1.3.4 Гидравлический расчет смешанной сети среднего давления.

Газовые сети высокого (среднего) давления являются основными артериями в городской системе газоснабжения.

Для средних и небольших городов газовые сети обычно проектируют в виде одного кольца. Крупные города имеют многокольцевые сети среднего или высокого давления.

Все городские сети рассчитывают на заданный перепад давления. Начальное давление принимают согласно СНиП. Конечное давление принимают таким, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимальное давление газа перед регуляторами.

Величина этого давления складывается из максимального давления газа перед горелками, перепада давления в абонентском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в газорегуляторном пункте (ГРП). В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление 150-200 кПа.

При расчёте кольцевых сетей для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах необходимо наличие резерва по давлению газа. Принятый резерв проверяется расчётом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие ситуации обычно возникают при включении головных участков сети.

Аварийные ситуации обычно кратковременны и при отказах элементов допускается снижение расхода газа. Снижение расхода оценивают коэффициентом обеспеченности k_об, который зависит от категории потребителей.

Расход газа при аварийной ситуации в газовой сети рассчитывают по формуле:

, м³/ч,

где - максимальный расчётный часовой расход газа, м³/ч; k_об - коэффициент обеспеченности (уровень снижения потребления газа).

При выборе и обосновании значений коэффициентов необходимо иметь подробные сведения о потребителях газа, возможности их работы при понижении тепловой нагрузки, а также при необходимости перехода на резервное топливо. Объём, вид выпускаемой продукции на предприятиях, режим их работы, а также технологические возможности газорегулирующих устройств оказывают влияние на потребление газа в аварийной ситуации.

Рекомендуемые значения коэффициентов обеспеченности для потребителей сети среднего давления приведены ниже в таблице.

Коэффициенты обеспеченности для потребителей

Потребитель газа	Значение kоб
Газорегуляторный пункт	0,8-0,85
Хлебозавод, пекарня	0,85
Районная котельная	0,7-0,75
Промышленное предприятие	0,7-0,8
Крупное коммунальное предприятие	0,6-0,7

После обоснования коэффициентов обеспеченности для всех потребителей решают вторую задачу, т.е. определяют необходимый резерв пропускной способности сети.

Для однокольцевого газопровода существует два аварийных режима, подлежащих расчёту - при выключении головных участков слева и справа от точки питания.

Последовательность расчёта однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления:

1. Определяется расчётный расход газа при аварийном режиме по формуле

, м³/ч,

где Q_i -расчётный расход газа потребителями; k_об- коэффициент обеспеченности; 0,59 - коэффициент, учитывающий дополнительную путевую нагрузку в сети.

Q=0,59*(462,96*0,8+109*0,7*4+38*0,7*5+462,96*0,8+93,75*0,85+1620,6*0,7)

2. Вычисляются удельные потери квадрата давления

где р_н, р_к -абсолютные давления газа в начале и конце сети; -суммарная длина участков сети; 1,1 - коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления.

Для участка 1-2

= (400*400-300*300)/(1,1*5856)=10,86

3. Выбирается диаметр газовой сети (см. pис. 4.1). Целесообразно проектировать участки одного постоянного диаметра. Если такой диаметр подобрать не удаётся, то участки газопроводов проектируют из двух различных диаметров.

Для обеспечения пропуска требуемого количества газа головные участки должны состоять из диаметров большего сортамента.

3. Принимаем по номограмме диаметр 133*4 мм

4. Выполняются два варианта гидравлического расчёта аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания.

При выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, и конечное давление газа у последнего потребителя можно вычислить по следующей зависимости:

где - суммарные потери давления на участках сети, кПа², -расчётное значение конечного давления газа перед потребителем.

5. Для всех ответвлений в аварийном режиме выполняется гидравлический расчет по определению диаметров газопроводов, обеспечивающих требуемое конечное давление газа перед потребителями.

6. Выполняется расчет газовой сети при нормальном гидравлическом режиме и определяются давления газа во всех узловых точках.

7. проверяются диаметры ответвлений к потребителям при расчетном режиме. В случае обеспечения потребителей требуемым давлением принятые диаметры не изменяются, в противном случае, необходимо увеличить диаметры ответвлений.

Схема однокольцевого газопровода среднего давления:

1) ГРС - газораспределительная станция; 3) ОП – предприятия общественного питания; 6) ХЗ – хлебозавод; 10) К - районная котельная; 5) ГРП - газорегуляторный пункт; 1) ПП - промышленное предприятие; 4,7) ПР,БА- предприятие непроизводственного характера

Таблица 4.5

Аварийный режим
Отказал участок 1-11						Отказал участок 1-2
№	dн*S, мм	L, м	Q, м3/ч	δp2/L, кПа2/м	δp2, кПа2	№	dн*S, мм	L, м	Q, м3/ч	δp2/L, кПа2/м	δp2, кПа2
1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5	6
1-2	133*4	731	1411,8957	10,8669	7943,68	1-14	114*4	891	1193,38	10,86687	9682,38
2-3	114*4	1097	1193,3785	11,9899	13152,91	14-13	114*4	280	1148,36	11,13302	3117,25
3-4	114*4	366	1148,3615	12,4181	4545,01	13-12	114*4	431	1132,67	11,5692	4986,32
4-5	114*4	820	1132,6675	13,498	11068,37	12-11	114*4	543	1087,65	12,16989	6608,25
5-6	114*4	591	914,15043	14,4006	8510,77	11-10	114*4	502	1071,96	12,78352	6417,33
6-7	108*4	246	867,1348	14,8129	3643,98	10-9	89*3	402	402,649	13,32141	5355,21
7-8	108*4	416	851,4408	15,5666	6475,72	9-8	89*3	162	386,955	13,55118	2195,29
8-9	108*4	162	806,4238	15,8813	2572,77	8-7	89*3	416	341,938	14,17923	5898,56
9-10	108*4	402	790,7298	16,72	6721,44	7-6	89*3	246	326,244	14,57878	3586,38
10-11	38*3	502	121,422	17,9005	8986,06	6-5	76*3	591	279,228	15,63739	9241,70
11-12	38*3	543	105,728	19,3806	10523,69	5-4	38*3	820	60,711	17,38936	14259,28
12-13	38*3	431	60,711	20,742	8939,79	4-3	38*3	366	45,017	18,30472	6699,53
13-14	38*3	280	45,017	22,7273	6363,64	3-2	38*3	1097	33,7	21,73373	23841,90
Итого		6587			99447,83	Итого		6747			101889,36
			160000	60552,17	246,07				160000	58110,64	241,06

5. Производится расчёт газовой сети при нормальном гидравлическом режиме. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы суммарный расход газа потребителями в левой и правой ветвях газовой сети был примерно одинаков. Потокам газа, движение которых совпадает с движением стрелки часов присваивается знак «плюс», против движения часовой стрелки - знак «минус». Далее, двигаясь против потока газа по каждой ветви кольца, определяются расчётные расходы газа для всех участков кольца. По известным диаметрам и расходам по номограмме определяют потери давления для всех участков и далее потери на участках. Все расчёты сводятся в табл. 4.6, откуда следует, что при предварительном расчёте потокораспределения ошибка в кольце составила 29,7%. В связи с тем, что невязка превысила ±10% необходимо рассчитать и ввести поправочный расход Рассчитывается поправочный расход.

Таблица 4.6

Результаты расчета сети при нормальном гидравлическом режиме
Показатели участка				Предварительное распределение расходов					Окончательное распределение расходов					Давление на участке
№ участков	Диаметр dнXS, мм	Длина участка L, мм	Qуч, м3/ч		δр2/L, кПа2/м	δр2, кПа2	δр2/Qуч, м3/ч	Q, м3/ч		δр2/L, кПа2/м	δр2, кПа2	1,1*δр2, кПа2	В начале Рн		В конце Рн√Рн2-1,1*δр2
1	2	3	4		5	6	7	8		9	10	11	12		13
1-2	219*6	773,5	4538,52		13,02	-10071,49	-2,22	4274,9		8,5	6575	7232,6	400		390,85
2-3	219*6	557,5	4520,01		13,22	-7370,28	-1,63	4256,4		8,3	4627	5090,1	390,85		384,29
3-4	219*6	547,1	3114,8		13,59	-7434,68	-2,39	2851,1		7,9	4338	4772,1	384,29		378,03
4-5	219*6	309,5	3087,9		14,28	-4418,95	-1,43	2824,2		7,2	2240	2464,5	378,03		374,75
5-6	219*6	115	2883,04		16,15	-1856,44	-0,64	2619,4		5,4	617,3	679,01	374,75		373,85
6-7	159*4,5	64,01	1477,83		17,73	-1134,90	-0,77	1214,2		3,8	242,6	266,86	373,85		373,49
7-а	159*4,6	53,1	984,3		16,1	-854,91	-0,87	720,64		2,8	148,7	163,55	379,60		379,38
8-а	133*4	297,2	-2910,6		15,81	-4699,05	1,61	-3174		5,7	1697	1866,8	387,06		384,64
8-9	133*4	416,7	-2937,5		15,22	-6342,48	2,16	-3201		6,3	2625	2887,9	390,77		387,06
9-10	159*4,5	391,2	-2956		14,68	-5742,52	1,94	-3220		6,8	2676	2943,2	394,52		390,77
10-11	219*6	356,4	-4516,9		13,81	-4922,30	1,09	-4781		7,7	2748	3022,9	398,33		394,52
11-12	219*6	148	-4538,5		13,34	-1974,32	0,44	-4802		8,2	1211	1331,7	399,1		397,43
12-13	159*4,5	102,00	-4610,00		13,56	-1383,12	0,30	-4874		8,6	873,1	960,43	397,4		396,22
13-14	159*4,5	98	-4750		13,31	-1304,38	0,27	-5014		8,9	876,1	963,73	396,2		395,00
14-1	159*4,5	75	-4810		13,1	-982,50	0,20	-5074		9,3	698,3	768,08	395		394,03

Полученный увязочный круговой расход вводится в кольца и производится окончательный расчёт. После введения кругового расхода ошибка в кольце уменьшилась до -8,3%, что приемлемо. Этим заканчивается расчёт кольца.

Рассчитываем величину давления в каждом узле кольца при нормальном режиме работы (см. табл. 4.8.)

7. Производится расчет тупиковых участков сети, для условия, что давление у кольцевых потребителей одинаковы по величине и равны 290 кПа (абс). Результаты расчета сводятся в таблице 4.9.

Давления у кольцевых потребителей I, II и III получились несколько большими, чем было принято (290 кПа). Однако расчет можно считать удовлетворительным, т.к. при авариных ситуациях для этих потребителей несколько будет большим значение обеспеченности. На этом гидравлический расчет газовой среднего давления заканчивается. Таблица 4.9

№ участка	Qот, м3/ч	Длина участка L, м	Диаметр dнXS, мм	δр2/L, кПа2/м	1,1*δр2, кПа2	Давление на участке, кПа
						В начале Рн	В конце Рк
1	2	3	4	5	6	7	8
2-1'	48,28	68,58	108*4	102,07	7700,00	400	390,26
3-2'	3262,61	34,44	89*3	182,25	6904,41	390,85	381,92
4-3'	57	38,16	76*3	151,15	6344,51	384,29	375,94
5-4'	426,96	265,25	70*3	19,95	5819,58	378,03	370,25
6-5'	3262,61	43,19	70*3	138,49	6579,57	387,06	368,2
7-6'	57	51,7	70*3	141,00	6897,24	390,77	363,5
8-7'	48,28	59,83	70*3	135,00	7221,00	390,99	369,4
9-8'	2097,77	335,37	70*3	131,00	7553,51	391,00	372,5
10-9'	43,17	28,72	76*2	126,00	7700,00	393,00	378,46
11-10'	3262,61	49,1	76*3	121,28	7840	395	381,84
12-11'	57	27,3	89*3	109,72	7950	397,1	381,64
13-12'	3583,1	41	89*3	20,48	8102	399,55	381,22
14-13'	586	258	108*4	243,73	8384	400	383,08