Гидравлический расчет тупиковой сети среднего давления

К сети среднего давления присоединяются крупные коммунально-бытовые потребители. В курсовом проекте рассматриваются баня, прачечная, хлебозавод и котельная. Студенту задается точка подключения к магистральному газопроводу, расстояние от микрорайона и давление р_{т. п} в точке подключения. На генплане микрорайона наносятся все потребители газа среднего давления. Затем осуществляется трассировка сети среднего давления таким образом, чтобы газ подавался всем потребителям.

После определения расходов газа потребителями газа среднего давления составляется расчетная схема сети среднего давления. Расчетные расходы газа определяются простым суммированием.

В результате совместного решения уравнений Дарси–Вейсбаха, состояния и сплошности (неразрывности) потока получается расчетное уравнение для определения гидравлического сопротивления трубопроводов:

, (51)

где p_н и p_к – абсолютное давление соответственно в начале и в конце расчетного участка газопровода, МПа;

l – расчетная длина газопровода, км;

А_ср – комплексное число.

Давление, которое необходимо поддерживать перед потребителем определяется суммой сопротивлений всех элементов газовой сети потребителя, а именно: сопротивлением газопроводов, газовой горелки, оборудования ГРУ и т. д. Абсолютное минимальное давление газа перед котельной должно быть не менее 0,21 МПа, перед остальными потребителями – 0,16 МПа.

Для расчета газопроводов выбирается ветка, на которой находится потребитель, определяющий давление в сети. Как правило, это районная котельная, так как в котельной имеется ГРП или ГРУ.

Гидравлический расчет производится по номограммам для расчета газопроводов среднего давления ([6, 7] или рисунок 6).

Сначала определяется среднее значение комплексного числа по формуле

А_ср= (p_н² – p_к ²) / L. (52)

Затем в зависимости от расчетного расхода газа и значения среднего комплексного числа А_ср для данной ветки газопровода по номограмме определяется диаметр газопровода для каждого участка, фактическое значение комплексного числа и рассчитывается значение давления газа р_к в конце каждого участка. Конечное давление p_к на первом участке является начальным давлением p_н на втором участке данной ветки, конечное давление на втором участке является начальным давлением на третьем участке, и т. д. После подбора диаметров газопровода для всех веток и участков, производится подбор диаметров газопровода для ответвлений. При этом начальным давлением будет являться давление газа в точке подключения, а конечным – давление перед потребителем.

Давление в конце участка определяется по формуле

(53)

Если при расчете окажется, что значение комплексного числа А_ф > 10, то диаметр газопровода следует принимать по ближайшему значению А_ф ≤ 10.

Результаты расчетов оформить в табличной форме (таблица 22).

Таблица 22 – Гидравлический расчет тупиковой сети среднего давления

Номер участка	L, км	Lр, км	Qр. ч, м3/ч	pн, ата	Аср	dу, мм	Аф	Аф Lр	pн2, ата2	pк, ата

Рисунок 6 – Номограмма для расчета газопроводов среднего и высокого давления для природного газа (ρ = 0,73 кг/м³, ν = 15·10^–6 м²/с)

Подбор оборудования ГРП

В ГРП установлено оборудование, обеспечивающее бесперебойную подачу газа к потребителю с нужным давлением. На входе газа в ГРП устанавливается задвижка, обеспечивающая открытие и закрытие подачи газа. На рисунке 7 показана принципиальная схема ГРП.

Рисунок 7 – Принципиальная схема ГРП:

1 – газовый фильтр; 2 – предохранительно-запорный клапан (ПЗК); 3 – регулятор давления; 4 – газовый счетчик; 5 – предохранительно-сбросной клапан (ПСК); 6– задвижка; 7 – манометр, 8 – газовая свеча

Рисунок 8 – Расчетная схема для подбора оборудования ГРП:

1- газовый фильтр, 2-ПЗК, 3-регулятор давления

Все оборудование ГРП подбирается по давлению газа перед соответствующим аппаратом и по его пропускной способности Q, которая должна обеспечивать проход требуемого количества газа .

Расчетная схема для подбора оборудования ГРП представлена на рисунке 8.

Давление газа на входе в ГРП р₁ принимается из расчета сети среднего давления, а расчетный расход газа – из расчета сети низкого давления.

Подбор оборудования следует начинать с подбора газового фильтра.

Газовый фильтр предназначен для очистки транспортируемого по газопроводам газа от пыли, ржавчины и других механических примесей, которые приводят к преждевременному износу газопроводов, запорной и регулирующей арматуры, нарушают работу контрольно-измерительных и регулирующих приборов.

Таблица 23 – Характеристика газовых фильтров

Фильтр	Входное давление, МПа, не более	Допустимая пропускная способность Q, при входном давлении р1изб, МПа	Масса, кг
0,1	0,2	0,3
ФС-25	1,6
ФС-40	1,6
ФС-50	0,6
ФСС-40	0,6
ФСС-50	0,6
ФВ-80	1,2
ФВ-100	1,2
ФВ-200	1,2
ФГ-50	0,6
Примечания: 1. Число после обозначения фильтра – условный диаметр, мм. 2. Пропускная способность указана при перепаде давления на кассете фильтра: сетчатого 2500, волосяного – 5000 Па.

Необходимая степень очистки фильтром газового потока обеспечивается при ограниченных скоростях газа, определяемых максимально допустимым перепадом давления Dр на фильтрующем элементе, который не должен превышать для сетчатых фильтров 5000, для волосяных – 10000, для новых фильтров или после их чистки и промывки, т. е. на чистой сетке или кассете, соответственно 2500 и 5000 Па.

Выбор фильтра следует производит по [6] или по таблице 23.

Если Q_расч^ГРП и р₁, при плотности газа r_г = 0,73 кг/м³, отличаются от табличных для выбранного фильтра, то его пропускная способность определится по формуле:

, (54)

где значения с индексом «таб» принимаются по таблице 23, индекс «абс» означает давление абсолютное, индекс «изб» означает давление избыточное, т. е.

p_абс = p_изб + B, (55)

где B = 0,1 МПа – барометрическое (атмосферное) давление.

Рисунок 9 – Номограмма для определения потерь давления в фильтрах типа ФН

Рисунок 10 – Номограмма для определения потерь давления в фильтрах типа ФГ

Рисунок 10 – Номограмма для определения потерь давления в фильтрах типа ФГ

Если полученное значение пропускной способности фильтра несколько больше производительности ГРП, то фильтр считается подобранным, если нет, то выбирается фильтр с большей пропускной способностью и выполняется пересчет по формуле (57).

Далее производится подбор регулятора давления.

Регулятор давления – это устройство, предназначенное для автоматического снижения и поддержания давления газа на определенном, заранее заданном уровне.

Выбор регулятора давления следует, производить по [6] или по таблице 24.

Таблица 24 – Основные характеристики регуляторов давления

Наименование	Обозначение	dу, мм	Диа­метр седла, мм	Давление	Пропускная способность Q, м3/ч, при входном давлении р3изб, МПа	Мас­са, кг
Вход­ное, МПа, не более	Выход­ное, кПа, в пре­делах
0,1	0,3
Регулятор давления блочный конструкции Казанцева	РДБК-25			1,6	1,0-60,0
РДБК-50
РДБК-100			1,2
РДБК-100
Регулятор давления универсальный конструкции Казанцева	РДУК2Н-50			1,2	0,5-60
РДУК2Н-100
РДУК2Н-100
Регулятор давления типа РДГ-Н	РДГ-50-Н			1,2	1,5-60
РДГ-50-Н			1,2	1,5-60
РДГ-50-Н			1,2	1,5-60
РДГ-80-Н			1,2	1,5-60
Регулятор давления типа РДГП-Н	РДГП-50Н			1,2	1,5-60
РДГП-150Н			1,2	1,5-60

Пропускная способность регулятора с односедельным клапаном определяется согласно паспортным данным, а при их отсутствии может быть определена по формуле:

(56)

где – расход газа при нормальных условиях, м³/час;

– площадь седла клапана, см²;

– коэффициент расхода, приводиться в паспорте на регулятор;

– абсолютное входное давление газа, равное сумме рабочего входного избыточного давления и атмосферного, МПа;

– плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

– коэффициент, зависящий от отношения абсолютных давлений на входе в регулятор давления и выходе из него , определяется по табл. 25 приложения или по формуле

(57)

где – показатель адиабаты.

В справочных таблицах приведена величина пропускной способности регуляторов давления при плотности газа 0,73 кг/м³ при различном входном давлении ( – табличное значение пропускной способности регулятора). Табличное значение выходного давления для регуляторов низкого давления и среднего давления приведены в табл. 24.

В действительности плотность газа зависит от компонентного состава газа и может колебаться в широких пределах, а давление газа на выходе из ГРП в сеть низкого давления, как правило, не превышает 300 даПа (изб.), т.е. все параметры могут отличаться от табличных значений. В этом случае необходимо произвести перерасчет фактической пропускной способности регулятора давления по соотношению

(58)

Пропускная способность двухседельных регулирующих клапанов может быть определена по формуле

(59)

где – расход газа при температуре , м³/ч;

– коэффициент, учитывающий расширение среды и зависящий от от-ношения , находится по рис. приложения;

– перепад давлений на регуляторе давления, МПа, ;

– коэффициент пропускной способности;

– температура газа, .

Таблица 25 – Коэффициент в зависимости от отношения

при показателе адиабаты

0,00		0,34	0,430	0,68	0,453
0,02	0,082	0,36	0,439	0,70	0,446
0,05	0,130	0,38	0,446	0,72	0,438
0,06	0,169	0,40	0,453	0,74	0,429
0,08	0,203	0,42	0,458	0,76	0,419
0,10	0,232	0,44	0,463	0,78	0,407

Окончание таблицы 25

0,12	0,258	0,46	0,467	0,80	0,394
0,14	0,282	0,48	0,470	0,82	0,379
0,16	0,303	0,50	0,472	0,84	0,362
0,18	0,323	0,52	0,474	0,86	0,343
0,20	0,341	0,54	0,474	0,88	0,322
0,22	0,358	0,56	0,474	0,90	0,298
0,24	0,373	0,58	0,473	0,92	0,270
0,26	0,386	0,60	0,471	0,94	0,236
0,28	0,399	0,62	0,468	0,96	0,195
0,30	0,410	0,64	0,464	0,98	0,140
0,32	0,421	0,66	0,459	1,00

Рисунок 11 – Зависимость коэффициента от отношения

После пересчета пропускной способности регулятора давления должно выполняться условие:

.

(60)

Если условие выполняется регулятор считается подобранным, а если нет, то выбирается другой регулятор и осуществляется пересчет пропускной способности.