курс лекций. Проектирование и эксплуатация газораспределительных систем
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
§ Постановка задачи расчета разветвленной газовой сети Каждый участок характеризуется двумя неизвестными: диаметром di и потерей давления на участке  .Если число участков тупиковой сети Р, то общее число неизвестных будет 2Р. Выясним, какие уравнения можно составить для отыскания 2Р неизвестных, т.е. для решения поставленной задачи. Для каждого участка можно написать уравнение гидравлических потерь  ,где  - потери давления на участке;k – коэффициент, зависящий от свойств газа; di,  - диаметр и длина участка; - показатели степени, которые в общем случае зависят от режима движения газа и шероховатости труб.Таких уравнений можно написать Р. Следовательно, оставшееся число неизвестных будет Р. Распределительные газопроводы рассчитывают на расчетный перепад давления  . Учитывая этот принцип, можно написать дополнительные уравнения вида: ,которые устанавливают, что по каждому направлению от точки питания 1 до концевой точки k сумма потерь давления должна быть равна . Число таких уравнений равно числу концевых точек k. Например, для схемы а´ число концевых точек равно k=3. Оставшееся количество лишних неизвестных  Некоторое число уравнений можно составить исходя из двух законов кольцевых сетей, аналогичных законам Кирхгофа для электрических сетей: Алгебраическая сумма всех потоков газа Qij сходящихся в узле, включая узловые расходы Qj , равна нулю. Потокам, подходящим к узлу, присвоим знак плюс, а выходящим из узла – минус. Математически этот закон выражается уравнением  .Число таких уравнений для кольцевой сети равно числу узлов без одного, так как последний узел при заданном количестве газа, подаваемого в сеть, дает тождество. Первый закон дает (m-1) уравнений; Алгебраическая сумма всех перепадов давлений в замкнутом контуре равна нулю при условии, если в этом контуре нет нагнетателей. Считаем перепады давления газа на участках, в которых газ движется по часовой стрелке, положительными, а на участках с направлением движения газа против часовой стрелки – отрицательными. Таким образом, второй закон дает число уравнений  равное числу элементарных колец n. Следовательно, рассмотренные законы дают m+n-1 уравнений, т.е. количество равное числу участков Р. На рис. 17 показаны различные схемы присоединения потребителей к участку газопровода длиной  . Схема (а) является обычной схемой присоединения нагрузки в узлах. Узловая нагрузка в конце участка включает и нагрузку потребителей, присоединенных к этому узлу, и расход газа, подаваемого в соседний участок. Для участка на схеме (а) эта нагрузка является транзитным расходом Qт. Расчетный расход газа будет равен транзитному расходу: . а) только транзитный расход; б) только путевой расход; в) путевой и транзитный расход Рисунок 17 - Расчетные схемы отдачи газа из сети На схеме (б) показан участок газопровода, к которому подсоединено большое число мелких потребителей, т.е. путевая нагрузка Qп. Транзитный расход участок не несет (Qт=0). Его удобно принимать как долю  от путевого расхода, т.е. ,где - коэффициент, зависящий от соотношения между путевым и транзитным расходами и числа мелких потребителей, составляющих путевую нагрузку.На схеме (в) показана общая схема отдачи газа из сети, когда участок несет и путевой и транзитный расход. Для него  . Значение принимается равным 0,5.Количество газа, которое потребляется на участке сети при равномерно распределенной нагрузке (путевой расход), определяется по формуле  ,где q – удельный путевой расход газа, м3/(ч·м); - длина участка газопровода, м.Каждый участок разветвленной сети может иметь равномерно распределенную нагрузку и сосредоточенную в конце участка. В этом случае транзитный расход газа определяется как сумма путевого и сосредоточенного расхода, проходящего транзитом через рассчитываемый участок  .Так как путевой расход суммируется по участкам, то все расчеты для разветвленных сетей необходимо начинать с концевых участков. ЛЕКЦИЯ 8 § Гидравлический расчет тупикового газопровода Расчет можно производить по формулам или номограммам. Гидравлический расчет тупикового газопровода среднего давления выполняется в следующей последовательности. 1. Вычерчивается расчетная схема газопровода. 2. На расчетной схеме выбирается магистральное направление – это газопровод от ГРС (ГРП) до самого удаленного потребителя. Если таких потребителей несколько, то магистральным направлением будет самое нагруженное. Все остальные газопроводы – ответвления. 3. Магистральное направление разбивается на участки. 4. Находится расчетный расход газа на участках по формуле:  ,где Qчас – расчетный расход газа потребителя; Kод – коэффициент одновременности работы оборудования. 5. Определяются расчетные длины участков:  ,где  - геометрическая длина участка, м;  - эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, потери на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением  ;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений на рассматриваемом участке.Таблица 11 – Значения коэффициентов местных сопротивлений
Для других местных сопротивлений: Внезапное сужение –  =0,35*;Тройник проходной – =1**;Тройник поворотный – =1,5**;Крестовина проходная – =2**;Крестовина поворотная – =3**;Отвод гнутый 90° - =0,3.При этом «*» означает, что отнесен к участку с меньшим диаметром; «**» - отнесен к участку с меньшим расходом газа. Для задвижек диаметром: 50…100 мм – =0,5; 100-200 мм – =0,25; 300 мм и более – =0,15.6. Подсчитывается расчетная длина магистрального направления в километрах суммированием расчетных длин всех участков. 7. Определяется удельная разность квадратов давлений на магистральном направлении:  ,где Pн - абсолютное начальное давление газа (давление после ГРП), МПа; Рк – абсолютное конечное давление газа у последнего потребителя на магистральном направлении, МПа;  - расчетная длина магистрального направления, км,расчетная длина выбранного направления с учетом потерь на местные сопротивления может быть определена по формуле  (при этом потери на местные сопротивления принимаются равными 10%).8. По номограмме по величинам Аср и Qр определяются диаметры всех участков газопровода на магистральном направлении с одновременным уточнением удельной разности квадратов давлений по выбранному стандартному диаметру. 9. Рассчитывается разность квадратов давлений на участках перемножением удельной разности квадратов на участке на его расчетную длину. 10. Проверяется конечное давление газа у последнего потребителя на магистральном направлении, используя формулу:  ,где  - сумма разностей квадратов давлений на участках.Критерием правильности расчета является допустимое отклонение расчетного давления у потребителя от заданного значения, которое не должно превышать 10%. Если это условие не выполняется, то необходимо изменить диаметр одного или нескольких участков, добиваясь указанной точности. § Гидравлический расчет кольцевых газовых сетей Сети высокого и среднего давления обычно состоят из одного кольца, нескольких отводов к пунктам редуцирования газа и сосредоточенных потребителей. Такую сеть разбивают на части, которые отдельно рассчитывают как тупиковые. Расчет ведут на три режима: нормальный и два аварийных. При аварийных режимах предполагается, что выключаются поочередно крайние участки, примыкающие к точке питания, при этом движение газа происходит в одном направлении: при одном режиме – по часовой стрелке, при другом – против часовой стрелки и при уменьшенных нагрузках. Диаметры участков сети принимаются максимальными из двух аварийных режимов. После этого рассчитывают сеть по полукольцам при полных расчетных нагрузках. Потребители газа высокого и среднего давления всегда сосредоточенные, и расход газа по участкам определяется как для обычной тупиковой сети - суммированием расхода по участкам. Городские сети низкого давления представляют сложную по конфигурации систему сопряженных колец, которые получают газ от одного или нескольких ПРГ и снабжают газом значительное число ответвлений на отдельные кварталы и здания. При расчете такую сеть разбивают на отдельные районы по числу точек питания, а сеть каждого района рассчитывают отдельно. Расчет сети производят в две стадии: на первой – рассчитывают распределительную (уличную сеть), а затем внутриквартальную разводку. Основная задача при расчете сложных кольцевых сетей – правильно выбрать вариант распределения потоков движения газа по сети и так подобрать диаметры участков, чтобы добиться намеченного распределения потоков. Для этого необходимо руководствоваться следующими положениями. Направление движения потоков газа выбирают так, чтобы газ от точки питания подавался ко всем потребителям по кратчайшему пути. При этом диаметры участков сети будут наименьшими. Направления движения газа выбирают начиная от точки питания к периферии. В этом случае легче избежать ошибок, так как проще выявляются точки встречи потоков газа (нулевые точки), идущих по различным направлениям. Транзитные потоки выбирают так, чтобы добиться как можно более равномерного распределения потоков газа по всем направлениям. Диаметры газопроводов подбирают по расчетным расходам газа и среднему гидравлическом уклону по основному направлению для самых отдаленных точек подачи газа. Основных (главных) направлений может быть несколько. Тогда первое полученное решение является приближенным и требуется устранить невязки расчета путем введения поправок и расчетные расходы газа по контурам (кольцам). Расчет выполняют в следующей последовательности: При необходимости составляют схему газоснабжения. Если участки газопровода между узлами имеют большую длину по сравнению с остальными, то их разбивают на участки, чтобы более полно использовать расчетный перепад давления и тем самым сократить расход металла. Всю газоснабжаемую территорию разбивают на зоны, которые питаются газом от определенных контуров. Определяют максимальный часовой расход газа для каждой зоны. Определяют суммарную длину каждого питающего контура. Определяют удельный путевой расход газа для каждого контура. Задают начальное распределение потоков аза в сети. Для этого назначают концевые точки в местах, наиболее удаленных от точки питания сети. Направление движения газа выбирают таким, чтобы он подавался потребителям кратчайшим путем и всегда двигался от точки питания, не возвращаясь обратно. По главным контурам направляют транзитные потоки. По второстепенным участкам транзитные расходы не направляют. Головные участки сети, примыкающие к точкам питания, должны быть взаимозаменяемыми, и их расчетные расходы примерно одинаковыми. Точки встречи (если они необходимы для более полной и равномерной загрузки сети) располагают диаметрально противоположено точкам питания. Определяют путевые и транзитные расходы газа по участкам сети. Расчет ведут от концевых точек против движения газа к точке питания сети. Если газ подается в узел по двум газопроводам и идет дальше, то транзитный расход между ними распределяется пропорционально (в первом приближении можно разделить поровну). Определяют расчетный расход газа для контроля участка сети. Проверяют правильность определения значений расходов. Сумма путевых и транзитных расходов на участках, принадлежащих точке питания, должна быть равна суммарному расходу газа в сети. Определяют допустимые потери давления на трение  ,где  - расчетные потери давления на трение в распределительных газопроводах низкого давления.1,1- коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления (10% от гидравлических потерь на трение). Определяют удельные потери давления по главным направлениям. По расчетным расходам на участках и удельным потерям давления по номограммам определяют диаметры участков. Определяют ошибку в распределении расходов по кольцам  ,где  - сумма потерь давления на участках, принадлежащих рассмотренному кольцу.Если  , то производят гидравлическую увязку колец. Сначала определяют поправочный расход в самом кольце ,затем поправочный расход, учитывающий невязку в соседних кольцах,  .Определяют поправочный расход для каждого кольца  .Поправочные расходы вводят во все кольца с учетом их знака и производят расчет окончательного распределения потоков газа. Если после введения поправочных расходов увязку колец произвести не удалось, необходимо вычислить новые поправочные расходы и увязку повторить. Если и в этом случае ошибка в распределении расходов окажется более 10%, то надо рассмотреть первоначальное перераспределение потоков газа и повторить расчет. Производят расчет тупиковых участков сети. При этом надо стремиться к использованию всего допустимого перепада давления. После расчета тупиковых участков проверяют степень использования допустимого перепада давления по главным направлениям. Минимальный условный диаметр трубопроводов должен быть не менее 50 мм. ЛЕКЦИЯ 9 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
50