Основы проектирования наружных газовых сетей.

 

Общие положения.

В основе проектирования наружных сетей лежат гидравлический расчёт газопроводов. При гидравлических расчёт встречаются два случая: в газопроводах низкого давления изменение удельного объёма газа при его движении по газопроводу невелико (до 2 %) и им пренебрегают; в газопроводах среднего и высокого давления оно существенно, и его необходимо учитывать.

Так как формулы для гидравлического расчёта газопроводов довольно сложны, вместо них пользуются таблицами или номограммами, построенными по этим формулам .

Потери давления в местных сопротивлениях наружных газопроводов

(п. 3.34) рекомендуется учитывать как увеличение расчётной длины газопроводов на 5-10 %. Для газопроводов низкого давления при наличии значительных разностей отметок местности и при расчёте домовых систем многоэтажных зданий необходимо учитывать гидростатический напор , возникающий вследствие разности плотностей воздуха и газа и определяемый по формуле

, (3.26)

где - разность абсолютных отметок начала и конца рассчитываемого участка газопровода, м;

- плотность воздуха при данной температуре ;

- плотность газа, кг/м³.

 

Если гидравлический напор действует в направлении давления газа, он прибавляется к последнему (случайно, когда газ воздуха и движется вверх или, когда газ тяжелее воздуха, но движение вниз). Если гидростатический напор действует против давления газа, он вычитается из последнего.

Газопроводы рассчитываются на перепад (разность) давлений в начале и конце газопроводов . Чем больше перепад давления, тем меньше будут диаметры сети, поэтому необходимо брать как можно больше, а как можно меньше.

Давление на входе в ГРС принимается равным минимальному давлению газа, поступающего из магистрального газопровода. Начальное давление в сетях среднего и высокого давления принимается максимально возможным для данной ступени давления, т.е. 1.2; 0.6; 0.3 МПа. Конечное давление в сети высокого и среднего давления принимается на 0.05 МПа выше начальных давлений последующих ступеней:

для сети 1.2 МПа ; ;

для сети 0.6 МПа ; ;

для сети 0.3 МПа ; .

Перепад давления в сети низкого давления определяется из условия, что давление перед большим прибором не должно превышать максимально допустимой величины , а перед самым дальним прибором не должно быть меньше минимально необходимого по условиям сжигания газа. Например, для природного газа

, (3.27)

Полученный перепад давления распределяется на перепад в уличной распределительной, дворовой (квартальной) и домовой ветвях (табл. 1) .

Для сетей с несколькими последовательными участками расчётный перепад давления распределяется по всем последовательно подключённым участкам пропорционально их длинам, т.е. удельное падение давления последовательно подключённых участков принимается приблизительно одинаковым: для сети низкого давления, Па/м

, (3.28)

для сетей высокого и среднего давления, МПа²/км

, 3.29)

где - удельное падение давления на участке, определяемое по таблицам и номограммам ; ; МПа²/км, Па/м;

- давление в начале и конце участков, МПа;

- падение давления на участке, Па;

- расчётные длины участков соответственно в м и в км.

 

Однако технико-экономические расчёты показывают, что в начальных участках сети (при больших диаметрах) выгоднее принимать повышенные значения, а в конечных участках сети (при меньших диаметрах) – пониженные значения сравнительно со средними.

Метод определения расчётных расходов газа в сети зависит от вида нагрузки (сосредоточенной, равномерно распределенной или смешанной) и от конфигурации сети (одиночный газопровод, разветвленная тупиковая или кольцевая сеть).

 

3.5.2. Расчёт одиночных газопроводов

При проектировании наружных газопроводов как сосредоточенные нагрузки учитываются потребители с расходом газа больше 50 м³/ч на ввод, а также потребители с меньшими расходами, но подсоединяемые по отдельным длинным вводам. Сосредоточенных потребителей рекомендуется подсоединять к сети среднего или высокого давления через регулятор давления, иначе их отключение будет оказывать заметное влияние на режим давлений в сети. По сосредоточенным нагрузкам проектируются также внутриквартальные и домовые сети, ответвления и сети промышленных предприятий и цехов, когда количество потребителей, их местоположение и расход газа точно известны.

	VC

V=V_C

 

Рис. 1

Газопроводов к сосредоточенному потребителю (рис. 1) должен пропустить все необходимое количество газа, так что расчётный расход газа в газопроводе равен расчётному расходу газа сосредоточенным потребителем. При проектировании сложных сетей невозможно учесть всех мелких потребителей, поэтому принимают, что такие потребители распределены равномерно по всей территории застройки и разбор газа сети производится равномерно по всей сети, т.е. разбор газа из каждого участка сети будет пропорционален длине участка.

 

 

V

Рис. 2

 

Количество газа, которое разбирается с участка сети при равномерно распределительнной нагрузке (путевой расход), (рис. 2)

, (3.30)

где - удельный расход газа с 1 м участка, нм³/ч*м;

- путевой расход, нм³/ч.

, (3.31)

где - длина участка газопровода, м;

- суммарная длина сети, м.

 

Для равномерно распределенной нагрузки количество газа, проходящего по газопроводу, меняется по длине от нуля в конце участка до максимального, равного путевому расходу, в начале участка. Чтобы иметь возможность применять номограммы для гидравлического расчёта газопроводов, которые составлены для постоянных расходов газа на участке, действительный переменный расход газа заменяют фиктивным расходом, постоянным по всему участку, так чтобы падение давления на участке, полученное в результате расчёта, было таким же, каким оно будет при действительном переменном расходе. Этот фиктивный расход называется эквивалентным расходом

Если принять, что падение давления пропорционально квадрату расхода газа, то

, (3.32)

Коэффициент меняется в зависимости от количества точек разбора газа на участке и от отношения путевого расхода газа к сумме путевого и транзитного расходов:

, (3.33)

В практике проектирования принимают

, 3.34)

Таким образом, для одиночного газопровода с равномерно распределительной нагрузкой расчётный расход равен эквивалентному:

, (3.35)

 

		VC

V

 

 

Рис. 3

 

При смешанной нагрузке (рис. 3) расчётный расход данного газопровода

, (3.36)

3.5.3. Расчёт разветвлённых тупиковых сетей

	VI		VII

а)

4 5

VIII

1 2 3 6

 

	VV		VIV

 

б) в)

3 5

4

 

 

1 1 2

2 3

		VI

 

1

4 6

Рис. 4

 

Разветвленные сети" (рис. 4 а, б, в) рассчитываются последовательно по расчетным участкам, т.е. участкам между двумя соседними разветвлениями (узловыми точками). Каждый участок разветвленной сети может иметь равномерно распределенную нагрузку и сосредоточенную в конце участка.

Расчетные расходы газа по участкам определяются как от путевого расхода рассчитываемого участка и транзитного расхода , проходящего на все последующие участки:

, (3.37)

определяется по формуле (3.34), определяется как всех путевых и сосредоточенных расходов всех последующих участков:

, (3.38)

3.5.4 Расчёт кольцевых сетей

 

а) б)

 

 

 

VII

в)

1 2 3 4

VI

5

 

6 7 8 9 10

 

грп

11 12 13 14

 

Сети высокого и среднего давлений (рис. 5 а, б, в) обычно состоят из одного кольца с несколькими отводами к ГРП и сосредоточенным потребителям. Такую сеть разбивают на две или несколько частей и каждую рассчитывают отдельно как тупиковую сеть.

Ответственные кольцевые сети среднего и высокого давлений разделяются задвижками на несколько секций; в случае аварии поврежденную секцию можно отключить от остального кольца. Расчет кольца производится на 3 режима: один нормальный и два аварийных. При аварийных режимах предполагается, что выключаются крайние секции, и движение газа по кольцу происходит в одном направлении: при одном режиме - по часовой стрелке, при другом - против часовой стрелки и при уменьшенных нагрузках. Ввиду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отказах её элементов. Снижение качества оценивается коэффициентом о6еспеченности , который зависит от категории потребителей. Таким образом, количество газа, подаваемого потребителям при аварийном гидравлическом режиме , не должно быть меньше

, (3.39)

Диаметры сети принимаются максимальными из 2 аварийных режимов. После этого рассчитывают сеть по полукольцам при полных расчетных нагрузках.

Потребители газа высокого и среднего давления всегда сосредоточенные, и расходы газа по участкам определяются как для обычной тупиковой сети суммированием расходов по участкам.

 

3.5.5 Гидравлический расчёт сетей низкого давления

Сети низкого давления, распределяющие газ по всей территории застройки прилегающего к предприятию жилищно-бытового комплекса, представляют собой сложную по конфигурации систему сопряженных колец, которые получают газ от нескольких ГРП и снабжают газом многочисленные ответвления на кварталы и отводы к отдельным зданиям (рис.5, в). При расчете такую сеть разбивают на отдельные районы по количеству точек питания (ГРП), и сеть каждого района рассчитывают отдельно. Расчет сети производится в две стадии. Вначале рассчитывают распределительную (уличную) сеть, затем внутриквартальную разводку.

Задача проектировщика заключается в том, чтобы выбрать наилучший вариант движения потоков газа и так подобрать диаметры сети, чтобы добиться намеченного распределения потоков.

Направления движения потоков газа выбирают так, чтобы газ от точки питания подавался: ко всем потребителям по кратчайшему пути. При этом диаметры сети будут наименьшими. Направления движения газа выбираются, начиная от точки питания к периферии. При таком порядке выбора легче избежать возможности ошибок. В результате выявляются нулевые точки - конечные точки встречи потоков газа, идущих по разным направлениям (т.3, 14 на рис.5, в). При этом в сложных схемах имеются спорные участки, на которых движение газа можно принять как в одном, так и обратном направлении (в обоих случаях расстояние подачи газа будет одинаково): участки 2 - 4, 13 – 12 и т.д.

Пути движения транзитных потоков газа выбирают так, чтобы, соблюдая первое условие, одновременно добиваться как можно более равномерного распределения потоков газа по всем направлениям. На расчетной схеме показывают “отcечки” - точки, через которые транзитные расходы газа не проходят. Необходимо также учитывать возможность увязки сети. Например, на схеме рис. 5, в на участках 2-4, 13-12 давления с каждой стороны участка при любом направлении движения газа оказываются почти одинаковыми, поэтому эти участки пришлось разбить на две части с осечкой в серединах участков. Таким образом, происходит окончательное разделение кольцевой сети на несколько тупиковых. При расчете каждой такой сети вначале рассчитываются самые длинные направления от ГРП и нулевым точкам. Дальнейший расчет производится в следующей последовательности:

1. На расчетной схеме нумеруются все узлы разветвления сети слева направо и сверху вниз. По генплану прилегающего к предприятию района подсчитываются длины участков.

2. Определяются расчетные длины участков для вычисления путевых расходов газа. Если разбор газа из сети односторонний, то расчетная длина принимается равной 1/2 длины участка, если двухсторонний - равной полной длине.

3. Удельные расходы газа для каждой зоны определяются по формуле (3.28).

4. Далее определяются путевые расходы (3.30) и эквивалентные (3.32).

Сумма путевых расходов должна быть равна производительности ГРП, а сумма эквивалентных – 0,55 V ГРП.

5. Далее по расчетной схеме вычисляются транзитные расходы газа по участкам и расчетные расходы в соответствии с формулой (3.33).

Эти расчеты сводим в табл. 3.6.

 

Таблица 3.6 – Определение расходов газа

Номер участка	Длина по плану	Разбор газа	Расчётная длина	Удельный расход газа	Расход газа на участке, м3/ч
1-2		Односторонний		0,3
2-3		Двухсторонний
3-4		Односторонний

 

Далее производится гидравлический расчет сети, результаты которого сводятся в табл. 3.7.

 

Таблица 3.7 – Гидравлический расчёт сети низкого давления

Номер участка	Длина участка	Среднее удельное падение давления	Расчётный расход газа	Диаметр	Падение давления, Па	Давление в узле
Действительная	Расчётная	на 1 м h	на участке h*lp
ГРП-9			Направление 1 (ГРП-9-8-3-2-1)
9-8
8-3
3-2
2-1