Гидравлический расчет смешанной сети среднего давления.

Газовые сети высокого (среднего) давления являются основными артериями в городской системе газоснабжения.

Для средних и небольших городов газовые сети обычно проектируют в виде одного кольца. Крупные города имеют многокольцевые сети среднего или высокого давления.

Все городские сети рассчитывают на заданный перепад давления. Начальное давление принимают согласно СНиП. Конечное давление принимают таким, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимальное давление газа перед регуляторами.

Величина этого давления складывается из максимального давления газа перед горелками, перепада давления в абонентском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в газорегуляторном пункте (ГРП). В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление 150-200 кПа.

При расчёте кольцевых сетей для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах необходимо наличие резерва по давлению газа. Принятый резерв проверяется расчётом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие ситуации обычно возникают при включении головных участков сети.

Аварийные ситуации обычно кратковременны и при отказах элементов допускается снижение расхода газа. Снижение расхода оценивают коэффициентом обеспеченности k_об, который зависит от категории потребителей.

Расход газа при аварийной ситуации в газовой сети рассчитывают по формуле:

, м³/ч,

где - максимальный расчётный часовой расход газа, м³/ч; k_об - коэффициент обеспеченности (уровень снижения потребления газа).

При выборе и обосновании значений коэффициентов необходимо иметь подробные сведения о потребителях газа, возможности их работы при понижении тепловой нагрузки, а также при необходимости перехода на резервное топливо. Объём, вид выпускаемой продукции на предприятиях, режим их работы, а также технологические возможности газорегулирующих устройств оказывают влияние на потребление газа в аварийной ситуации.

Рекомендуемые значения коэффициентов обеспеченности для потребителей сети среднего давления приведены ниже в таблице.

Коэффициенты обеспеченности для потребителей

Потребитель газа	Значение kоб
Газорегуляторный пункт	0,8-0,85
Хлебозавод, пекарня	0,85
Районная котельная	0,7-0,75
Промышленное предприятие	0,7-0,8
Крупное коммунальное предприятие	0,6-0,7
Предприятия общественного питания	0,8

После обоснования коэффициентов обеспеченности для всех потребителей решают вторую задачу, т.е. определяют необходимый резерв пропускной способности сети.

Для однокольцевого газопровода существует два аварийных режима, подлежащих расчёту - при выключении головных участков слева и справа от точки питания.

Рассчитать однокольцевой газопровод. На схеме показаны узловые расходы газа (м³/ч) у всех потребителей, даны номера всех участков и их длины.

Давление газа после ГРС 420 кПа, начальное давление в узле 1 равно р_н =
= 400 кПа, минимальное конечное давление в точках (узлах) 2 и 4 равно р_к = 300 кПа. Коэффициент обеспеченности принять с учётом потребителей, присоединённых к газовой сети.

Последовательность расчёта однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления:

1. Определяется расчётный расход газа при аварийном режиме по формуле

, м³/ч,

где Q_i -расчётный расход газа потребителями; k_об- коэффициент обеспеченности; 0,59 - коэффициент, учитывающий дополнительную путевую нагрузку в сети.

м³/ч.

2. Вычисляются удельные потери квадрата давления

где р_н, р_к -абсолютные давления газа в начале и конце сети; -суммарная длина участков сети; 1,1 - коэффициент, учитывающий потери на местные сопротивления.

3. Выбирается диаметр газовой сети (см. pис. 4.1). Целесообразно проектировать участки одного постоянного диаметра. Если такой диаметр подобрать не удаётся, то участки газопроводов проектируют из двух различных диаметров.

Принимаем по номограмме диаметр 219*6 мм.

Для обеспечения пропуска требуемого количества газа головные участки должны состоять из диаметров большего сортамента.

4. Выполняются два варианта гидравлического расчёта аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания.

При выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, и конечное давление газа у последнего потребителя можно вычислить по следующей зависимости:

где - суммарные потери давления на участках сети, кПа², -расчётное значение конечного давления газа перед потребителем.

При выключении участка 1-10:

δ

При выключении участка 1-2:

δ

В обоих случаях давления достаточны, чтобы присоединить соответственно ответвления 1-10. Принятые диаметры кольца оставляем.

Расчёты для обоих вариантов сводятся в табл. 4.5.

5. Для всех ответвлений в аварийном режиме выполняется гидравлический расчет по определению диаметров газопроводов, обеспечивающих требуемое конечное давление газа перед потребителями.

6. Выполняется расчет газовой сети при нормальном гидравлическом режиме и определяются давления газа во всех узловых точках.

7. Проверяются диаметры ответвлений к потребителям при расчетном режиме. В случае обеспечения потребителей требуемым давлением принятые диаметры не изменяются, в противном случае, необходимо увеличить диаметры ответвлений.

Схема однокольцевого газопровода среднего давления:

1) ГРС - газораспределительная станция; 2) ОП – предприятия общественного питания; 3) Х3 – хлебозавод; 4) К - районная котельная; 5) ГРП - газорегуляторный пункт; 6) ПП - промышленное предприятие; 7) ПР- прачечная.

Таблица 4.5

Аварийный режим
Отказал участок 1-10	Отказал участок 1-2
№	dн*S, мм	L, м	Q, м3/ч	δp2/L, кПа2/м	δp2, кПа2	№	dн*S, мм	L, м	Q, м3/ч	δp2/L, кПа2/м	δp2, кПа2
1-2	219*6	773,54	4538,52	13,02	10071,49	1-10	219*6		4538,52	13,34	1974,32
2-3	219*6	557,51	4520,01	13,22	7370,28	10-9	219*6	356,43	4516,87	13,81	4922,30
3-4	219*6	547,07	3114,8	13,59	7434,68	9-8	159*4,5	391,18	2955,97	14,68	5742,52
4-5	219*6	309,45	3087,9	14,28	4418,95	8-7	133*4	416,72	2937,46	15,22	6342,48
5-6	219*6	114,95	2883,04	16,15	1856,44	7-Х	133*4	297,22	2910,55	15,81	4699,05
6-Х	159*4,5	64,01	1477,83	17,73	1134,90	Х-6	133*4	64,01	2910,55	15,81	1012,00
Х-7	159*4,6	297,22	1477,83	17,73	5269,71	6-5	133*4	114,95	1505,35	20,16	2317,39
7-8	159*4,5	416,72	1450,93	18,53	7721,82	5-4	114*4	309,45	1300,49	21,71	6718,16
8-9	133*4	391,18	1432,41	19,41	7592,80	4-3	114*4	547,07	1273,58	22,72	12429,43
9-10	108*4	356,43	864,16	21,17	7545,62	3-2	76*3	557,51	415,17	23,34	13012,28
Итого					60416,70	Итого					59169,93

Производится расчёт газовой сети при нормальном гидравлическом режиме. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы суммарный расход газа потребителями в левой и правой ветвях газовой сети был примерно одинаков. Потокам газа, движение которых совпадает с движением стрелки часов присваивается знак «плюс», против движения часовой стрелки - знак «минус». Далее, двигаясь против потока газа по каждой ветви кольца, определяются расчётные расходы газа для всех участков кольца. По известным диаметрам и расходам по номограмме определяют потери давления для всех участков и далее потери на участках. Все расчёты сводятся в табл. 4.6, откуда следует, что при предварительном расчёте потокораспределения ошибка в кольце составила 30,75%. В связи с тем, что невязка превысила ±10% необходимо рассчитать и ввести поправочный расход Рассчитывается поправочный расход.

Таблица 4.6

Результаты расчета сети при нормальном гидравлическом режиме
Показатели участка	Предварительное распределение расходов	Окончательное распределение расходов	Давление на участке
№ участков	Диаметр dнXS, мм	Длина участка L, мм	Qуч, м3/ч	δр2/L, кПа2/м	δр2, кПа2	δр2/Qуч, м3/ч	Q, м3/ч	δр2/L, кПа2/м	δр2, кПа2	1,1*δр2, кПа2	В начале Рн	В конце Рн√Рн2-1,1*δр2
1-2	219*6	773,54	4538,52	13,02	10071,49	2,22	4274,864	8,5	6575,09	7232,599		390,85
2-3	219*6	557,51	4520,01	13,22	7370,28	1,63	4520,01	8,3	4627,333	5090,066	390,85	384,29
3-4	219*6	547,07	3114,8	13,59	7434,68	2,39	3114,8	7,93	4338,2651	4772,092	384,29	378,03
4-5	219*6	309,45	3087,9	14,28	4418,95	1,43	3087,9	7,24	2240,418	2464,46	378,03	374,75
5-6	219*6	114,95	2883,04	16,15	1856,44	0,64	2883,04	5,37	617,2815	679,0097	374,75	373,85
6-Х	159*4,5	64,01	1477,83	17,73	1134,90	0,77	1477,83	3,79	242,5979	266,8577	373,85	373,49
7-Х	133*4	297,22	-2910,55	15,81	-4699,05	1,61	-2910,55	5,71	-1697,1262	1866,839	387,06	384,64
8-7	133*4	416,72	-2937,46	15,22	-6342,48	2,16	-2937,46	6,3	-2625,336	2887,87	390,77	387,06
9-8	159*4,5	391,18	-2955,97	14,68	-5742,52	1,94	-2955,97	6,84	-2675,6712	2943,238	394,52	390,77
10-9	219*6	356,43	-4516,87	13,81	-4922,30	1,09	-4516,87	7,71	-2748,0753	3022,883	398,33	394,52
1-10	219*6		-4538,52	13,34	-1974,32	0,44	-4538,52	8,18	-1210,64	1331,704		398,33
	30,75		8606,07	16,32	5,19

Полученный увязочный круговой расход вводится в кольца и производится окончательный расчёт. После введения кругового расхода ошибка в кольце уменьшилась до 5,19%, что приемлемо. Этим заканчивается расчёт кольца.

Рассчитываем величину давления в каждом узле кольца при нормальном режиме работы (см. табл. 4.8.)

Производится расчет тупиковых участков сети.Результаты расчета сводятся в таблице 4.9. Вычисляются значение давлений в кольцевых точках ответвлений:

Расчет можно считать удовлетворительным, т.к. при авариных ситуациях для этих потребителей несколько будет большим значение обеспеченности. На этом гидравлический расчет газовой среднего давления заканчивается. Таблица 4.9

Расчет тупиковых участков (ответвлений)

№ участка	Qот, м3/ч	Длина участка L, м	Диаметр dнXS, мм	δр2/L, кПа2/м	1,1*δр2, кПа2	Давление на участке, кПа
В начале Рн	В конце Рк
2-1'	48,28	68,58	108*4	102,07	7700,00		390,26
3-2'	3262,61	34,44	89*3	182,25	6904,41	390,85	381,92
4-3'		38,16	76*3	151,15	6344,51	384,29	375,94
5-4'	426,96	265,25	70*3	19,95	5819,58	378,03	370,25
6-5'	3262,61	43,19	70*3	138,49	6579,57	387,06	378,46
7-6'		51,7	76*3	121,28	6897,24	390,77	381,84
8-7'	48,28	59,83	89*3	109,72	7221,00	394,52	385,26
9-8'	2097,77	335,37	89*3	20,48	7553,51	398,33	388,73
10-9'	43,17	28,72	108*4	243,73	7700,00	400,00	390,26