка > 10 %.

Невязка потерь давления:

I кольцо

;

II кольцо

.

В нашем случае невязка не превышает 10 % в I и II кольцах.

2. Расчет сети высокого давления

В качестве исходных для выполнения данного раздела проекта используются следующие данные:

- указанные на генплане места расположения трех промышленных предприятий (ПП), двух предприятий хлебобулочных изделий (ХБ) и размещенные в соответствии с запроектированными сетями низкого давления [1] ГРП;

- заданные, потребные для каждого предприятия величины расходов

- давление после ГРС.

- план первого этажа жилого дома и данные об устанавливаемых газопотребляющих приборах;

- номограммы для определения перепадов давления на участках и диаметров труб.

2.1 Гидравлический расчет сетей высокого давления

1. Перед началом работы необходимо изучить генплан газифицируемого района, расположение улиц, зданий, рельефа, естественных и искусственных препятствий, сетей тепло- и водоснабжения с целью грамотной, в соответствии со СНиП (табл.2 приложения), прокладки сети.

2. Нарисовать кольцевую схему газопровода среднего (высокого) давления (одно кольцо) (по возможности минимальной протяженности) и ответвления от кольца непосредственно к потребителям, заданным (указанным) на карте-схеме. Указать расположение ГРС и соединить ее с кольцом. Обозначить арабскими цифрами узловые точки сети.

3. Измерить на плане все участки сети (на кольце, в промежутке между ответвлениями и длину самих ответвлений). Пересчетом с учетом масштаба получить длины участков в километрах и записать значения в таблицу.

4. Для учета местных сопротивлений в сети увеличить длины участков на 10 %, т.е. получить значения расчетных длин участков по формуле, км:

,

где фактическая длина участка, км.

5. Задать потребление газа на 3-х предприятиях (ПП) в .

Часовые расходы для предприятий хлебобулочных изделий взять из расчетов потребления, поделив величину расхода на два потребителя, а потребление ГРП связать с потреблением в сетях низкого давления, расположенных после ГРП.

6. Рассчитать расход газа на всех участках кольцевой сети. Кольцо разбиваем на две (левую и правую) ветви, так чтобы каждая ветвь от ГРС до тупикового потребителя являлась примерно равнонагруженной.

Расчеты расходов на участках кольца следует начинать с тупикового потребителя. Полагают в первом приближении, что одна половина объема газа, поступающего к тупиковому потребителю, приходит по левой ветви кольца, а другая - по правой. Таким образом, на последних участках кольца слева и справа от ответвления к тупиковому потребителю расход равен, м3/ч.

Расчеты проводятся отдельно для левой и правой ветвей до точки подключения кольцевого газопровода к ГРС.

7. На следующем этапе осуществляется расчет внутреннего диаметра труб по формуле, см (мм):

,

где температура газа (принимается );

среднее абсолютное давление газа на участке сети, МПа (для сетей низкого давления можно принять );

внутренний диаметр труб, см;

средняя допустимая скорость газа в газовых сетях, .

Низкое давление .

Среднее давление .

Высокое давление .

8.Если плотность данного газа не соответствует плотности указанной в номограмме необходимо привести к данной номограмме расчетные расходы по формуле, :

,

где плотность газа, выбранного студентом для расчетов, ;

плотность газа, для которого составлена номограмма, ;

расчетные объемные расходы, ;

расходы, приведенные в номограмме, .

9.По номограмме высокого давления для каждой пары значений и d определяется параметр: А и диаметр выпускаемой промышленностью трубы равный или ближайший больший по отношению к расчетному.

10. По двум значениям давления в тупиковой точке определяется относительная погрешность.

,

где минимальное значение давления из двух величин в тупиковом узле, полученных при последовательном расчете по левой ветви и правой ветви, ;

максимальное значение давления в тупиковом узле, .

11. Если погрешность превышает величину 1 %, необходимо перепроектировать сети и сделать перерасчет.

12. На схеме наносятся диаметры труб и расходы.

Расчет сети высокого давления

Сеть высокого давления питает ГРС для газификации района города, а также хлебозавод и три промышленных предприятия.

Предположим, что количество потребляемого газа предприятиями соответственно равно, м3/ч:

Давление после ГРС равно

Расходы газа хлебозаводами и сетями низкого давления (ГРП) примем равными расчетным, полученным при проектировании сетей низкого давления (СНД):

Допустим, что фактические длины (lф) участков газопроводов соответственно равны, км:

Определим расчетные расходы газа (Li) на участках сети высокого давления, м3/ч:

Рассчитаем минимально допустимые внутренние диаметры труб. С учетом сети среднего давления на всех участках значение полного давления равно:

,

Тогда минимально допустимые внутренние диаметры труб на различных участках будут равны (таблица 9):

Таблица 9 - Минимально допустимые внутренние диаметры труб

Предварительно приведем значения расходов к номограмме (), м3/ч:

По значениям расчетных расходов, и минимально-допустимых диаметров труб из номограммы высокого давления (П.5) выберем трубы со стандартными размерами и параметры потерь А для каждого участка сети, включая ответвления к промышленным предприятиям и ГРП:

Таблица 10 - Параметры потерь А (Па2/км) и внутренние диаметры трубы (мм)

Используя полученные из номограммы значения параметра А и расчетные длины () для каждого участка сети рассчитаем давление, в точках сети.

Расчет проведем начиная от ГРС, и последовательно до тупиковой точки отдельно по левой и правой ветвям в узлах сети, Па:

,

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па;

Па.

По двум значениям давления в тупиковой точке 4 определяем погрешность:

% < 1 %.

3. Расчёт внутридомового газопровода

Расчет внутридомового газопровода производится после выбора и размещения газопотребляющего оборудования в рассматриваемых помещениях в соответствии с требованиями СНиП 42-01-2002. Для этой цели используются планы этажей и вертикальные размеры помещений. Газопровод изображается на плане первого этажа а также выполняется его аксонометрическая схема. Расчетный перепад давления газа должен быть увязан с перепадом давления в распределительной сети. Суммарный расчетный перепад, включающий потери в распределительных газопроводах, абонентских ответвлениях и внутридомовых газопроводах не должен быть более 0,7·P0, где P0 - номинальное давление перед приборами.

Абонентское ответвление присоединяется к распределительному газопроводу низкого давления на расстоянии 5 м от здания. На ответвлении устанавливается отключающее устройство в колодце. Ввод газопровода в здание осуществляется примерно на уровне h = 1,5 м от нулевой отметки, т. е. на первом этаже дома рядом со входом в здание. Разводка осуществляется под потолком первого этажа до стояков в кухнях.

Газопровод выполняется на сварке, после испытаний на него наносится противокоррозионная изоляция, а также предусматривается его открытая прокладка. При устройстве в здании от одного ввода двух и более стояков на каждом из них устанавливается отключающий кран.

Предусматриваем, что в подъезде 9-ти этажного дома, в квартирах устанавливаются только газовые плиты. Газифицируются 18 двухкомнатных квартир (стояки 2, 3) и 18 трехкомнатных квартир (стояк 1, 4). В качестве самого удаленного газового прибора рассматриваем газовую плиту на 9-ом этаже в трехкомнатной квартире (стояк 1).

Расчетный средний расход для двухкомнатной квартиры примем qном = 1,18 м3/ч.

Находим расчетные расходы на участках трубопровода, м3/ч:

,

,

Задаемся диаметрами участков. Обычно на конце стояка на трёх, четырёх дальних участках принимается диаметр d = 20 мм, далее до начала ответвления d=25мм с постепенным увеличением на входном участке до диаметра d = 40 мм.

Определяется сумма коэффициентов местных сопротивлений для каждого участка. Значение коэффициентов ж , в зависимости от реально существующих местных сопротивлений, принимаются по П.7 и заносится в таблицу11:

Таблица 11 - Коэффициенты местных сопротивлений ж

Рассчитаем эквивалентные и расчетные длины участков

,

где d - диаметры труб, м;

- кинематическая вязкость (сухого воздуха при н. у. =12,28·10-6 м2/с);

L - расход газа на участке, м3/ч;

= 1,0·10-4 м - для стальных труб;

= 5,0·10-4 м - для полиэтиленовых труб.

,

По величине расходов на каждом участке и заданным диаметрам труб из номограммы для низкого давления выпишем значения удельных перепадов давления , рассчитаем суммарный перепад давления и занесем результаты в таблицу 12:

Таблица 11 - Удельные перепады давления (), Па/м

Рассчитаем давление слоя газа, Па:

где Н - перепад высот на концах рассматриваемого участка, м.

Результирующие потери давления:

С учетом потерь на газовой плите:

Учитывая тот факт, что при прокладке газопровода использованы минимальные размеры труб, приведённых в номограмме, увеличить потери давления до 350 Па возможно только установкой дроссельной шайбы.

Список литературы

1. Расчет потребления газа и гидравлический расчет сетей низкого давления. Методические указания к курсовому проекту для студентов дневной и заочной форм обучения. ч.1, - Томск: ТГАСУ, 2000. - 41 с.

2. Кулаков Н.Г., Бережнов Н.А. Справочник по газоснабжению, - Киев: Будивельник, 1979. - 234 с.

3. Ионин А.А. Газоснабжение. - М: Стройиздат, 1988. - 410 с.

4. Яковлев Е.Н. Газовые сети и газохранилища. - М.:Недра, 1991. - 400 с.

5. СНиП 42-01-01-2002,.Газораспределительные системы/Госстрой России - М., 2003.