конспект лекций. Конспект лекций по газу оригинал. Конспект лекций для студентов специальности 130501 Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ
 Скачать 4.98 Mb.
|
|
2.9. Гидравлический расчет кольцевых газораспределительных сетей В кольцевых сетях участки могут иметь двух- и многостороннее питание. В связи с этим у кольцевых газовых сетей может быть множество вариантов распределения расходов, в то время как для разветвленных сетей типа «дерева» они определяются однозначно. Кольцевые сети являются более надежными, но менее экономичны с точки зрения затрат на сооружение и эксплуатацию. В случае кольцевания одним из основных принципов будет взаимозаменяемость отдельных участков, позволяющая передать на соседние участки нагрузку участка вышедшего из строи с наименьшими нарушениями режима работы сети. 2.9.1. Методика расчета кольцевых сетей В практике проектирования применяют следующую методику расчета кольцевых сетей: 1) на основании известных количеств потребляемого газа и заданной схемы газопроводов вычисляют сосредоточенные и удельные путевые расходы для всех контуров питания потребителей; 2) определяют путевые расходы для всех участков сети; 3) задают начальное распределение потоков в сети. Здесь отметим лишь главные принципы решения этой задачи. Как уже отмечалось, в основе распределения потоков лежат требования надежности, которые определяют выбор направлений движения газа по участкам сети, а также транзитные расходы. Из закольцованной сети выбирают главные замкнутые контуры, по которым направляют основные транзитные расходы. По участкам представляющим внутренние пересечения этих контуров, транзитные потоки не направляют. Головные участки, примыкающие к точкам питания должны быть взаимозаменяемыми, а их расчетные расходы примерно одинаковыми. Точки питания главных контуров выбирают так, чтобы потоки газа двигались к потребителям кратчайшим путем, а точки их встречи располагались диаметрально противоположно точкам питания. Такой принцип построения системы выдержать удается не всегда, особенно для несимметричных схем. Целесообразно, чтобы один из контуров объединял точки питания сети; определяют расчетные расходы газа для всех участков сети; исходя из заданного перепада давления в сети прежде всего подбирают диаметры главных контуров. Каждое кольцо этих контуров проектируют постоянного диаметра или из диаметров, близких по размерам, проверяя при этом полноту использования расчетного перепада от точки питания до точки встречи потоков. Остальные участки рассчитывают на полное использование заданного перепада в сети по  . Потери давления на местных сопротивлениях обычно оценивают примерно в 10% линейных потерь. Выбор диаметров является предварительным гидравлическим расчетом. При предварительном расчете не удается удовлетворить второму закону сетей, т.е. для отдельных замкнутых контуров алгебраическая сумма потерь давления не будет равна нулю. В связи с этим возникает необходимость в гидравлической увязке сети; 6) производят окончательный расчет сети, т. е. ее гидравлическую увязку, в результате чего получают окончательное распределение потоков. При этом для всех замкнутых контуров сети алгебраическая сумма потерь давления будет равна нулю. 2.9.2. Методика гидравлической увязки кольцевой сети Рассмотрим методику гидравлической увязки кольцевой, сети. Предположим, что требуется рассчитать кольцевой газопровод, изображенный на рис. 2.24. В процессе предварительного расчета были определены диаметры для всех участков сети, однако алгебраические суммы потерь давления как для первого, так и для второго колец оказались не равными нулю. Таким образом, после предварительного расчета первое кольцо имеет гидравлическую невязку  , а второе -  .  Рис. 2.24. Схема кольцевой сети. Предположим, что все участки сети работают в области гидравлически гладких труб, а потери давления в них определяются уравнением  . (2.22)Таким образом, в результате предварительного расчета можно записать следующие уравнения:  (2.23)или  (2.24)Для того чтобы сеть с принятыми диаметрами удовлетворяла второму закону Кирхгофа, нужно произвести такое перераспределение транзитных расходов, в результате которого гидравлические невязки во всех кольцах превратятся в нуль или окажутся за пределами точности расчета. Для того чтобы не нарушить равновесие расходов в узлах (первый закон сетей) пользуются следующим приемом: вводят круговые поправочные расходы во все элементарные кольца. Величины этих расходов принимают такими, чтобы ликвидировать невязки в кольцах. Основы этого метода разработаны проф. В.Г. Лобачевым и X. Кроссом. Рассмотрим методику увязки сети, построенную на принципе последовательных приближений. Предположим, что в кольца I и II рассматриваемого примера введены поправочные расходы  и  в результате чего невязка в кольцах превратилась в нуль. При этом предполагаем, что введение поправочных расходов не изменяет гидравлического режима работы отдельных участков. Таким образом, уравнения (2.24) примут вид: (2.25) Выражения типа  раскладываем в ряд Маклорена, и ввиду малости  по отношению к Q, ограничиваемся только первыми двумя членами. Такое допущение обеспечивает достаточную точность расчета поправочных расходов только при относительно малых их значениях: ; . (2.26)Если подставить уравнения (2.26) в уравнения (2.25) и произвести группировку отдельных членов, то можно получить следующие выражения   В   ыражения в первых скобках представляют собой невязки в кольцах и соответственно равны и -см.уравнения (2.23)Выражения во вторых скобках можно представить в виде  Учитывая изложенное, получим:  (2.27)Уравнение (2.27) представляют собой систему уравнений первой степени, решив которую можно определить поправочные расходы. Число уравнений равно числу неизвестных. Для решения этой системы удобнее всего воспользоваться методом последовательных приближений. Порядок решения следующий:    Первый член уравнений (2.28) представляет собой часть поправки, полученную без учета влияния поправочных расходов соседних колец, а второй член учитывает влияние поправочных расходов в соседних кольцах на рассчитываемое кольцо. Первый член уравнений является первым приближением решения. Или в общем виде для любого кольца первое приближение решения равно:  . (2.29)Каждое последующее приближение будет состоять из предыдущего приближения плюс дополнительный член, уточняющий решение. Это уточнение, считая, что каждое кольцо имеет несколько общих участков с соседними кольцами, представляют в виде  . (2.30)В уравнении (2.30) вычисляют  для участков, имеющих соседние кольца, а  является первым приближенным значением поправочных расходов в этих соседних кольцах. Если же полученный по уравнению (2.30) дополнительный член решения подставить в это уравнение вместо  то получится третий член решения . Таким образом, решение можно представить в виде двух членов  , в виде трех членов  и, наконец, в виде бесконечного ряда. Особенность этой методики заключается в том, что сначала находят первые приближения решений сразу для всех уравнений, затем, используя эти приближения, рассчитывают уточнения опять сразу для всех уравнений и т. д. При таком методе решение системы уравнений облегчается и получается достаточно точным.Для практических целей при расчете кольцевых газопроводов можно ограничиться вторым приближением решения, т. е. поправочным расходом, состоящим из двух членов, где первый член  учитывает невязку в своем кольце, а второй  - невязку в соседних кольцах, т.е. . (2.31)При определении знака поправочного расхода необходимо учитывать следующее: выражения типа  или  всегда положительные;знак выражения  определяют расчетом (считая, например, направление движения газа по часовой стрелке положительным);знак  противоположен знаку .После расчета круговых поправочных расходов для всех колец определяют поправочные расходы и новые расчетные расходы для всех участков. Для участков, не имеющих соседних колец, поправочные расходы будут равны:  а новые расчетные расходы  Для участков, имеющих соседние кольца, поправочные расходы будут равны:  , а новые расчетные расходы  , где  - поправочный расход в соседнем кольце, который прибавляют к расходу на участке, с обратным знаком. Для газопроводов среднего и высокого давления формула гидравлического сопротивления имеет вид  , (2.32)где  - разность квадратов давлений в начале и в конце участка газопровода. В дальнейшем эту разность будем обозначать  ; а – сопротивление трубы; Q – расход газа. Используя методику, аналогичную примененной для газопроводов низкого давления, можно получить следующую формулу для определения круговых поправочных расходов при среднем или высоком давлении газа: , или  . (2.33)Правило знаков остается то же. 3. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ 3.1. Задача газораспределительных станций В конце магистрального газопровода или на отводе от него в любой точке для подачи газа в газораспределительную сеть города, населенного пункта или промышленного предприятия сооружают газораспределительные станции (ГРС). Газораспределительные станции предназначены для выполнения следующих операций: приема газа из магистрального газопровода; очистки газа от механических примесей; снижения давления до заданной величины; автоматического поддержания давления на заданном уровне; распределения газа по потребителям; измерения количества газа. Кроме того, на ГРС осуществляется вторичная одоризация газа. Независимо от пропускной способности, числа потребителей, давления на входе и выходе, характера изменения нагрузки (расхода газа) технологическая схема ГРС состоит из следующих основных узлов: подключения ГРС к газопроводам, очистки газа, регулировки давления, измерения расхода газа и контрольно-измерительных приборов (КИП), одоризации газа. Подключение ГРС к газопроводу—отводу высокого давления осуществляется через узел подключения, состоящий из входного и выходного (выходных) газопроводов, обводных линий, соединяющих входные и выходные газопроводы и оснащенных запорной арматурой (кранами, задвижками), предохранительных клапанов с переключающими трехходовыми кранами на каждом выходном газопроводе, изолирующих фланцев, свечей для стравливания газа на газопроводе высокого давления. Каждая обводная линия оснащается двумя последовательно расположенными запорными устройствами (первое по ходу газа — отключающее, второе — для ручного регулирования). В условиях нормальной эксплуатации ГРС запорные органы обводной линии должны быть закрыты. На каждом выходном газопроводе должно быть не менее двух пружинных предохранительных клапанов, равных по пропускной способности одной линии редуцирования при максимальном давлении газа на входе ГРС. Узел очистки газа на ГРС предусмотрен для предотвращения попадания механических примесей (пыли, песка, продуктов коррозии внутренней поверхности труб и т. и.) и жидкостей (газового конденсата, компрессорного масла, капельной влаги и т. п.) в технологическое и газорегуляторное оборудование и в средства контроля и автоматики ГРС в целом. Узел регулирования давления газа в зависимости от пропускной способности ГРС состоит из двух, трех, четырех и более линий редуцирования, часть которых является резервной. Каждая линия регулировании рассчитана на одну и ту же пропускную способность и оснащается регулирующими дроссельными органами и отключающими запорными устройствами. Узел редуцирования должен обеспечивать автоматическое регулирование давления газа регуляторами давления прямого действия или с пилотным управлением, а также регулирующими клапанами, работающими в комплекте с пневматическими регуляторами. Узел измерения расхода газа, предназначенный для учета отпускаемого газа потребителям из магистрального газопровода, оснащается самопишущими расходомерами в комплекте с сужающими устройствами. Предусматривается установка манометров и термометров (показывающих или регистрирующих) для измерения давления и температуры газа. Число замерных линий, оснащенных диафрагмами и расходомерами, определяется исходя из режимов работы (изменений расхода газа) в процессе проектирования ГРС. Участки газопроводов, которые могут быть отключены запорными устройствами, должны иметь продувочные штуцеры с вентилями. Продувочные линии объединяются коллектором с выводом его в свечу, расположенную вне помещения ГРС на 2м выше конька крыши здания и надежно закрепленную. Сбор отработанного газа из регуляторов, устройств защитной автоматики и управления режимов станции должен также осуществляться централизованно в свечу. Газораспределительные пункты (ГРП) сооружают на территории предприятий и предназначены для газоснабжения крупных потребителей газа. ГРП можно размещать в отдельно стоящих зданиях, в пристройках к зданиям или в шкафах, устанавливаемых на несгораемой стене снаружи здания или на отдельно стоящей несгораемой опоре, а также на несгораемом покрытии промышленного здания. Газораспределительные установки (ГРУ) монтируют в помещениях, где расположены газопотребляющие установки и агрегаты с небольшим расходом газа (в печных цехах, котельных и т. д.). ГРП (ГРУ) предназначены для снижения давления в сетях высокого (0.3 - 0,6 МПа), среднего (0,005 - 0,3 МПа), низкого (<0,005 МПа) давлении газа и поддержания его на заданном уровне независимо от давления перед ГРП (ГРУ) и расхода газа установленным на предприятии оборудованием. Кроме того, в ГРП (ГРУ) выполняют очистку газа, учет расхода и измерение его параметров, а также предохранение системы газоснабжения предприятия от повышения или понижения давления газа в недопустимых пределах. |