7.5 Методика аналітичного розрахунку газових мереж

низького тиску без застосування номограм

Нижче наведені методика і характеристика програмного забезпечення для виконання проектних розрахунків газових мереж низького тиску кільцевої структури.

7.5.1.Постановка задачі

Розглянемо газову мережу низького тиску довільної структури, яка складається з будь-якої кількості контурів. Кожен контур включає довільну кількість ділянок, що можуть межувати з будь-яким контуром.

Газова мережа розраховується на максимально допустимий перепад тиску газу.

Задані стандартні діаметри труб і значення абсолютної еквівалентної шорсткості їх внутрішньої поверхні.

Відомі конфігурація газової мережі, довжини ділянок, розрахункові витрати газу на них, фізичні властивості транспортованого газу, середня температура газу.

Метою розрахунку є вибір таких діаметрів дільниць газової мережі, при яких максимально використовується заданий перепад тиску і виконуються закони Кірхгофа з необхідною точністю.

7.5.2 Алгоритм гідравлічного розрахунку

Вводимо у пам‘ять ЕОМ набір стандартних внутрішніх діаметрів труб, що застосовуються для прокладки газових мереж низького тиску.

Вводимо комплекс вхідних даних, що включає фізичні властивості газу, середню температуру газу, необхідну точність розрахунку, допустиму швидкість руху газу, допустимий перепад тиску газу в газовій мережі.

Позначаємо кількість контурів у газовій мережі . Номер контуру позначаємо індексом ), номер ділянки у контурі в довільному порядку позначаємо індексом . Таким чином, довільна ділянка одержує подвійний індекс: перша цифра показує номер контуру, друга – номер ділянки у контурі. Для розпізнавання структури газової мережі для кожної ділянки вводимо третій індекс , який показує номер контуру, з яким межує - а ділянка -ого контуру. Для ділянок, які не межують з іншими контурами, приймаємо .

Вводимо масиви даних по витраті газу і довжинах всіх ділянок газової мережі.

Визначаємо абсолютний тиск газу, що подається споживачам

, (7.29)

де - абсолютний тиск газу на початку газової мережі, - заданий допустимий перепад тиску в мережі.

Знаходимо середнє значення тиску газу у газовій мережі

. (7.30)

Методом послідовних наближень знаходимо середнє значення швидкості руху газу для конкретних умов газопостачання. Для цього спочатку обчислюємо середній гідравлічний нахил в газовій мережі

, (7.31)

де - довжина найбільш протяжного основного напрямку руху газу в газовій мережі.

Задаємося максимальним значенням швидкості руху газу на ділянках газової мережі низького тиску

. (7.32)

За формулою, рекомендованою ДБН В.2.5-20, визначаємо внутрішній діаметр характерної ділянки газової мережі, що має усереднене значення витрати газу

, (7.33)

де - середнє значення температури газу в газовій мережі.

Обчислюємо гідравлічний нахил на характерній ділянці при прийнятій швидкості руху газу

, (7. 34)

де - абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труби, - кінематична в‘язкість газу за нормальних умов, - густина газу за нормальних умов.

Порівнюємо розрахований гідравлічний нахил з максимально допустимим . Якщо різниця між ними перевищує задану точність розрахунку, тобто виконується умова

, (7.35)

то зменшуємо швидкість руху газу за умовою

, (7.36)

де - крок зміни швидкості руху газу на ділянці.

У результаті послідовних наближень одержуємо середню швидкість руху газу, пристосовану для газової мережі, що проектується.

Розрахунок передбачає виконання однотипних операцій для кожної ділянки газової мережі. Тому для проведення цих розрахунків у програмі організовуються цикли.

У межах перших двох циклів, зовнішнього за індексом і внутрішнього за індексом , виконуються такі операції.

Для кожної ділянки газової мережі визначаємо необхідний внутрішній діаметр труби за формулою

. (7.37)

Одержане значення діаметра заокруглюємо до найближчого більшого стандартного значення.

У межах наступних двох циклів проводяться такі розрахунки. Для кожної ділянки газової мережі знаходимо число Рейнольдса за формулою

. (7.38)

Залежно від режиму руху газу, який характеризується величиною числа Рейнольда, вибираємо відповідну формулу для розрахунку втрат тиску від тертя для кожної ділянки газової мережі

Для

, (7.39)

для

, (7.40)

при турбулентному режимі

. (7.41)

У формулах (7.39)-(7.41) числові коефіцієнти враховують додаткові втрати тиску в місцевих опорах газових мереж.

Для виконання гідравлічної ув‘язки кілець витраті газу на дільниці і втратам тиску від тертя присвоюємо знак “плюс”, якщо рух газу на ділянці відбувається за годинниковою стрілкою, і знак “мінус”, якщо газ на ділянці рухається проти стрілки годинника.

Далі виконується гідравлічна ув‘язка кілець. Для кожного контуру знаходимо суму втрат тиску з врахуванням знаків і за абсолютною величиною

, (7.42)

. (7.43)

Для всіх контурів газової мережі обчислюємо значення похибки , величина якої показує ступінь виконання другого закону Кірхгофа

. (7.44)

Якщо хоча би для одного контуру похибка перевищує задану точність розрахунку , то необхідно виконати гідравлічну ув‘язку шляхом введення поправочних витрат газу.

Гідравлічна ув‘язка реалізується таким чином. Для всіх ділянок знаходимо відношення втрат тиску до витрати газу, а потім обчислюємо суму цих відношень для кожного контуру

. (7.45)

Для всіх контурів визначаємо поправочну витрату газу, що враховує нев‘язку у своєму контурі

. (7.46)

Знаходимо поправочну витрату, що враховує нев‘язку у сусідніх контурах

, (7.47)

де - поправочні витрати газу для всіх контурів, що межують з даним, - відношення параметрів для відповідних ділянок, спільних для даного і сусідніх контурів.

Обчислюємо загальні поправочні витрати газу для всіх контурів газової мережі

. (7.48)

Для кожної ділянки газової мережі обчислюємо уточнені витрати газу за формулою

. (7.49)

Уточнені витрати газу підставляються у формулу (7.38) і розрахунок повторюється до тих пір, поки похибка Кірхгофа для всіх контурів не стане меншою від заданої точності розрахунку .

На друк виводяться внутрішні діаметри, уточнені витрати газу, довжини ділянок і втрати тиску на них.