Гидравлический расчёт кольцевых газовых сетей низкого давления.
Расчёт кольцевой сети низкого давления осуществляют в два этапа:
1. на первом этапе распределяют потоки газа и определяют расчётные расходы для всех участков сети; по заданному расчётному перепаду давления Δр подбирают диаметры участков; производят гидравлическую увязку сети; проверяют степень использования расчётного перепада давления и при необходимости корректируют отдельные диаметры;
2. вся последовательность расчётов по пункту 1 приводит к завершению гидравлического расчёта. Однако не всегда удаётся решить лишь одну задачу - взаимного резервирования (проектирование кольца с постоянным диаметром) участков сети для повышения надёжности газоснабжения. Её решают во втором этапе, в котором по изложенному выше принципу уточняют диаметры основных колец для повышения надёжности сети.
Расчёт тупиковых ответвлений. При расчёте тупиковых ответвлений стремятся использовать весь расчётный перепад давления. Вначале определяют располагаемый перепад давления для участков. Диаметры газопроводов принимают не менее 50 мм. Проверяется степень использования расчётного перепада в сети по основным направлениям.
Расчётный перепад давления по основным направлениям должен быть использован не менее 90%. В противном случае необходимо изменить диаметры некоторых участков и выполнить перерасчёт.
Рассчитать кольцевую газовую сеть низкого давления. Плотность населения 75 чел/га. Удельный расход газа е = 6 м3/(ч∙чел). Длины сторон колец и площади застройки жилых кварталов приведены на схеме. Для газоснабжения используют природный газ. Расчётный перепад давления в сети ΔРс = 1000 Па.
Первый этап расчёта.
1. Расчёт начинается с определения удельных путевых расходов для всех питательных контуров сети, для чего:
а) разбивают всю газоснабжаемую территорию на зоны, которые питаются от определенных контуров;
б) рассчитывают максимальные часовые расходы для каждой такой зоны, перемножая площадь зоны, плотность населения и удельный расход газа на одного человека. Значение удельного расхода газа рассчитывается по зависимости 
N,м3/2 чел. где -максимальной расчетной часовой расход газа для потребителей сети низкого давления (С.Н.Д), м3/2 ;N-количество жителей, чел. Расход газа в газоснабжаемой зоне по формуле Qг=N·е,м3/2.
в) подсчитывается суммарная длина питающего контура;
г) определяются удельные путевые расходы для всех контуров, разделив максимальные часовые расходы газа в зонах на суммарную длину питающих контуров. Все расчёты заносятся в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
| Таблица максимально часовых и удельно путевых расходов газа | |||||
| № Квартала | Газоснабжаемые зоны | Длина питающего контура L, м | Удельный путевой расход, м3/ч*м | ||
| Площадь F, га | Число жителей N, чел | Макс. Часовой расхож газа Qh d max, м3/ч | |||
| А | 1 725,0 | 134,44 | 1244,1 | 0,108 | |
| Б | 1 575,0 | 122,75 | 1023,5 | 0,120 | |
| В | 1 425,0 | 111,06 | 1139,6 | 0,097 | |
| Г | 1 275,0 | 99,37 | 901,2 | 0,110 | |
| Д | 19,5 | 1 462,5 | 113,98 | 874,8 | 0,130 |
| Е | 1 500,0 | 116,90 | 914,3 | 0,128 | |
| Ж | 1 350,0 | 105,21 | 910,5 | 0,116 | |
| З | 18,8 | 1 410,0 | 109,89 | 0,106 | |
| И | 1 650,0 | 128,59 | 1240,3 | 0,104 | |
| К | 21,5 | 1 613,0 | 125,67 | 1041,3 | 0,121 |
| Л | 1 650,0 | 128,59 | 0,093 | ||
| 1 575,0 | 122,75 | 1404,4 | 0,087 | ||
| 21,3 | 1 598,0 | 124,50 | 1469,4 | 0,085 | |
| 1 425,0 | 111,06 | 1428,4 | 0,078 | ||
| 19,5 | 1 463,0 | 113,98 | 1398,2 | 0,082 | |
| 22,3 | 1 673,0 | 130,34 | 1397,4 | 0,093 | |
| 1 350,0 | 105,21 | 1334,7 | 0,079 | ||
| 1 200,0 | 93,52 | 1334,7 | 0,070 | ||
| Сумма | 358,9 | 26 919,5 | 2097,77 | 21473,8 | 1,81 |
2. Задаются начальным распределением потоков газа в сети. Схема газопроводов показана на рисунке выше. Первоначально назначают направления движения газа от точки питания 38 по газопроводам к периферии кратчайшим путём. В результате получается точка встречи I, II, III и IV концевых точек тупиковых ответвлений: 5,8,9,1’,13,15,19,2’,23,3’,35,36,37. Для повышения надёжности сети, в частности для взаимного резервирования участков выделим из неё один основной контур - Е (38-30-31-II-24-25-26).
Соответственно выбранному основному кольцу принимаются следующие главные направления: 38-30-31-II и 38-30-31-II.
Точки питания главных контуров выбирают таким образом, чтобы потоки газа двигались к потребителям кратчайшим путём, а точки встречи располагались диаметрально противоположно точкам питания. Вычисляются путевые расходы для всех участков сети. Qп=qуд.пут.уч.· 
уч., м3/2 Все расчёты сводятся в таблицу 4.2.
Вначале проставляются номера и длины участков, а затем путевые расходы для всех участков. Нумерация участков проставляется от концевых точек против движения газа в трубопроводе, т.е. в таком порядке, в каком предполагается определять расчётные расходы. При этом следует учитывать, что расходы для всех выходящих из данного узла участков должны быть известны, тогда можно определить расход на участке, который доставляет газ в этот узел.
После определения расходов газа по участкам сети проверяется правильность распределения транзитных расходов газа. Для этого определяется расход газа, выходящего из ГРП:
1) участок 38-30: Qгрп-38= (Qп + Qтр)уч.38-30 = (7,23+1132,95) =1136,93 м3/ч;
2) участок 38-26: Qгрп-38= (Qп + Qтр)уч.38-26 = (10,34+931,34) =937,03 м3/ч.
Всего: 1136,93+937,03 = 2073,96 м3/ч.
Необходимое потребление газа составляет 2073,96 м3/ч, что практически совпадает с расходом газа, выходящего из ГРП( 2097,77 м3/ч).
Таблица 4.2
| Удельные путевые, удельные транзитные и расчетные расходы газа | ||||||
| № Участка | Длина участка L, м | Удельный путевой расход, м3/ч*м | Расходы газа (м3/ч) | |||
| Qп | 0,55*Qп | Qтр | Qр | |||
| 1-IV | 416,41 | 0,149 | 62,05 | 34,12 | 62,05 | 96,17 |
| 4-IV | 345,82 | 0,079 | 27,32 | 15,03 | 27,32 | 42,35 |
| 2-1 | 342,11 | 0,070 | 23,95 | 13,17 | 85,99 | 99,16 |
| 2-3 | 56,35 | 0,070 | 3,94 | 2,17 | 365,73 | 367,90 |
| 3-4 | 519,35 | 0,257 | 133,47 | 73,41 | 160,79 | 234,20 |
| 3-6 | 343,5 | 0,108 | 37,10 | 20,40 | 200,99 | 221,40 |
| 6-5 | 380,81 | 0,228 | 86,82 | 47,75 | 86,82 | 134,58 |
| 6-7 | 289,24 | 0,120 | 34,71 | 19,09 | 77,07 | 96,16 |
| 7-8 | 353,02 | 0,120 | 42,36 | 23,30 | 42,36 | 65,66 |
| 7-III | 106,5 | 0,000 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 10-III | 207,74 | 0,000 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 10-9 | 314,48 | 0,097 | 30,50 | 16,78 | 30,50 | 47,28 |
| 11-10 | 332,05 | 0,097 | 32,21 | 17,71 | 62,71 | 80,43 |
| 11-12 | 492,73 | 0,207 | 102,00 | 56,10 | 102,00 | 158,09 |
| 12-1' | 61,65 | 0,097 | 5,98 | 3,29 | 5,98 | 9,27 |
| 14-11 | 141,64 | 0,110 | 15,58 | 8,57 | 180,29 | 188,86 |
| 14-13 | 266,64 | 0,240 | 63,99 | 35,20 | 63,99 | 99,19 |
| 17-14 | 206,27 | 0,130 | 26,82 | 14,75 | 271,10 | 285,85 |
| 17-16 | 159,29 | 0,130 | 20,71 | 11,39 | 52,19 | 63,58 |
| 16-15 | 242,18 | 0,130 | 31,48 | 17,32 | 31,48 | 48,80 |
| 18-17 | 83,59 | 0,000 | 0,00 | 0,00 | 323,29 | 323,29 |
| 18-19 | 516,26 | 0,093 | 48,01 | 26,41 | 48,01 | 74,42 |
| 20-18 | 315,87 | 0,186 | 58,75 | 32,31 | 430,05 | 462,37 |
| 20-21 | 549,46 | 0,214 | 117,58 | 64,67 | 117,58 | 182,26 |
| 21-2' | 84,94 | 0,121 | 10,28 | 5,65 | 10,28 | 15,93 |
| 22-20 | 210,14 | 0,203 | 42,66 | 23,46 | 590,30 | 613,76 |
| 22-23 | 278,49 | 0,121 | 33,70 | 18,53 | 33,70 | 52,23 |
| 24-18 | 0,093 | 47,71 | 26,24 | 47,71 | 73,95 | |
| 25-20 | 448,15 | 0,175 | 78,43 | 43,13 | 78,43 | 121,56 |
| 25-24 | 127,79 | 0,171 | 21,85 | 12,02 | 94,61 | 106,63 |
| 26-25 | 272,99 | 0,160 | 43,68 | 24,02 | 216,71 | 240,74 |
| 26-27 | 228,41 | 0,082 | 18,73 | 10,30 | 704,29 | 714,59 |
| 27-22 | 240,4 | 0,186 | 44,71 | 24,59 | 668,71 | 693,30 |
| 24-II | 321,13 | 0,078 | 25,05 | 13,78 | 25,05 | 38,82 |
| 31-II | 161,53 | 0,078 | 12,60 | 6,93 | 12,60 | 19,53 |
| 30-31 | 314,86 | 0,163 | 51,32 | 28,23 | 303,45 | 331,67 |
| 38-26 | 132,51 | 0,078 | 10,34 | 5,68 | 931,34 | 937,03 |
| 38-30 | 92,73 | 0,078 | 7,23 | 3,98 | 1132,95 | 1136,93 |
| 30-29 | 208,52 | 0,085 | 17,72 | 9,75 | 822,27 | 832,02 |
| 29-37 | 368,81 | 0,222 | 81,88 | 45,03 | 81,88 | 126,91 |
| 29-39 | 196,44 | 0,106 | 20,82 | 11,45 | 128,73 | 140,18 |
| 27-I | 162,08 | 0,104 | 16,86 | 9,27 | 16,86 | 26,13 |
| 39-I | 91,1 | 0,104 | 9,47 | 5,21 | 9,47 | 14,69 |
| 39-28 | 468,73 | 0,210 | 98,43 | 54,14 | 98,43 | 152,57 |
| 28-3' | 138,08 | 0,104 | 14,36 | 7,90 | 14,36 | 22,26 |
| 31-32 | 143,73 | 0,085 | 12,22 | 6,72 | 239,53 | 246,25 |
| 32-33 | 495,75 | 0,172 | 85,27 | 46,90 | 141,77 | 188,67 |
| 29-33 | 300,23 | 0,201 | 60,35 | 33,19 | 593,94 | 627,13 |
| 33-36 | 231,58 | 0,244 | 56,51 | 31,08 | 56,51 | 87,58 |
| 32-34 | 536,3 | 0,087 | 46,66 | 25,66 | 85,53 | 111,20 |
| 33-34 | 380,81 | 0,215 | 81,87 | 45,03 | 533,60 | 578,63 |
| 34-35 | 303,72 | 0,128 | 38,88 | 21,38 | 38,88 | 60,26 |
| 34-2 | 312,93 | 0,000 | 0,00 | 0,00 | 451,72 | 451,72 |
Поскольку пути движения газа до тупиковых участков и точки встречи потоков газа весьма различны, то принимаются разные удельные потери давления Рт для разных направлений.
По номограмме с учётом расхода газа и удельной потери давления выбираются диаметры участков. В ходе расчётов с учётом диаметров корректируются значения удельных потерь давления. Результаты гидравлического расчета кольцевой газовой сети приведены в таблице 4.3. В результате расчёта ошибка в кольцах не превысила 10%. Однако наблюдается различие в диаметрах кольца сети.
Таблица 4.3
| № колец | № участков | № соседнего кольца | длина участка L | Предварительное распределение расчетов | Поправлчные расходы ∆Q | Окончательное распределение расходов | ||||||||
| Qp | dн*S | ∆P/L | ∆P'уч | ∆P/Qр | ∆Qуч | Qнов.р | ∆P/L | ∆Pуч | 1,1*Pуч | |||||
| 32-34 | 536,3 | 111,20 | 140*4,5(125) | 0,45 | -265,47 | -2,39 | -124,48 | -124,48 | -13,28 | 0,25 | 134,08 | 147,48 | ||
| 32-33 | 495,75 | 188,67 | 159*4 | 0,50 | 272,66 | 1,45 | -176,04 | 12,63 | 0,55 | 272,66 | 299,93 | |||
| 33-34 | 380,81 | 578,63 | 273*7 | 0,33 | 138,23 | 0,24 | -124,48 | 454,15 | 0,75 | 285,61 | 314,17 | |||
| 43,00 | 145,43 | -0,70 | 6,65 | 761,58 | ||||||||||
| 30-31 | 314,86 | 331,67 | 219*6 | 0,34 | -117,76 | -0,36 | 51,56 | 47,28 | 378,95 | 0,4 | 125,94 | 138,54 | ||
| 31-32 | 143,73 | 246,25 | 159*4 | 0,80 | -126,48 | -0,51 | 51,56 | 297,81 | 0,55 | 79,05 | 86,96 | |||
| 30-29 | 208,52 | 832,02 | 273*7 | 0,60 | 137,62 | 0,17 | 51,56 | 883,58 | 0,5 | 104,26 | 114,69 | |||
| 29-33 | 300,23 | 627,13 | 273*7 | 0,37 | 122,19 | 0,19 | 51,56 | 678,69 | 0,35 | 105,08 | 115,59 | |||
| 32-33 | 495,75 | 188,67 | 159*4 | 0,50 | 272,66 | 1,45 | 176,04 | 364,72 | 0,2 | 99,15 | 109,07 | |||
| 74,22 | 288,24 | 0,94 | 8,23 | 564,83 | ||||||||||
| 38-30 | 92,73 | 1136,93 | 325*8 | 0,43 | -43,86 | -0,04 | 4,29 | 4,29 | 1141,22 | 0,3 | 27,82 | 30,60 | ||
| 30-31 | 314,86 | 331,67 | 219*6 | 0,34 | 117,76 | 0,36 | -47,28 | 284,40 | 0,35 | 110,20 | 121,22 | |||
| 31-II | 161,53 | 19,53 | 70*3 | 0,50 | 88,84 | 4,55 | 4,29 | 23,82 | 0,8 | 129,22 | 142,15 | |||
| 38-26 | 132,51 | 937,03 | 325*8 | 0,33 | -48,10 | -0,05 | 4,29 | 941,32 | 0,45 | 59,63 | 65,59 | |||
| 26-25 | 272,99 | 240,74 | 159*4 | 0,80 | 240,23 | 1,00 | -34,73 | 206,01 | 0,8 | 218,39 | 240,23 | |||
| 25-24 | 127,79 | 106,63 | 133*4 | 0,45 | -63,26 | -0,59 | -112,19 | -5,57 | 0,5 | 63,90 | 70,28 | |||
| 24-II | 321,13 | 38,82 | 89*3 | 0,50 | -176,62 | -4,55 | 4,29 | 43,11 | 0,7 | 224,79 | 247,27 | |||
| 29,54 | 114,99 | 0,67 | 2,05 | 917,35 | ||||||||||
| 26-25 | 272,99 | 240,74 | 159*4 | 0,80 | 240,23 | 1,00 | 39,02 | 34,73 | 275,46 | 0,2 | 54,60 | 60,06 | ||
| 25-20 | 448,15 | 121,56 | 140*4,5(125) | 0,50 | 246,48 | 2,03 | -77,47 | 44,09 | 0,45 | 201,67 | 221,83 | |||
| 26-27 | 228,41 | 714,59 | 273*7 | 0,65 | -163,31 | -0,23 | 39,02 | 753,61 | 0,65 | 148,47 | 163,31 | |||
| 27-22 | 240,4 | 693,30 | 273*7 | 0,60 | 158,66 | 0,23 | 39,02 | 732,32 | 0,6 | 144,24 | 158,66 | |||
| 22-20 | 210,14 | 613,76 | 273*7 | 0,35 | -80,90 | -0,13 | 39,02 | 652,78 | 0,37 | 77,75 | 85,53 | |||
| 90,19 | 401,16 | 2,89 | 10,01 | 689,40 | ||||||||||
| 25-24 | 127,79 | 106,63 | 133*4 | 0,45 | -63,26 | -0,59 | 116,48 | 112,19 | 218,82 | 0,35 | 44,73 | 49,20 | ||
| 24-18 | 73,95 | 114*4(100) | 0,60 | 338,58 | 4,58 | 116,48 | 190,43 | 0,3 | 153,90 | 169,29 | ||||
| 25-20 | 448,15 | 121,56 | 140*4,5(125) | 0,50 | 246,48 | 2,03 | 77,47 | 199,03 | 0,8 | 358,52 | 394,37 | |||
| 20-18 | 315,87 | 462,37 | 219*6 | 0,70 | -243,22 | -0,53 | 116,48 | 578,85 | 0,6 | 189,52 | 208,47 | |||
| 62,50 | 278,59 | 5,49 | 4,14 | 821,34 | ||||||||||
| 6,7 | 2-1 | 342,11 | 99,16 | 133*4 | 0,45 | -169,34 | -1,71 | 10,50 | 10,50 | 109,66 | 0,37 | 126,58 | 139,24 | |
| 1-IV | 416,41 | 96,17 | 133*4 | 0,40 | -183,22 | -1,91 | 10,50 | 106,67 | 0,3 | 124,92 | 137,42 | |||
| 2-3 | 56,35 | 367,90 | 219*6 | 0,45 | 27,89 | 0,08 | 10,50 | 378,40 | 0,33 | 18,60 | 20,46 | |||
| 3-4 | 519,35 | 234,20 | 159*4 | 0,80 | 457,03 | 1,95 | 10,50 | 244,70 | 0,65 | 337,58 | 371,34 | |||
| 4-IV | 345,82 | 42,35 | 89*3 | 0,75 | -285,30 | -6,74 | 10,50 | 52,85 | 0,33 | 114,12 | 125,53 | |||
| -27,24 | -152,95 | -8,32 | 7,83 | 793,98 |
Расчёт тупиковых ответвлений. Все расчёты сводятся в табл. 4.5. Располагаемые перепады, на которые подбираются диаметры, рассчитывают по данным последней графы табл. 4.4. Например, перепад давления для участка 29-37 определяется, исходя из потерь давления по направлению 38-30-29-37, которые равны: 743,06 Па.
Таблица 4.5
Гидравлический расчёт тупиковых участков
| № участков | L т уч, м | Qр, м3/ч | Располагаемые | dн*S, мм | (∆P/L)ф, Па/м | ∆P'т уч, Па | 1,1*∆P'т уч, Па | |
| ∆Pт уч, Па | (∆P/Qр)т уч | |||||||
| 6-5 | 380,81 | 134,58 | 904,49 | 2,38 | 108*4 | 1,75 | 666,42 | 733,06 |
| 7-8 | 353,02 | 65,66 | 904,49 | 2,56 | 76*3 | 3,10 | 1094,36 | 1203,80 |
| 10-9 | 314,48 | 47,28 | 818,44 | 2,60 | 70*3 | 2,5 | 786,20 | 864,82 |
| 11-12 | 492,73 | 158,09 | 818,44 | 1,66 | 114*4(100) | 2,45 | 1207,19 | 1327,91 |
| 12-1' | 61,65 | 9,27 | 818,44 | 13,28 | 33,5*3,2(25) | 616,50 | 678,15 | |
| 14-13 | 266,64 | 99,19 | 818,44 | 3,07 | 89*3 | 3,15 | 839,92 | 923,91 |
| 16-15 | 242,18 | 48,80 | 818,44 | 3,38 | 70*3 | 2,45 | 593,34 | 652,68 |
| 18-19 | 516,26 | 74,42 | 954,61 | 1,85 | 89*3 | 1,80 | 929,27 | 1022,19 |
| 20-21 | 549,46 | 182,26 | 972,35 | 1,77 | 133*4 | 1,43 | 785,73 | 864,30 |
| 21-2' | 84,94 | 15,93 | 972,35 | 11,45 | 38*3 | 9,00 | 764,46 | 840,91 |
| 22-23 | 278,49 | 52,23 | 1112,44 | 3,99 | 70*3 | 3,25 | 905,09 | 995,60 |
| 39-28 | 468,73 | 152,57 | 1354,71 | 2,89 | 108*4 | 2,50 | 1171,83 | 1289,01 |
| 28-3' | 138,08 | 22,26 | 1354,71 | 9,81 | 42,3*3,2(25) | 1518,88 | 1670,768 | |
| 29-37 | 368,81 | 126,91 | 1354,71 | 3,67 | 89*3 | 1844,05 | 2028,46 | |
| 33-36 | 231,58 | 87,58 | 961,29 | 4,15 | 88,5*40(80) | 3,75 | 868,43 | 955,27 |
| 34-35 | 303,72 | 60,26 | 1113,74 | 3,67 | 75,5*4(70) | 3,50 | 1063,02 | 1169,32 |
Располагаемый перепад для участка 2-1 равен: 2097,77 – 743,06 = 1354,71 Па.
Диаметры газопроводов принимаются по номограмме рис. 4.2, с учётом расхода газа и удельной потери давления.
Проверяется степень использования расчётного перепада в сети по основным направлениям.
Определяются потери давления по направлениям:
38 - 30 - 29 - 37 - I Δр = 462 Па;
38 - 26 - 27 - I Δр = 484 Па;
38 - 30 - 31 - II Δр = 330 Па;
38 - 26 - 25 - 24 - II Δр = 346,5 Па.
По основным направлениям расчётный перепад использован примерно на 94%, что соответствует принятым требованиям. На этом гидравлический расчет газовой сети низкого давления завершается.