конспект лекций. Конспект лекций по газу оригинал. Конспект лекций для студентов специальности 130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ

• Название: Конспект лекций для студентов специальности 130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ
• Анкор: конспект лекций
• Дата: 10.05.2022
• Размер: 4.98 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по газу оригинал.doc
• Тип: Конспект лекций; #520326
• страница: 7 из 22

2.6. Гидравлический расчет газопроводов низкого давления.


2.6.1.Расчетные схемы газораспределительных сетей.

Рассматривая схемы уличных распределительных газопроводов, можно выделить два характерных случая:

1. На рассматриваемом участке газопровода имеется несколько
отводов, расходы по которым характеризуются некоторой величиной Q_i, (рис. 2.12). Если протяженность участка АВ достаточно велика, а
величины отборов Q_i соизмеримы с величиной транзитного расходаQ_Т, то в ряде случаев целесообразно разбить участок АВ на
несколько и, принимая на каждом участке А-1, 1-2, …, i-Врасход,
постоянным по длине, определять диаметр для каждого из этих
участков.

Рис. 2.13 Расчетная схема распределительного газопровода с сосредоточенными отборами газа
2. На рассматриваемом участке имеется много отводов (отборов) или длина расчетного участка относительно мала (рис. 2.14).


Рис. 2.14Расчетная схема газопровода с равномерно распределенными отборами газа по длине
Тогда расчетные диаметры каждого участка будут отличаться
друг от друга на незначительную величину. При выборе стандартных диаметров мы вынуждены будем принять один единственный, постоянный для всего участка АВ. В таком случае целесообразно изменить расчетную схему, несколько идеализировав ее, но значительно сократив при этом расчеты.

При этом величина удельного расхода q будет определяться как

.

На практике можем иметь более сложную расчетную схему (Рис. 2.15), где на отдельных участках распределение отборов будет
соответствовать схеме 2, а на других участках - схеме 1, а в узлах 3, 4,
5 и 6 имеются узловые расходы газа.

На участках 1-2, 2-4 и 4-6 расход будет постоянным по длине, а
на участках 2-3 и 4-5 - переменным по длине



Рис.2.15. Общий случай отборов газа в газораспределительной сети.


2.6.2. Гидравлический расчет распределительных газопроводов при сосредоточенных отборах газа.
Если отборы газа по длине газопровода существенно отличаются по величине и расстояния между точками отбора неодинаковы, т.е. если реальная схема распределения отборов не может быть заменена на идеальную с равнораспределенными отборами газа по длине, то гидравлический расчет ведут на сосредоточенные отборы.

Рассмотрим схему газопровода с сосредоточенными отборами газа (Рис. 2.16)



Рис. 2.16. Газопровод с сосредоточенными отборами газа
По газопроводу транспортируется газ с транзитным расходом Q_Т и путевым расходом Q_П. вдоль газопровода произвольно распределены отборы газа различной величины q_i.

Путевой расход равен сумме отборов на рассматриваемом участке

.

В общем случае режимы течения на каждом участке могут быть различны, т.к. расходы газа на них различны. Могут различаться также и диаметры соседних участков.

Определим перепады давления на каждом участке:

на первом участке

;

на втором участке

;

………………………….

на n-м участке



Общий перепад на всей длине рассматриваемого газопровода найдем сложением перепадов на каждом участке

(2.17)

С учетом потерь на местные сопротивления будет


На элементарном участке горизонтального газопровода dx перепад давления dP определяется по формуле

.

Коэффициент гидравлического сопротивления зависит от режима течения, поэтому для получения расчетных формул необходимо учитывать конкретные режимы и соответствующие им коэффициенты гидравлического сопротивления .

Коэффициенты гидравлических сопротивлений можно выразить для различных режимов одной обобщенной формулой

,

где А и m – постоянные коэффициенты, зависящие от гидравлического режима течения газа.

Для ламинарного режима А=64, m=1;

для критического режима А=0,0025, m=- ;

для турбулентного режима в случае применения закона Блазиуса А=0,3164, m=0,25;

для квадратичного закона сопротивления А=0,111, m=0.

Подставляя различные значения коэффициентов А и m, получим соответствующие частные расчетные формулы.

Если М_Т=0, а отборы одинаковы (q₁=q₂…=q_n), расстояния между отборами равны между собой, газопровод на всех участках имеет один и тот же диаметр (D₁=D₂…=D_n), то при условии одинакового гидравлического режима с показателем m на всех к участках газопровода имеем

. (2.18)
2.6.3. Вывод расчетной формулы для случая равномерно распределенного отбора газа по длине горизонтального газопровода.
Гидравлический расчет газопровода с учетом большого числа сосредоточенных отборов слишком громоздкий. Для облегчения расчета принимают упрощенную схему газопровода с непрерывным и равномерным отбором газа по длине (рис. 2.17).

В проектах при гидравлических расчетах газопроводов, которые можно отнести к газопроводам с распределенным отбором, считают как один участок газопровода без отборов газа с постоянным по длине расчетным расходом газа.



Рис. 2.17. Участок газопровода с равномерно распределенными отборами газа.
В соответствии с принятыми обозначениями имеем путевой расход , транзитный расход Q_Т, пропускная способность участка газопровода длиной х

Q_Х=Q_Т+q( -х)

и линейная скорость

Воспользуемся обобщенной формулой для

, где ,

Получим



По формуле Дарси-Вейсбаха

.

После подстановки значений и u, получим



Проинтегрировав правую часть от 0 до , а левую от Р_н до Р_к (Р_н, Р_к – соответственно давление в начале и конце газопровода), получим перепад давления на участке

. (2.19)

Формула (2.19) справедлива для любого режима течения, кроме переходного (Re=2320 4000).

В тупиковых участках с путевыми расходами, по без транзитных расходов газа (Q_Т=0) перепад давления от трения определяется как

. (2.20)

Для определения полных перепадов давления, необходимо учесть еще потери в местных сопротивлениях.
2.6.4. Определение границ применения различных методик расчета газопроводов.
Гидравлический расчет газопровода низкого давления с отбором газа по пути может производиться по формулам, которые предполагают либо непрерывное распределение отборов газа [формула (2.20)], либо распределение сосредоточенных отборов [формула (2.18)]. Необходимо установить границу, позволяющую выбирать определенный способ расчета. В случае произвольного выбора формул при расчете может быть допущена числовая ошибка.

Гидравлический расчет по формулам для сосредоточенных отборов является всегда правильным, по весьма громоздким. Для обоснования выбора расчетной схемы (непрерывный или сосредоточенный отбор) распределительного газопровода низкого давления рассмотрим участок газопровода длиной . На этом участке на одинаковом расстоянии друг от друга расположены n отводов, по которым отбирается одинаковое количество газа (q₁=q₂=…q_n). Общее количество газа, подаваемое в начале участка, составляет (транзитный расход Q_Т=0)

.

Определим перепад давления на рассматриваемом участке двумя способами: для сосредоточенных и для равномерно распределенных отборов. При непрерывном отборе возьмем то же самое количество газа Q_П.

Перепады рассчитанные по формулам (2.18) и (2.20) будут отличаться друг от друга на некоторую величину

.
Относительная погрешность расчета по приближенной формуле (2.20) для равномерно распределенных отборов газа по длине по сравнению с более корректной формулой (2.18) составит

.

Для ламинарного режима течения (m=1)

(при n=10 =9%)

Для турбулентного режима при квадратичном законе сопротивления (m=0)

.

(при n=5 =24%; при n=10 =13%).

Для других режимов в формулу надо подставить соответствующие значения показателя m.

Относительная погрешность может быть заранее определена, если задана точность гидравлического расчета.

Введем обозначение задаваемой относительной погрешности расчета и определим граничное число отборов n₂ на расчетном участке соответственно для ламинарного и турбулентного в зоне квадратичного закона сопротивления режимов



Эти формулы дают возможность по заданной погрешности гидравлического расчета правильно выбрать способ расчета участка газопровода. Если действительное число отборов при соответствующем режиме оказывается большим, чем число, полученное расчетным путем, то расчет можно вести как для равномерного по длине отбора газа. Если же фактическое число отводов меньше полученного по формулам, то гидравлический расчет газопровода следует вести для сосредоточенных расходов газа.
2.6.5. Определение расчетных расходов для трубопроводов с распределенным отбором.
Формулы (2.18) и (2.20) все таки достаточно громоздки и неудобны для практического использования. В некоторых случаях при гидравлических расчетах газопроводов низкого давления удобно пользоваться расчетными расходами газа.

Расчетным расходом газа называется такой эквивалентный расход, постоянный по всей длине газопровода, который создает перепад давления, равный перепаду, создаваемому переменным по длине газопровода расходом газа.

При расчетном расходе перепад давления будет определен как

Равный ему перепад при равномерно распределенных отборах по длине

Приравнивая правые части этих уравнений, определим величину расчетного расхода


Из этой формулы следует, что расчетный расход зависит от режима течения газа (показатель m) и от соотношения транзитного и путевого расходов газа.
При ламинарном режиме (m=1)

При турбулентном режиме (m=0)

При отсутствии транзитного расхода Q_Т=0:

при m=1 ,

при m=0 .
В соответствии со СНиП 2.04.08-87* (справочное приложение 5*) расчетный расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расхода газа на данном участке (для всех случаев).
. (2.21)
Использование понятия расчетного расхода газа на участке газораспределительной сети сводится к замене реальной схемы с путевыми распределенными отборами (и переменными расходами) на некоторую эквивалентную схему, в которой расход на каждом участке неизменен по всей длине рассматриваемого участка.
Исходная схема


Рис. 2.18. Пример приведения путевых расходов к узловым.
2.6.6 Расчетные перепады давления
Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего давления следует принимать в пределах давления, принятого для газопровода.

Расчетные потери давления в распределительных газопроводах низкого давления следует принимать не более 1800 Па.

Распределение величины потери давления между уличными, дворовыми и внутренними газопроводами следует принимать по следующим нормам:

Суммарная потеря давления от ГРП или другого регулирующего устройства до наиболее удаленного прибора – 1800 кПа;

В том числе в газопроводах:

распределительных – 1200 Па;

вводах и внутренних – 600 Па.
Значение расчетной потери давления газа при проектировании газопроводов всех уровней давления для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых предприятий и учреждений коммунального хозяйства принимают в зависимости от давления газа в месте подключения с учетом технических характеристик принимаемых к установке горелок, устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования технологического режима тепловых агрегатов.
2.6.7. Методика расчета распределительных газопроводов низкого давления с сосредоточенными отборами газа.
Согласно СНиП 2.04.08-87* потери напора на трение следует определять в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Re

,

где Q – расход газа в [м³/ч] при температуре 0^оС и давлении 0,10132 МПа; D – внутренний диаметр газопровода в [см]; - коэффициент кинематической вязкости газа [м²/с] при температуре 0^оС и давлении 0,10132 МПа.

В зависимости от значения Re падение давления в газопроводах определяется по следующим формулам:

для ламинарного режима газа ( )

;

для критического режима движения газа ( )

;

для турбулентного режима движения газа (Re>4000)

,

где - падение давления; Па; - плотность газа, кг/м³, при температуре О°С и давлении 0,10132 МПа; - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м; - эквивалентная аб­солютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы принимается ранной для стальных труб —0,01 см; для полиэти­леновых труб — 0,05 см.

Приведенные формулы используются и практике гидравличе­ских расчетов сетей низкого давления, а также для определения данных, по которым строят номограммы. Для наружных надзем­ных и внутренних газопроводов расчетную длину газопроводов следует определять по формуле , где - дей­ствительная длина газопровода, м; - сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной ; - эк­вивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м, по­тери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением коэффициента = 1.

Эквивалентную длину газопровода следует определять в за­висимости от режима движения газа в газопроводе по следую­щим формулам:

для ламинарного режима движения газа

;

для критического режима движения газа

;

для всей области турбулентного режима движения газа

.

При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допускается определять потери давления газа на местные сопротивления в размере, %:

На газопроводах от вводов в здание:

до стояка ………………………………………….25 линейных потерь

на стояках …………………………………………20

На внутриквартирной разводке:

при длине разводки 1 – 2 м ………………………450

3 – 4 м ………………………300

5 – 7 м ……………………….120

8 – 12 м ……………………..50
Расчетные потери давления газа в распределительных газо­проводах низкого давления следует принимать не более 1800 Па, в том числе в газопроводах уличных— 1200 Па, дворовых и вну­тренних — 600 Па.

Расчетные перепады давлении газа при проектировании газовых сетей промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятии принимают в зависимости от располагаемого давления в месте подключения с учетом технических характеристик по установке газовых горелок, устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования технологического ре­жима тепловых агрегатов. В зависимости от принятых давлений газа перед бытовыми газовыми приборами следует устанавливать следующие максимальные давления газа в распределительных газопроводах низкого давления после газораспределительных пунктов: 0,003 МПа при номинальном давлении газа у газовых приборов 0,002 МПа и 0,002 МПа при номинальном давлении газа у газовых приборов 0,0013 МПа. При расчетах
целесообразно использовать номограммы, построенные по расчетным формулам (рис. 2.19).

Порядок расчета газовой сети низкого давления.

1. 
   Конечное давление в системе газоснабжения принимают по техническим характеристикам газовых приборов. Задаются перепадом давлений в системе и определяют расчетные расходы газа Q_р по участкам.
   
2. 
   Выбирают наиболее удаленные точки (их может быть несколько) системы газоснабжения и рассчитывают для каждого направления.
   
3. 
   При выполнении гидравлического расчета газопровода диа­метр газопровода следует предварительно определять по фор­муле
   

,

где D_i - диаметр газопровода, см; Q - расход газа, м³/ч, при температуре О°С и давлении 101325 Па; t - температура газа, ⁰С; р_ср - среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа; u - скорость газа, м/с.

Следует заметить, что поскольку набор труб для газопро­водов низкого давления ограничен, то имеется возможность за­даваться диаметрами участков трубопроводов на основании опыта сооружения и эксплуатации систем газоснабжения. Ори­ентировочно диаметр можно выбрать, для заданного расхода га­за по номограмме {см. рис. 2.19}, приняв Па/м.

4. Учет местных сопротивлений в связи с тем, что потери на
местные сопротивления соизмеримы с гидравлическими потерями, производят путем расчета потерь на каждом сопротивлении. Вначале определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений , а затем находят для =1.

Рис. 2.19. Номограмма для определения потерь давления в газопроводах низкого давления. Природный газ =0,73 кг/м³, м²/с (при 0^оС и 101,3 кПа)

3. 
   Определяют расчетные длины участков
   

,

где - расчетная длина участка местных сопротивлений.

6. 
   Определяют по номограммам фактические гидравлические уклоны, ( )_i и перепады давлений для каждого участка.
   
7. 
   Определяют суммарные потери давления но всему направлению и сравнивают их с заданными. При значительном отклонении от принятой величины (ошибка более 10 %) изменяют диаметры газопроводов ближе к концу основного направления.
   
8. 
   Проводят расчет отводов.