Алгоритм расчета кольцевого газопровода низкого давления (осуществляется в два этапа):
1. Расчет часовых расходов газа каждого квартала.
2. Выбор оптимальных диаметров каждого участка кольцевого газопровода на основании расходов газа каждого квартала и потерь давления.
Пропускная способность газопроводов может приниматься из условий создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивость работы ГРП (ГРУ), а также работы газогорелочных устройств потребителей в допустимых диапазонах давлений.
Расчетные внутренние диаметры газопроводов определяются исходя из условия обеспечения бесперебойного газоснабжения всех потребителей в часы максимального потребления газа.
Гидравлический расчет в курсовом проекте следует производить по приведенным ниже формулам и по номограмме низкого давления.
2.1 Выбор схемы распределительного газопровода низкого давления
Распределительный газопровод -- это газопровод газораспределительной сети, обеспечивающий подачу газа от источника газоснабжения до газопроводов-вводов к потребителям газа.
Перед началом расчетов необходимо запроектировать кольцевой газопровод таким образом, чтобы была возможность ввода в квартал газопровода с любой стороны кольца (пример см. на рис. 2.1).
Кольцевые распределительные газопроводы низкого давления в данном проекте прокладываются вдоль уличных проездов. Источником газоснабжения жилых домов в кварталах являются газорегуляторные пункты (ГРП), потребителем газа - бытовые потребители. Схема газоснабжения низкого давления выбирается из условий минимальных металловложений и максимальной надежности.
В первую очередь необходимо определить количество ГРП в городской системе газоснабжения, затем произвести установку ГРП с учетом равномерного распределения газа по потребителям жилого сектора.
2.2 Определение оптимального числа ГРП
Газорегуляторный пункт (ГРП, ГРУ) - совокупность технологических устройств, предназначенных для снижения давления (редуцирования) газа, поддержания его на заданном уровне вне зависимости от расхода газа потребителями в газораспределительных сетях (ГРС), очистки газа от механических примесей, а также отключения подачи газа потребителям в случаях перепада давления сверх установленных норм.
При проектировании газоснабжения городов большое значение имеют правильный выбор количества ГРП, их производительность и размещение.
С увеличением количества ГРП уменьшаются радиусы действия и нагрузки на сеть и, как следствие, диаметры и стоимость сети, однако экономические затраты увеличиваются.
Исходя из вышеперечисленных факторов, студенту необходимо определить оптимальное количество ГРП.
Для ГРП, питающего сеть низкого давления, оптимальная производительность . С учетом этого количество ГРП определяется по формуле, шт.
УVчас - суммарный расход газа, м3 /ч (см. табл. 2.3).
Полученное количество ГРП, их фактические нагрузки и местоположение учитываются по местным условиям, исходя из планировки города и расположения отдельных районов.
Каждый ГРП должен размещаться вблизи проездов между кварталами, таким образом, чтобы распределение газа между кварталами было равномерным, а также по возможности ГРП необходимо устанавливать в кварталах ближе к зоне повышенной нагрузки. При выборе места для ГРП необходимо соблюдать все правила нормативной документации и правила безопасности Госгортехнадзора по размещению и допустимым расстояниям до здания, сооружений, дорог.
Методика расчета предполагает, что расход газа равномерно распределяется по всей длине участка.
После установки газорегуляторных пунктов необходимо запроектировать отвод газопровода от каждого ГРП до точки врезки в кольцевой газопровод. Все точки пересечения газопроводов необходимо пронумеровать, а полученные при этом участки трубопроводов кольцевой сети указать в табл. 2.2. Затем необходимо определить «нулевые» точки.
Нулевой точкой называют точку схождения всех потоков газа, если хотя бы один газовый поток выходит, такая точка не является «нулевой». Количество нулевых точек выбирается равным количеству ГРП или на одну больше.
2.3 Расчет кольцевой сети низкого давления газа
1 этап
Задача гидравлического расчета заключается в определении оптимальных диаметров газопровода по заданным расходам и расчетным потерям давления в сети для обеспечения всех потребителей требуемым расходом газа с требуемым давлением. Расчет ведется по максимальным расходам газа.
Методика расчета предполагает, что расход газа равномерно распределяется по всей длине участка. Направления движения потоков газа выбираются так, чтобы газ от точки выхода из ГРП подавался ко всем потребителям по кратчайшему пути с учетом минимальных гидравлических потерь давления газа.
Направления движения газа выбираются, начиная от точки выхода из ГРП к периферии. В результате выявляются нулевые точки - конечные точки встречи потоков газа.
Суммарные потери давления газа от ГРП до наиболее удаленного прибора не должны превышать 1 200 Па. Согласно заданным условиям, давление на выходе из ГРП составляет 3 000 Па, оптимальное давление в нулевой точке - 1 800 Па. Исходя из вышеприведенных данных, потери давления при гидравлическом расчете невыгодных ветвей (наиболее протяженные участки от ГРП до нулевой точки) должны быть увязаны с допустимыми потерями давления - 1 200 Па. Сопротивление движению газа складывается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений.
Сопротивление трения имеется по всей длине трубопровода. Местные сопротивления образуются в местах изменения скорости и направления 21 движения газа. Линейные и местные сопротивления учитываются в вычислениях расчетных длин участков - l р (см. формулу (2.8)).
Расчеты необходимо делать для каждого участка кольцевого газопровода.
Расчет начинаем с определения удельных, путевых, эквивалентных, транзитных и расчетных расходов для всех контуров питания потребителей. Результаты расчета фиксируются в табл. 2.2.
Расчет ведется в следующей последовательности.
1. Определяем удельные расходы газа на каждом участке:
где V кв. - часовой расход газа в квартале, м3 /ч (см. табл. 2.1);
Уl уч - суммарная длина участков по периметру газопровода, снабжающего данный квартал, м (сумма длин участков вокруг квартала).
Для смежных участков в числителе часовые расходы газа кварталов суммируются, в знаменателе рекомендуется взять сумму длин участков квартала, имеющего максимальный часовой расход газа, это связано с неравномерным потреблением газа (см. рис. 2.1):
- участок «2-1» обслуживает только первый квартал, при этом участок «1-6» также обслуживает только первый квартал, следовательно, можно записать следующее уравнение:
- участок «15-11» обслуживает только шестой квартал, следовательно, можно записать следующее уравнение:
- участок «10-4» обслуживает третий и четвертый кварталы, следовательно, можно записать следующее уравнение (с учетом неравномерного потребления газа):
- для участков «20-2» и «20-7» можно записать следующие уравнения:
2. Путевой расход газа на участке сети, м3 /ч:
где - удельный расход газа в квартале, который обеспечивает данный участок, м3 /ч;
- геометрическая длина участка, м.
3. Эквивалентный расход газа на участке сети, м3 /ч:
где - путевой расход газа на участке, м3 /ч.
4. Проектируемые транзитные расходы газа на участке -- это неистраченный на квартал с каждого прокладываемого участка газопровода расход газа, транспортируемый на соседние участки, если направление движения газа в них совпадает с направлением на рассчитываемом участке. При выборе направления движения газа на участке руководствуются разницей давлений в начальной и конечной точках участка. Исходя из разницы давлений, газовый поток движется от точки с большим давлением в точку с меньшим давлением.
5. Расчет транзитных расходов газа начинают с нулевых точек, так как на участках, прилегающих к нулевым точкам, транзитные расходы газа равны нулю. Для остальных участков транзитные расходы определяются по формуле как сумма путевых и транзитных расходов газа участков, прилегающих к определяемому и следующих за рассчитываемым участком по ходу движения газа. При этом необходимо учитывать неравномерность потребления газа кварталом с учетом направлений движения газа в прилегающих участках, выбирая нужные пропорции.
Принцип расчета транзитных расходов газа представлен на рис. 2.1 и в табл. 2.1.
Рис. 2.1 Расчетная схема кольцевой сети газопровода низкого давления
Таблица 2.1
Пример расчета транзитных расходов газа
*Данные схемы объясняют ряд примеров расчета транзитных расходов газа в случаях, встречающихся в исходных данных в выданном студенту задании
6. Расчетный расход газа на участке сети, м3/ч, определяется следующим образом:
Таблица 2.2
Расчетные расходы газа на участках
Для проверки расчетов необходимо произвести увязку суммарных (по всем участкам) путевых и транзитных расходов (по ГРП) с суммарным часовым расходом (см. табл. 2.3):
2 этап
На втором этапе необходимо выбрать диаметры каждого участка кольцевой сети.
После определения расчетных расходов на участках производим гидравлический расчет всех возможных направлений движения газа от ГРП до нулевых точек, начиная с самого протяженного (принцип расчета см. в табл. 2.3). Выбор невыгодных ветвей и ответвлений производится от точки с более высоким давлением к точке с менее высоким давлением, при этом направление движения потока газа по газопроводу должно быть от точки с большим давлением до точки с меньшим давлением газа на всех участках. Расчет геометрической длины каждого участка производится согласно заданному масштабу (см. исходные данные). Для учета потерь на местные сопротивления геометрическая длина участков увеличивается на 10%, т.е. коэффициент потерь давлений на местные сопротивления k = 1,1.
Гидравлический расчет производится для каждого участка кольцевой сети по номограмме низкого давления.
Расчет выполняется следующим образом:
1. Для каждого ГРП выбираем невыгодные ветви - наиболее протяженные и нагруженные от ГРП до нулевой точки; помимо невыгодных ветвей необходимо выбрать ответвления, которые должны охватить все участки кольцевой сети, не вошедшие в невыгодные ветви. Ответвления могут состоять как из одного, так и из нескольких участков. Количество невыгодных ветвей должно быть равно количеству нулевых точек. Пример выбора и расчета невыгодных ветвей и ответвлений представлен в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Принцип гидравлического расчета кольцевого газопровода
2. Определяем удельные потери давления на невыгодных ветвях, так чтобы фактические потери не превышали допустимые, по формуле
Удельные потери на ответвлениях определяются согласно табл. 2.3.
Допустимая невязка составляет 10 %, расчет производится по формуле
2. Далее производим расчет удельных потерь давления на каждый метр газопровода всех участков кольцевого газопровода - Rуд, который необходим для подбора диаметра каждого участка газопровода по номограмме, на основании рассчитанного расхода газа:
Зная расчетный расход на участках и примерные удельные потери давления на участке, подбираем по номограмме диаметры для газопроводов низкого давления, а также определяем фактические удельные потери на всем участке:
Правила применения номограммы низкого давления для определения диаметров участков и потерь давления на 1 м каждого участка:
а) определив const и для каждой невыгодной ветви и ответвления различна), фиксируем значение на оси Дp / l (по горизонтали) и проводим перпендикулярную линию относительно оси Дp /
б) далее фиксируем на оси V (по вертикали), причем для каждого участка сети величина расхода газа различна и принимается согласно табл. 3.2, проводим линию перпендикулярно оси V до пересечения с линией ;
в) для выбора диаметра на определенном участке газопровода, от точки пересечения параллельно оси Дp / l движемся к ближайшему диаметру (наклонные линии) либо вправо, либо влево до пересечения с линией диаметра;
г) после выбора диаметра участка точку пересечения с линией диаметра проецируем на ось Дp / l, таким образом определяем потери давления на 1 м на участке газопровода - и производим расчет потерь давления на всем участке по формуле 3.12, результаты заносим в табл. 2.4.
После расчета каждой невыгодной ветви и ответвлений необходимо произвести проверку выбора диаметров, т. е. произвести расчет допустимой невязки. Допустимая невязка составляет 10%, расчет производится по формуле
Если невязка больше 10%, то изменяем диаметры газопроводов на одном или нескольких участках. Если и в этом случае невязка не выполняется, то допускается разбивка участка с одним расходом газа на два участка с разными диаметрами, при условии установки фитингов на переходе трубопроводов от одного диаметра к другому.
Пример расчетной схемы кольцевого газопровода низкого давления см. в Приложении 4 и на рис. 3.1
Таблица 3.4