Введение
В основе гидравлического расчета газопроводной сети лежит определение оптимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск необходимых количеств газа при допустимых перепадах давления. Расчет ведется исходя из максимально возможных расходов газа в часы максимального газопотребления. При этом учитываются часовые расходы газа на нужды производственных (промышленных и сельскохозяйственных), коммунально-бытовых потребителей, а также на индивидуально-бытовые нужды населения (отопление, горячее водоснабжение). Как правило, при гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давления расчетные расходы газа потребителями принимаются в качестве сосредоточенных нагрузок, для сетей низкого давления учитывается также и равномерно распределенная нагрузка. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с установкой газорегуляторных пунктов у каждого потребителя или небольшой группы потребителей населенного пункта является применимость к ним принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками.
Гидравлический расчет газопровода.
При движении газа по трубопроводам происходит постепенное снижение первоначального давления за счет преодоления сил трения и местных сопротивлений:
В зависимости от скорости потока, диаметра трубы и вязкости газа течение его может быть ламинарным, т. е. упорядоченным в виде движущихся один относительно другого слоев, и турбулентным, когда в потоке газа возникают завихрения и слои перемешиваются между собой. Режим движения газа характеризуется величиной критерия Рейнольдса:
где ω - скорость потока, м/с; D - диаметр трубопровода, м; ν - кинематическая вяз-кость, .
Интервал перехода ламинарного движения в турбулентное называется крити-ческим и характеризуется Re = 2000–4000. При Re = 2000 течение ламинарное, а при Re = 4000 - турбулентное.
Практически в распределительных газопроводах преобладает турбулентное движение газа. Лишь в газопроводах малого диаметра, например во внутридомовых, при небольших расходах газ течет ламинарно. Течение газа по подземным газопрово-дам считают изотермическим процессом, так как температура грунта вокруг газопро-вода за короткое время протекания газа изменяется мало.
Различают гидравлический расчет сетей низкого давления и среднего (высокого) давления. Разработка системы газоснабжения жилого здания предполагает сеть низкого давления.
При расчете системы газоснабжения низкого давления используют формулу для расчета потерь давления на участке.
(3)
Где – разница давлений в начале и конце газопровода, – коэффициент гидравлического трения, Q – расход газа, d – внутренний диаметр трубы, – плотность газа, l – длина газопровода.
Также определяются удельные потери давления на участках (Па/м – для сетей низкого давления) по формуле:
– допустимые потери давления (Па – для сетей низкого давления); L – расстояние до самой удаленной точки, м.
Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.
Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса,
Где, ν- коэффициент кинематической вязкости газа, Q-расход газа, d-внутренний диаметр трубы газопровода.
А также в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки газо-провода, определяемой по условию
Где, n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных – 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007 см, для медных труб – 0,001 см.
В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения λ:
для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000
для критического режима движения газа при Re = 2000–4000
(8)
При Re = 4000 в зависимости от выполнения условия (6):
для гидравлически гладкой стенки (неравенство (6) справедливо):
при 4000≤ Re ≤ 100 000
при Re ˃ 100 000
для шероховатых стенок (неравенство (6) несправедливо) при Re ˃ 4000
Таким образом, при проведении гидравлических расчетов газораспределительной сети учитывается материал газопровода, а также процесс старения трубы, который выражается в увеличении шероховатости и зарастании стальных труб и неизменности шероховатости в процессе эксплуатации и ползучести полиэтиленовых труб. Ползучесть полиэтиленовой трубы выражается в увеличении внутреннего диаметра на 5 в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего давления в результате уменьшения толщины стенки трубы.
Особая специфика полиэтиленовых труб заключается еще и в том, что они могут изготавливаться из полиэтилена различной плотности: средней – ПЭ 80, высокой – ПЭ 63 (в настоящее время в системах газораспределения не применяется), а также на основе бимодального сополимера – ПЭ 100. Известно, что внутренний слой стенки полиэтиленовой трубы насыщается газом и степень насыщения зависит от давления газа и плотности стенки. Насыщение газом приводит к изменению шероховатости стенки, вследствие чего изменяется гидравлическое сопротивление трубы. Ползучесть также влияет на изменение шероховатости стенки трубы в процессе эксплуатации. В совокупности все эти факторы определяют пропускную способность полиэтиленовых труб.
При расчете газопроводов низкого давления, прокладываемых в условиях резко выраженного переменного рельефа местности, надо учитывать гидростатический напор, Па,
где h – разность геометрических отметок газопровода, м; знак «+» – при течении газа по направлению снизу вверх, а знак «-» – при движении газа сверху вниз.
Потери давления в местных сопротивлениях вызываются изменениями величин и направлений скоростей движения газа в местах переходов газопровода с одного диаметра на другой, в запорной арматуре, отводах, тройниках и т. д. По формуле Вейсбаха потери давления в местных сопротивлениях, Па,
Для ряда последовательно расположенных местных сопротивлений на газопро-воде одного диаметра сумма их
Средние значения коэффициентов некоторых видов местных сопротивлений приведены в таблице 1.
Часто потери давления в местных сопротивлениях выражают через некоторую эквивалентную длину прямого участка трубы l экв, на которой линейные потери давле-ния на трение равнозначны потерям на данном местном сопротивлении,
где D
- внутренний диаметр газопровода, м; l
экв - эквивалентная длина, м, прямолинейного участка трубы данного диаметра, на котором потери давления на трение равны потерям в местном сопротивлении при .
Похожая информация.
Газопровод является конструкционной системой, основное назначение которой – транспортировка газа. Трубопровод помогает осуществить перемещения голубого топлива к конечному пункту, той есть к потребителю. Для того чтобы это было проще сделать газ поступает в трубопровод под определенным давлением. Для надежной и правильной работы всей конструкции газовой магистрали и его прилегающих ветках, необходим гидравлический расчет газопровода.
Для чего необходим расчет газопровода
- Расчет газопроводной магистрали необходим, чтобы выявить возможное сопротивление в газовой трубе.
- Правильные вычисления дают возможность качественно и надежно подобрать необходимое оборудование для газовой конструкционной системы.
- После произведенного расчета, можно наилучшим образом подобрать верный диаметр труб. В результате газопровод сможет осуществлять стабильное и эффективное поступление голубого топлива. Газ будет подаваться при расчетном давлении, он будет быстро и качественно доставляться во все нужные точки газопроводной системы.
- Газовые магистрали будут работать в оптимальном режиме.
- При правильном расчете в конструкции не должно быть излишних и чрезмерных показателей при установке системы.
- Если расчет выполнен правильно, застройщик может финансово сэкономить. Все работы будет выполнены согласно схеме, будут закуплены только необходимые материалы и оборудование.
Как работает система газовой магистрали
- В городской черте размещается сеть газовых трубопроводов. В конце каждого трубопровода, по которому должен поступать газ, установлены специальные газораспределительные системы, еще их называют газораспределительными станциями.
- Когда газ доставлен в такую станцию, происходит перераспределение давления, а точнее напор газа снижается.
- Затем газ следует в регуляторный пункт, а от него в сеть с более высоким давлением.
- Трубопровод с наивысшим давлением присоединяют к хранилищу под землей.
- Для регулирования суточного потребления топлива монтируют специальные станции. Их называют газгольдерными станциями.
- Газовые трубы, в которых протекает газ с высоким и среднем давлением, служат, как своеобразная подпитка газопроводов с низким напором газа. Для того чтобы это контролировать существуют точки регулировки.
- Чтобы определиться с потерями давления, а также точным поступлением всего необходимого объема голубого топлива в конечный пункт, вычисляют оптимальный диаметр труб. Вычисления производятся путем гидравлического расчета.
Если газовые трубы уже установлены, то при помощи вычислений можно узнать потери давления в период передвижения топлива по трубам. Также сразу же указывается размеры имеющихся труб. Потери давления происходят из-за сопротивления.
Существует местное сопротивление, возникающее на поворотах, в точках перемены скорости газа, при изменении диаметра той или иной трубы. Еще чаще всего бывает сопротивление при трении, оно происходит не зависимо от поворотов и скорости газа, его место распределения - вся протяженность газовой магистрали.
Газовая магистраль имеет возможность проводить газ, как в промышленные предприятия и организации, так и в коммунальные потребительские сферы.
С помощью расчетов определяются точки, куда необходимо поступление топлива с низким давлением. К таким точкам чаще всего относятся – жилые здания, коммерческие помещения и здания общего посещения, небольшие коммунальные потребители, некоторые маленькие котельные.
Гидравлический расчет с низким давлением газа по трубопроводу
- Ориентировочно необходимо знать количество жителей (потребителей) в расчетном районе, куда будет подаваться газ с низким давлением.
- Учитывается весь объем газа за год, который будет использоваться на всевозможные потребности.
- Определяется путем вычислений значение расхода топлива потребителями за определенное время, в данном случае берется показание в один час.
- Устанавливается местонахождение точек газораспределения, подсчитывается их количество.
Производят расчет перепадов давления участка газопроводной магистрали. В данном случае, к таким участкам относятся распределительные точки. А также внутридомовой трубопровод, ветви абонентов. Затем учитываются общие перепады давления всей магистрали газопровода.
- Вычисляется площадь всех в отдельности труб.
- Устанавливается густота населения потребителей в данном районе.
- Выполняется расчет расхода газа на показание площади каждой отельной трубы.
- Осуществляется вычислительные работы по следующим показателям:
- расчетные данные длины отрезка газового трубопровода;
- фактические данные длины всего участка;
- эквивалентные данные.
Для каждого участка газопровода необходимо посчитать удельную путевую и узловую затрату.
Гидравлический расчет со средним давлением топлива в газопроводе
При расчете газопровода со средним давлением первоначально берут во внимание показание начального напора газа. Такое давление можно определить, если пронаблюдать подачу топлива начиная с главной газораспределительной точки до области преобразования и перехода от высокого давления к среднему распределению. Давление в конструкции должно быть таковым, чтобы показатели не опускались ниже минимально допустимых значений при пиковой нагрузке на магистраль газопровода.
В вычислениях применяется принцип перемены давления, учитывая единицу длины измеренного трубопровода.
Для выполнения наиболее верного расчета, вычисления производятся в несколько стадий:
- На начальной стадии, становится возможным рассчитать потери давления. Берутся во внимания потери, которые возникают на главном участке газопровода.
- Затем выполняется расчет расхода газа на данном отрезке трубы. По полученным средним показателям потерь давления и по вычислениям расхода топлива, устанавливается, какая необходима толщина трубопровода, выясняется необходимые размеры труб.
- Учитываются все возможные размеры труб. Затем по номограмме вычисляется величина потерь для каждой из них.
Если гидравлический расчет трубопровода со средним напором газа верный, то потери давления на отрезках трубы будут иметь постоянное значение.
Гидравлический расчет с высоким давлением топлива по газопроводу
Выполнять вычислительную программу гидравлического расчета необходимо на основе высокого натиска сосредоточенного газа. Подбирается несколько версий газовой трубы, они должны подходить под все требования полученного проекта:
- Определяется минимальный диаметр трубы, который можно принять в рамках проекта для нормального функционирования всей системы.
- Принимается во внимания, в каких условиях будет происходить эксплуатация газопровода.
- Уточняется особая спецификация.
- Изучается местность в том районе, где будет проходить газовый трубопровод. Досконально рассматривается план местности, чтобы избежать каких-либо ошибок в проекте при дальнейших работах.
- Изображается схема проекта. Ее главное условие, чтобы она проходила по кольцу. На схеме обязательно должны быть четко видны различные ответвления к станциям потребления. Составляя схему, делают минимальную длину пути труб. Это необходимо для того, чтобы весь газопровод максимально эффективно работал.
- На изображенной схеме производят измерения участков газовой магистрали. Затем выполняется расчетная программа, при этом, конечно же, учитывается масштаб.
- Полученные показания меняют, расчетную длину каждого изображенного на схеме участка трубы немного увеличивают, примерно на десять процентов.
- Производятся вычислительные работы для того чтобы определить, каким будет общий расход топлива. При этом учитывается расход газа на каждом участке магистрали, затем он суммируется.
- Заключительной стадией расчета трубопровода с высоким напором газа будет определение внутреннего размера трубы.
Для чего необходим гидравлический расчет внутридомового газопровода
В период расчетных работ определяются виды необходимых газовых элементов. Приборы, которые задействованы в регулировании и доставке газа.
В проекте находятся определенные точки, где будут размещаться газовые элементы согласно нормам, по которым также учитываются условия безопасности.
Изображают схему всей внутридомовой системы. Это дает возможность во время вывить какие-либо неполадки, четко произвести монтаж.
В условиях подачи топлива, принимается в расчет количество жилых помещений, ванная и кухонная комната. В кухне принимается к сведению наличие таких составляющих, как вытяжка, дымовая труба. Все это нужно для того, чтобы качественно установить приборы и трубопровод для доставки голубого топлива.
Гидравлический расчет внутридомовой газовой системы
В данном случае, как и при расчете газопровода с высоким давлением, берется во внимание сосредоточенный объем газа.
Диаметр участка внутридомовой магистрали рассчитывается согласно потребляемой величине голубого топлива.
Также учитываются потери давление, которые могут произойти на пути доставки газа. В расчетной системе должны быть наименьшие возможные потери давления. Во внутридомовых газовых системах уменьшение давления довольно частое явление, поэтому вычислить этот показатель очень важно для эффективной работы всей магистрали.
В высотных зданиях кроме изменений и перепадов давления, производятся вычисления гидростатического напора. Явление гидростатического напора происходит из-за того, что воздух и газ имеют разную плотность, в результате образуется данный вид напора в газовой трубопроводной системе с низким натиском.
Производятся вычисления величины газовых труб. Оптимальный диаметр труб может обеспечить наименьшие потери давления от станции перераспределения до точки доставки газа потребителю. При этом в программе расчета должно учитываться, что перепад давления не должен быть выше четырехсот паскалей. Такой перепад давления также закладывается в область распределения и точки преобразования.
При расчете расхода газа принимается к сведению то, что потребление голубого топлива происходит неравномерно.
Завершающим этапом расчета является сумма всех перепадов давления, она учитывает общий коэффициент потерь на магистрали и ее ветках. Суммарные показатель не будет превышать предельно допустимых значений, он будет составлять менее семидесяти процентов от номинального давления, которое показывают приборы.
Для облегчения расчетов на основании формул (VI. 19) - (VI.22) разработаны таблицы и номограммы . По ним с достаточной для практических целей точностью определяют: по заданному расходу и потерям давления - необходимый диаметр газопровода; по заданным диаметру и потерям - пропускную способность газопровода; по заданным диаметру и расходу - потери давления; по известным местным сопротивлениям - эквивалентные длины. Каждая таблица и номограмма составлены для газа с определенными плотностью и вязкостью и отдельно для низкого пли среднего и высокого давления. Для расчета газопроводов низкого давления чаще всего пользуются таблицами, структура которых хорошо иллюстрируется табл. VI.2. Сортамент труб в них характеризуется наружным диаметром d„, толщиной стенки s и внутренним диаметром d. Каждому диаметру соответствуют удельные потери давления Др и эквивалентная длина Z 3KB , зависящие от определенного расхода газа V. Номограммы (рис. VI.3 - VI.7) являются графическим эквивалентом данных, приведенных в таблицах.
Таблица VI.2
Потери давления Ар и эквивалентные длины в для природного газа (р = 0,73 кг/м 3 , v = 14,3* 10"* м 2 /сек, трубы стальные водогазопроводные по ГОСТ 3262-62)
|
d H X« (d), мм |
|||||
|
|
|
|
|
|
Примечание. В числителе приведены потери давления, кгс/м* на 1 и, в вна- менателе^-внвивалентная длина, и.
а - природный гав, р - 0,73 кг/м*, v = 14,3‘Ю - * м*/сек; б - газовая фава пропана, р?= 2 Kf/m*, v «= 3,7* 10~* м"/сек.
Пример 17. По трубе (ГОСТ 3262-62) d H X s = 26,8 X 2,8 мм длиной I = 12 м подается природный газ нпвкого давления с р = 0,73 кг/м 9 в количестве V = 4 м 3 /ч. На газопроводе установлен пробочный кран и пмеется два гнутых отвода 90°. Определить потери давления в газопроводе.
Решение. Г1о табл. VJ.2 находим, что при расходе V = 4 м 9 /ч удельные потери па трение Ар - 0,703 кге/м 2 на 1 м, а эквивалентная длина? Эк п = = 0,52 м. По данным па с. 108 находим коэффициенты местных сопротивлений: Для пробочного крана = 2,0 и для гнутого отвода 90° ? 2 = 0,3. Расчетная длпна газопровода по формуле (VI.29) / расч = 12 + (2,0 + 2-0,3) X 0,52 = = 13,5 м. Искомые суммарные потери давления Др сум - 13,5-0,703 = = 9,52 кге/м 2 .
Пример 18. По распределительному стальному газопроводу низкого давления, смонтированному из труб d H X s = 114 X 4 мм, длиной I = 250 м подается природный газ с р = 0,73 кг/м 9 в количестве V - 200 м 3 /ч. Геодезическая отметка концевого газопровода выше начального на 18 м. Определить потери давления в газопроводе.
Решение. По номограмме на рис. VI.3 находим, что при расходе V = = 200 м 3 /ч удельные потери давления на трение в газопроводе d H Xs = 114 X X 4 мм Ар - 0,35 кге/м 2 на 1 м. Для учета потерь давления в местных сопротивлениях увеличиваем фактическую длину газопровода на 10%, т. в. I рас Ч = 1,1 1факт = 1,1 *250 = 275 м. Суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях Лр СуИ = 0,35-275 = 96 кге/м 2 .
Транспортируемый газ легче воздуха, поэтому в газопроводе создается гидростатический напор. По формуле (VI.24) Ар г ~ 18 (1,293 - 0,73)
*=« 10 кге/м 2 . Тогда искомые потери давления в газопроводе Ap* aKX =96 - - 10 = 86 кгс/см 2 .
Пример 19. По стальному газопроводу низкого давления d H X s = = 21,3-2,8 мм и длиной I = 10 м подается пропан в количестве V == 1,2’м 8 /ч. На газопроводе установлен пробочный кран и имеется один гнутый отвод 90°. Определить потери давления в газопроводе.
Решение. По номограмме на рис. VI.4 находим, что при расходе газа
V = 1,2 м 3 /ч удельные потери на трение Ар = 0,75 кге/м 2 на 1 м. По номограмме на рис. VI.5, б для данных условий эквивалентная длина газопровода /экп = 0,41 м. По данным на с. 108 коэффициенты местных сопротивлений: для пробочного крана?, = 2,0, для гнутого отвода 90 s ? 2 = 0,3.
Расчетная длина газопровода по формуле (VI.29) 1 раС ч = 10 + 0,41 (2,0 + + 0,3) = 10,94 11 м. Искомые суммарные потери давления Др сум = 11 X
X 0,75 = 8,25 кге/м 2 .
Пример 20. По стальному газопроводу D y = 200 мм, длиной 1600 м подается природный газ с плотностью р = 0,73 кг/м 3 в количестве 5000 м 8 /ч. Определить избыточное давление в конце газопровода, если в начале газопровода оно равно 2,5 кгс/см 2 .
Решение. По номограмме на рис. VI.7 находим, что при расходе газа
V - 5000 м 3 /ч для газопровода D y = 200 мм {р - pl)IL = 1.17. Отсюда абсолютное давление в конце газопровода
кгс/см 2 . Избыточное давление в конце газопровода р,- = 2,22 кгс/см 8 ,
При проектировании трубопроводов выбор размеров труб осуществляется на основании гидравлического расчета, определяющего внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа при допустимых потерях давления или, наоборот, потери давления при транспорте необходимого количества газа по срубам заданного диаметра.
Сопротивление движению газа в трубопроводах слагается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений: сопротивления трения «работают» на всей протяженности трубопроводов, а местные создаются только в пунктах изменения скоростей и направления движения газа (углы, тройники и т.д.). Подробный гидравлический расчет газопроводов осуществляется по формулам, приведенным в СП 42-101–2003, в которых учтены как режим движения газа, так и коэффициенты гидравлического сопротивления газопроводов. Здесь приводится сокращенный вариант.
Для расчетов внутреннего диаметра газопровода следует воспользоваться формулой:
Dp = (626Аρ 0 Q 0 /ΔP уд) 1/m1 (5.1)
Где dp - расчетный диаметр, см; А, m, m1 - коэффициенты, зависящие от категории сети (по давлению) и материала газопровода; Q 0 - расчетный расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях; ΔР уд - удельные потери давления (Па/м для сетей низкого давления)
ΔP уд = ΔP доп /1,1L (5.2)
Здесь ΔР доп - допустимые потери давления (Па); L - расстояние до самой удаленной точки, м. Коэффициенты А, m, m1 определяются по приведенной ниже таблице.
Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший - для стальных газопроводов и ближайший меньший - для полиэтиленовых.
Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 1,80 кПа (в том числе в распределительных газопроводах - 1,20 кПа), в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах - 0,60 кПа.
Для расчета падения давления необходимо определить такие параметры, как число Рейнольдса, зависящее от характера движения газа, и коэффициент гидравлического трения λ. Число Рейнольдса - безразмерное соотношение, отражающее, в каком режиме движется жидкость или газ: ламинарном или турбулентном.
Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит по достижении так называемого критического числа Рейнольдса R eкp . При Re < Re кp течение происходит в ламинарном режиме, при Re > Re кp - возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения.
Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно.
Число Рейнольдса есть отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости. Также число Рейнольдса можно рассматривать как отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине.
Число Рейнольдса применительно к углеводородным газам определяется по следующему соотношению:
Re = Q/9πdπν (5.3)
Где Q - расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях; d - внутренний диаметр газопровода, см; π - число пи; ν - коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, м 2 /с (см. таб. 2.3).
Диаметр газопровода d должен отвечать условию:
(n/d) < 23 (5.4)
Где n - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной:
Для новых стальных - 0,01 см;
- для бывших в эксплуатации стальных - 0,1 см;
- для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации - 0,0007 см.
Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса. Для ламинарного режима движения газа (Re ≤ 2000):
λ = 64/Re (5.5)
Для критического режима движения газа (Re = 2000–4000):
λ = 0,0025 Re 0,333 (5.6)
Eсли значение числа Рейнольдса превышает 4000 (Re > 4000), возможны следующие ситуации. Для гидравлически гладкой стенки при соотношении 4000 < Re < 100000:
λ = 0,3164/25 Re 0,25 (5.7)
При значении Re > 100000:
λ = 1/(1,82lgRe – 1,64) 2 (5.8)
Для шероховатых стенок при Re > 4000:
λ = 0,11[(n/d) + (68/Re)] 0,25 (5.9)
После определения вышеперечисленных параметров падение давления для сетей низкого давления вычисляется по формуле
P н – P к = 626,1λQ 2 ρ 0 l/d 5 (5.10)
Где P н - абсолютное давление в начале газопровода, Па; Р к - абсолютное давление в конце газопровода, Па; λ - коэффициент гидравлического трения; l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м; d - внутренний диаметр газопровода, см; ρ 0 - плотность газа при нормальных условиях, кг/м 3 ; Q - расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях;
Расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расходов газа на данном участке. Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) учитываются путем увеличения фактической длины газопровода на 5–10%.
Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетная длина газопроводов определяется по формуле:
L = l 1 + (d/100λ)Σξ (5.11)
Где l 1 - действительная длина газопровода, м; Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода; d - внутренний диаметр газопровода, см; λ - коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения и гидравлической гладкости стенок газопровода.
Местные гидравлические сопротивления в газопроводах и вызываемые ими потери давления возникают при изменении направления движения газа, а также в местах разделения и слияния потоков. Источники местных сопротивлений - переходы с одного размера газопровода на другой, колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, запорная, регулирующая и предохранительная арматура, конденсатосборники, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа. Падение давления в местных сопротивлениях, перечисленных выше, допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопровода на 5–10%. Расчетная длина наружных надземных и внутренних газопроводов
L = l 1 + Σξl э (5.12)
Где l 1 - действительная длина газопровода, м; Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l 1 , l э - условная эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м, потери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением коэффициента ξ = 1.
Эквивалентная длина газопровода в зависимости от режима движения газа в газопроводе:
- для ламинарного режима движения
L э = 5,5 10 -6 Q/v (5.13)
Для критического режима движения газа
L э = 12,15d 1,333 v 0,333 /Q 0,333 (5.14)
Для всей области турбулентного режима движения газа
L э = d/ (5.15)
При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допустимые потери давления газа на местные сопротивления, % от линейных потерь:
- на газопроводах от вводов в здание до стояка - 25;
- на стояках - 20;
- на внутриквартирной разводке - 450 (при длине разводки 1–2 м), 300 (3–4 м), 120 (5–7 м) и 50 (8–12 м),
Приближенные значения коэффициента ξ для наиболее распространенных видов местных сопротивлений приведены в табл. 5.2.
Падение давления в трубопроводах жидкой фазы СУГ определяется по формуле:
H = 50λV 2 ρ/d (5.12)
Где λ - коэффициент гидравлического трения (определяется по формуле 5.7); V - средняя скорость движения сжиженных газов, м/с.
С учетом противокавитационного запаса средние скорости движения жидкой фазы принимаются:
- во всасывающих трубопроводах - не более 1,2 м/с;
- в напорных трубопроводах - не более 3 м/с.
При расчете газопроводов низкого давления учитывается гидростатический напор Нg, даПа, определяемый по формуле
H g = ±lgh(ρ a – ρ 0) (5.13)
Где g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с 2 ; h - разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м; ρ а - плотность воздуха, кг/м 3 , при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа; ρ 0 - плотность газа при нормальных условиях кг/м 3 .
При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с для газопроводов среднего давления, 25 м/с для газопроводов высокого давления.
Таблица 5.2. Коэффициенты местных сопротивлений ξ при турбулентном движении газа (Re > 3500)
| Вид местного сопротивления | Значение | Вид местного сопротивления | Значение |
| Отводы: | Сборники конденсата | 0,5–2,0 | |
| гнутые плавные | 0,20–0,15 | Гидравлические затворы | 1,5–3,0 |
| сварные сегментные | 0,25–0,20 | Внезапное расширение трубопроводов | 0,60–0,25 |
| Кран пробочный | 3,0–2,0 | Внезапное сужение трубопроводов | 0,4 |
| Задвижки: | Плавное расширение трубопроводов (диффузоры) | 0,25–0,80 | |
| параллельная | 0,25–0,50 | Плавное сужение трубопроводов (конфузоры) | 0,25–0,30 |
| с симметричным сужением стенки | 1,30–1,50 | Тройники | |
| Компенсаторы: | потоков слияния | 1,7 | |
| волнистые | 1,7–2,3 | разделения потоков | 1,0 |
| лирообразные | 1,7–2,4 | ||
| П-образные | 2,1–2,7 | ||
Потребление газа характеризуется большой неравномерностью по месяцам года, дням, неделям и часам суток.
Режим работы системы газоснабжения зданий зависит от многих факторов: в жилых зданиях – от числа и типа установленных газовых приборов, степени благоустройства зданий, климатических условий, времени года, количества людей, проживающих в зданиях; в коммунально-бытовых, общественных и производственных зданиях, помимо перечисленных факторов – от характера работы технологического оборудования и технологических процессов, режима работы цехов и предприятия в целом.
Системы газоснабжения рассчитывают на подачу максимального расчетного часового расхода газа, который определяется по годовой потребности в газе.
Максимальный часовой расход газа на хозяйственные и производственные нужды при нормальных условиях (давлении 0,1 Мпа при 0°С) определяют по формуле
где – годовой расход газа, м 3 /год; − коэффициент перехода от годового расхода газа к максимальному часовому (коэффициент часового максимума расхода газа).
Для жилых и общественных зданий расчетный часовой расход газа определяют с учетом общего числа газовых однотипных приборов n, числа их типов или однотипных групп m, номинального расхода газ одним газовым прибором – по паспорту или технической характеристике , м 3 /ч, и коэффициенту одновременного действия приборов , по формуле
Для расчета газопроводов выполняют гидравлический расчет из условий бесперебойной подачи газа в часы максимального газопотребления.
Расчет трубопроводов газовой сети сводится к подбору диаметров труб по расчетным расходам и потерям давления газа.
Предварительное определение диаметров отдельных расчетных участков газопроводов выполняется по формуле
где − часовой расход газа, м 3 , при нормальных начальных условиях давления и температуры газа (0,1 Мпа и 0°С); − абсолютное давление газа на расчетном участке газопровода, МПа; – скорость движения газа, м/с.
Далее определяют падение давления газа по длине газопровода и в местных сопротивлениях: на поворотах, в соединениях, в фасонных частях, арматуре и пр. С учетом дополнительного гидростатического напора газа это падение давления сравнивают с допустимым. Если падение давления превышает допустимую величину, то делают перерасчет диаметров на отдельных расчетных участках в сторону их увеличения.
Падение давления газа по длине газопровода низкого давления определяют в зависимости от режима движения газа, который характеризуется числом Рейнольдса:
Для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000 падение давления газа на трение по длине:
для турбулентного режима при Re > 4000
где – падение давления, Па; – расход газа, м 3 /ч, при нормальных условиях (давление 0,1 МПа и температуре 0°С); d – внутренний диаметр газопровода, см; – коэффициент кинематической вязкости газа, м 2 /с, при нормальных начальных условиях состояния газа; – плотность газа, кг/м 3 , тоже при нормальных начальных условиях состояниях газа; – эквивалентная абсолютная шероховатость труб: для стальных труб = 0,01, полиэтиленовых = 0,005; – расчетная длина участка газопровода одного диаметра, см.
Для внутренних и наружных газопроводов расчетную длину определяют с учетом приведенной длины, зависящей от эквивалента длины трубы, учитывающей местные сопротивления:
где – расчетная длина газопровода, м; – действительная длина газопровода, м; − приведенная длина газопровода, м, равная:
– эквивалентная длина, на которой падение давления газа на трение равно падению давления в местных сопротивлениях при = 1; ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке газопровода длиной .
Эквивалентную длину определяют по формулам:
для ламинарного режима движения газа
для турбулентного режима движения газа
Для жилых домов в газопроводах низкого давления местные потери давления газа определяют как часть от потерь по длине, т.е. линейных потерь, %:
от ввода до стояка………………………………………………………… 25
на стояках……………………………………………………………………20
на внутриквартирной разводке в зависимости от длины, %:
до 2 м………………450 до 7 м…………………120
» 4 м………………300 » 12 м…………………50
Допустимую величину потерь давления принимают:
во внутренних и дворовых газопроводах……………60 даПа (60 мм)
в уличных и внутриквартальных газопроводах…….120 даПа (120 мм)
Таким образом, общая допустимая потеря давления в распределительных сетях низкого давления (от ГРП до самого отдаленного потребителя газа) составляет 180 даПа.
При гидравлическом расчете газопроводной сети здания необходимо учитывать естественный гидростатический напор газа, возникающий в связи с тем, что плотность газа меньше плотности воздуха, и как результат газ поднимается вверх по газопроводу.
Гидростатический напор, Па, определяют по формуле
где – высота подъема газа, т.е. разность геодезических отметок начального и
конечного участка газопровода, м;
И – плотность воздуха и газа, кг/м 3 , при нормальных начальных условиях
состояния газа (давлении 0,1 МПа и температуре 0°С).
В результате гидравлического расчета следует проверить условие обеспечения подачи газа потребителям, т.е. чтобы давление газа на вводе было не меньше требуемого давления с учетом гидростатического напора :
Величина требуемого давления равна:
где – необходимое давление газа у диктующего газового прибора, Па или даПа; − гидростатический напор, Па;
∑ – сумма потерь давления по длине и в местных сопротивлениях в сети от ввода до диктующего газового прибора, Па.
Если неравенство не выполняется, то следует увеличить диаметры труб, с тем чтобы уменьшить общие потери давления.
Для нормальной работы бытовых газовых приборов всегда указывается номинальное давление газа 2 (200 мм) или 1,3 кПа (130 мм), поэтому после ГРП в газовой сети устанавливают давление газа соответственно 3 (300 мм) или 2 кПа (200 мм).
Таким образом, при расчете газовых сетей в зданиях необходимо учитывать следующие условия:
1. На вводе создается располагаемое давление газа , равное действующему (фактическому) давлению плюс дополнительное естественное давление газа (гидростатический напор), т.е.
2. Располагаемое давление всегда должно быть не меньше требуемого:
3. Требуемое давление складывается из потерь по длине и в местных сопротивлениях и номинального давления у газовых приборов без естественного гидростатического напора.
4. Расчет газовой сети следует выполнять правильно, чтобы сумма допустимых потерь давления в газовых сетях не была бы меньше фактических потерь:
Допустимая величина потерь давления в газовых сетях приведена
в табл. 25.1.