3. Гідравлічний розрахунок газорозподільних мереж

1. Гідравлічний розрахунок мереж середнього (високого) тиску

У відповідності з вимогами будівельних норм та правил 2,додаток Е гідравлічні режими роботи розподільчих трубопроводів повинні прийматися за умов створення при максимально допустимих втратах тиску газу найбільш економічної та надійної в експлуатації системи. Розрахункові внутрішні діаметри газопроводів необхідно визначати гідравлічним розрахунком за умови забезпечення надійного газопостачання у години максимального споживання газу.

Максимальні перепади тиску в мережах газопроводів високого і середнього тисків рекомендується визначати 9 за умов надійної роботи систем автоматики:

, (1.21)

де: К_р – коефіцієнт використання перепаду тиску, приймається рівним 0,4; Р₁ – тиск газу (абсолютний) на виході з джерела газопостачання.

При розрахунку тупикових мереж діаметри визначаються за умов максимального використання розрахункового перепаду тиску.

В залежності від забезпечення необхідної надійності кільцевих газорозподільних систем високого та середнього тисків, використовують два варіанти методики розрахунку. За І варіантом 1 висока надійність газопостачання забезпечується за рахунок кільцювання мереж з усередненням діаметрів трубопроводів в кільцях (структурний резерв) та передбачення резерву тиску на випадок виникнення аварійних ситуацій (резерв продуктивності). В випадку аварії споживачі будуть отримувати газ, але в меншій кількості, яка визначається розрахунком. Проте такий варіант є не економічним, так як потребує значних перевитрат матеріалу труб.

За ІІ варіантом 9 приймається, що газорозподільні мережі є достатньо надійними і передбачати резервування в цьому випадку економічно недоцільно. Тому гідравлічний режим роботи газопроводів необхідно призначати за умови максимального використання розрахункового перепаду тиску.

Вибір варіанту розрахунку при реальному проектуванні необхідно здійснювати на основі техніко-економічних розрахунків з врахуванням втрат газових господарств і збитків підприємств, пов’язаних з недопоставками газу. В курсовому проекті варіант розрахунку визначає керівник проектування.

Розрахунок газопроводів за І варіантом здійснюється в три етапи в такій послідовності. На першому етапі виконують попереднє визначення діаметрів трубопроводів та здійснюють їх усереднення. На другому етапі в результаті розрахунку потокорозподілу для всіх випадків аварійних ситуацій корегують діаметри трубопроводів на ділянках мережі. На третьому етапі здійснюють розрахунок потокорозподілу для випадку розрахункового навантаження газорозподільної мережі.

Перед початком розрахунку необхідно виконати такі підготовчі роботи: накреслити в масштабі схему газопроводу; позначити на схемі за допомогою умовних позначень споживачів та вказати навантаження кожного споживача ; поділити газорозподільну мережу на розрахункові ділянки, на яких витрата газу є незмінною; пронумерувати початкові і кінцеві точки ділянок: вузлові точки, точки підключення споживачів; визначити геометричну довжину ділянок і навести її на схемі.

На першому етапі розрахунків при попередньому визначені діаметрів необхідно здійснити попередній розподіл потоків газу в мережі і ув'язати баланс потоків в вузлах. Для цього необхідно: визначити напрям руху потоків; визначити вузли - точки на периферії кільцевої мережі, де зустрічаються потоки газу; точки зустрічі потоків газу необхідно приймати приблизно на однакових відстанях від точок живлення; вибрати напрям руху потоку газу на кожній ділянці і вказати на схемі, рухаючись від намічених точок зустрічі потоків до точок живлення ; розподілити транзитні витрати в точках зустрічі потоків так, щоб витрати на сусідніх ділянках були приблизно однаковими, тоді ці ділянки будуть близькі до взаємозамінних; визначити витрату газу на окремих ділянках мережі, при цьому на ділянках близьких до точок зустрічі потоків витрату газу доцільно розподіляти обернено пропорційно кореню квадратному відношенню довжини півкілець.

Після попереднього розподілу потоків газу в мережі визначають середні питомі втрати квадрату тиску для ділянок в напрямку від джерела живлення (ГРС) до найбільш віддаленого споживача за формулою:

, кПа²/м, (1.22)

де:  - коефіцієнт транспортного запасу, який приймається в межах 0,2...0,4; Р_п та Р_к - абсолютний тиск в газопроводі в точці живлення і зустрічі потоків, кПа; L_р - розрахункова довжина напряму від точки живлення до точки зустрічі потоків L_р = 1,1L_г.

Орієнтуючись на середню питому різницю квадратів тиску А за номограмою 1, рис 6.2, додаток 8  в залежності від витрати газу підбирають діаметр газопроводу. Після підбору діаметрів визначають ранг кожного кільця газорозподільної мережі. Першим за рангом вважається кільце, яке безпосередньо приєднується до джерела живлення (ГРС). Наступним за рангом вважається кільце, яке має спільні ділянки з першим кільцем. Далі розраховують середні діаметри всіх ділянок, які входять в кільце:

, м (1.23)

При цьому доцільно, щоб діаметри ділянок кільця були однаковими. Якщо цю умову неможливо виконати, то допускається приймати діаметри труб з різницею в один розмір по сортаменту. При визначенні середнього діаметру ділянок другого за рангом кільця діаметри ділянок, спільних з першим кільцем залишають такими, як були визначені вище. Після уточнення діаметрів труб кільцевої мережі за номограмою визначають дійсну питому різницю квадратів тиску (А_і.д) та дійсну різницю квадратів тиску на ділянках за формулою:

, кПа² (1.24)

Після визначення діаметрів розраховують тиск газу в кінцевих точках ділянок за формулою:

, кПа (1.25)

Розрахунок вважається виконаним, якщо нев’язка втрат тисків в точках зустрічі потоків та нев'язка тиску в кільцях не буде перевищувати 10% . Якщо за першим разом не досягнута необхідна різниця тисків, здійснюють перерозподіл потоків газу і розрахунки повторюють до досягнення позитивного результату.

Далі підбирають діаметри відгалужень і знаходять тиск в кінці відгалужень, який має бути не меншим від допустимого.

На другому етапі здійснюють корегування прийнятих в попередніх розрахунках діаметрів ділянок мережі на випадок всіх можливих варіантів аварійних ситуацій. Розрахунок здійснюють в такій послідовності.

Здійснюють розподіл потоків газу на ділянках мережі при кожній аварійній ситуації. Навантаження споживачів приймається за умов обмеженого газопостачання:

Q_ав. = K_заб.*Q_р , м³/год , (1.26)

де: K_заб - коефіцієнт забезпеченості, який залежить від категорії споживачів і приймається для: комунально-побутових споживачів - 0,8...0,85, побутових котелень - 0,7...0,75, технологічних потреб промислових підприємств, при відсутності резервної системи постачання паливом - 1.

Після попереднього розподілу потоків визначають дійсний потокорозподіл з врахуванням розрахункового перепаду тиску і одночасно, при необхідності, корегують діаметри ділянок. При корегуванні діаметрів дотримуються принципу постійності діаметра елементарного кільця. Допускається приймати діаметри трубопроводів, що відрізняються не більше, як на один розмір по сортаменту згідно ГОСТу.

Так, як розрахунки виконують для декількох та більше аварійних ситуацій, їх здійснюють послідовно, методом ітерацій до досягнення необхідної точності. Розрахунок вважається виконаним, якщо нев’язка втрат тисків в точках зустрічі потоків та нев'язка тиску в кільцях не буде перевищувати 10% , а тиск в кінці відгалужень не буде меншим від допустимого.

На третьому етапі здійснюють повторний перерахунок мережі на роботу в розрахунковому режимі в випадку, якщо на попередньому етапі відбувалося корегування діаметрів. Результати розрахунків наводять в табличній формі (табл. 1.5 та 1.6).

Особливість розрахунку однокільцевих мереж полягає в тому, що вони мають два основних аварійні режими – виключення з роботи ділянок зліва і справа від точок живлення. Внаслідок цього кільцева мережа перетворюється в тупикову. Тому розрахунок доцільно починати з аварійних режимів в такій послідовності:

• визначають розрахункові витрати газу на ділянках при аварійних режимах:

(1.27)

• визначають середні питомі втрати тиску по напряму від точки живлення до кінцевої точки, при повному використані розрахункового перепаду тиску:

, КПа²/м, (1.28)

Таблиця 1.5

Гідравлічний розрахунок газорозподільної мережі середнього тиску

під час нормального режиму роботи

Попередній розрахунок

Номер ділян­ки

Розра­хун­кова витра-

Довжина ділянки, м

Питома різниця квадратів тиску, кПа2 /м

Розра-хунко­вий

Уточ­нений діа-

Дійсна різниця квадратів

Квадрат тиску, кПа2

та, м3/год

геомет­рична

розрахункова

розрахункова

дійсна

діа­­­­­м­етр, м

метр, м

тиску, кПа2

на поч.

в кін.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1 - 2

Продовження таблиці 1.5

		Остаточний розрахунок
Номер ділян­ки	Тиск газу в кінці ділянки,	Поправочна витрата,	Розрахункова витрата,	Різниця квадратів тиску, кПа2		Квадрат тиску, кПа2			Тиск газу в кінці ділянки,
	кПа	м3/год	м3/год	питома	дійсна		на поч.	в кін.		кПа
1	12	13	14	15	16		17	18		19
1 - 2

Таблиця 1.6

Гідравлічний розрахунок газорозподільної мережі середнього тиску

під час аварійного режиму роботи

Номер ділян­ки

Діа-метр, м

Розра-хункова довжи­на

Розра­хун­кова витра-

Питома різниця квадратів тиску, кПа2 /м

Уточ­нений діа-

Дійсна різниця квадратів

Квадрат тиску, кПа2

Тиск газу в кінці ділянки

ділян­ки, м

та, м3/год

розрахункова

дійсна

діа­­­­­м­етр, м

тиску, кПа2

на поч.

в кін

кПа

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11

1 - 2

• визначають діаметр трубопроводу в кільці при аварійній витраті - ;

• виконують гідравлічний розрахунок двох варіантів аварійних режимів. Тиск у останнього по шляху руху споживача не повинен бути нижчим від допустимого значення – Р_к. при необхідності змінюють діаметри але так, щоб вони відрізнялися не більше як на один розмір по сортаменту.

• для всіх відгалужень розраховують діаметри трубопроводів на повне використання перепаду тиску в відгалужені при подачі газу Q_ав. = K_заб.*Q_р .

• здійснюють розподіл потоку газу при нормальному режимі і визначають тиск в усіх вузлових точках.

• перевіряють діаметри відгалужень до зосереджених споживачів при розрахунковому гідравлічному режимі.

Розрахунок мереж середнього і високого тисків за ІІ варіантом виконують після виконання, як і в І варіанті необхідних підготовчих робіт, в такій послідовності.

Розрахунок починають з дільниць головної магістралі, тобто ланцюга, який з’єднує магістральне джерело газу з найвіддаленішим (розрахунковим) споживачем. Такий гідравлічний ланцюг, як правило, має найбільшу довжину.

Для всіх дільниць гідравлічного ланцюга визначають питому різницю квадратів тиску газу за формулою (1.28). Орієнтуючись на середню питому різницю квадратів тиску А за номограмою 1, рис 6.2, додаток 8  в залежності від витрати газу підбирають діаметр газопроводу. Після визначення діаметрів розраховують тиск газу в кінцевих точках ділянок за формулою(1.25).

Розрахунок вважається виконаним, якщо нев’язка втрат тисків в точках зустрічі потоків та нев'язка тиску в кільцях не буде перевищувати 10% . Якщо за першим разом не досягнута необхідна різниця тисків, здійснюють перерозподіл потоків газу і розрахунки повторюють до досягнення позитивного результату.

Далі підбирають діаметри відгалужень і знаходять тиск в кінці відгалужень, який має бути не меншим від допустимого.