Гидравлический расчет кольцевых газовых сетей высокого

Давления

Газовые сети высокого давления являются верхним иерархическим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и больших городов их проектируют кольцевыми и только для маленьких городов они могут выполняться в виде разветвленных тупиковых сетей.

Все городские сети рассчитывают на заданный перепад давлений. Такой подход к расчету связан с тем, что в город газ поступает под определенным давлением и поддерживается не ниже заданной величины.

Расчетный перепад для сетей высокого давления определяют исходя из следующих соображений. Начальное давление принимают максимальным по СП 62.13330.2011[6], СП 42-101-2003[4]. для соответствующей категории газопровода. Конечное давление принимают таким, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимально допустимое давление газа перед горелками, с учетом перепада давлений в абонентском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в ГРП. В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление примерно 0,15-0,2 МПа.

При расчете кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв следует проверять расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие режимы обычно возникают при выключении головных участков. Для многокольцевой сети неблагоприятных режимов, которые необходимо проверить расчетом, может быть несколько.

В виду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отказах ее элементов. Снижение качества оценивают коэффициентом обеспеченности К_об, который зависит от категории потребителей.

Сети высокого (среднего) давления являются управляемыми, так как к ним присоединяют ограниченное число крупных потребителей, режимом подачи газа которых управляет диспетчерская служба.

Следствием управляемости сети является и особая постановка задачи расчета гидравлического режима заключающегося в том, что не только в расчетном режиме, но и в аварийных ситуациях узловые расходы газа являются заданными. Это положение позволяет вести расчет аварийных режимов теми же методами какими определяют диаметр газопроводов при расчетном режиме. Отличие состоит лишь в том, что меняется геометрия сети- выключают один или несколько элементов и уменьшают узловые нагрузки в соответствии с принятым К_об. Возможное уменьшение подачи газа ограничено нижним пределом, который устанавливают из соображений минимально допустимого давления газа перед приборами. Это минимальное давление определяется минимальной нагрузкой которую принимают равной 50% расчетного значения.

Половину нормы газообразного топлива будут получать примерно 20-30% потребителей. Причем такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовлении пищи. В основном это будет отражаться на качестве горячего водоснабжения. Как показывают исследования при снижении давления после ГРП можно уменьшить максимальный расход примерно на 15-20%. Следовательно, для коммунально-бытовых потребителей, присоединенных к сети низкого давления, коэффициент обеспеченности можно принять равным 0,8-0,85. Учитывая кратковременность аварийных ситуаций и теплоаккумулирующую способность зданий, можно сократить подачу газа на отопительные цели. Коэффициент обеспеченности для отопительных котельных можно принять 0,7-0,75.

Коэффициент обеспеченности промышленных предприятий определяют из следующих соображений. Если предприятие имеет резервную систему снабжения топливом то К_об = 0. При ее отсутствии допустимое сокращение подачи газа зависит от сокращения подачи теплоты на отопительные цели. Для технологических нужд сокращать подачу газа не следует. Таким образом, коэффициент обеспеченности можно определить для всех сосредоточенных потребителей и на их основе рассчитать аварийные гидравлические режимы. После обоснования коэффициента обеспеченности для всех потребителей решают вторую задачу, т.е. определяют необходимый резерв пропускной способности сети.

Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчету, два: при выключении головных участков слева и справа от точки питания.

Так как при выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, то диаметр кольца можно определить из расчета аварийного гидравлического режима при лимитированном газоснабжении для тупиковой линии.

Рекомендуется следующий расчет порядок расчета однокольцевой сети высокого (среднего) давления:

1. Производим предварительный расчет диаметра кольца по приближенным зависимостям:

, (2.45)

, (2.46)

где Q_р – расчетный расход газа, м³/ч;

Q_i – расчетные расходы газа потребителями, м³/ч;

К_об = 0,7 – коэффициент обеспеченности принятый для всех потребителей;

l_к – длина кольца, м.

2. Выполняем два варианта гидравлического расчета аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания. Диаметры участков корректируем так, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения. Для всех ответвлений рассчитываем диаметры газопроводов на полное использование перепада давлений с подачей им газа. Гидравлический расчет может выполняться по формулам, представленным в СП 41-101-2003[4] или по номограмме. (Приложение В)

3. Рассчитываем распределение потоков при нормальном режиме и определяем давление газа во всех узловых точках.

4. Проверяем диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при расчетном гидравлическом режиме. При недостаточности диаметров увеличиваем их до необходимых размеров.

В нашем примере гидравлический расчет газовой сети выполнен для однокольцевого газопровода. В приложении Д приведена расчетная схема газопроводов высокого давления II категории для кварталов.

Трассу кольцевого газопровода следует прокладывать таким образом, чтобы левая и правая ветвь кольца были загружены равномерно. Далее нумеруем все узлы. Стрелками указываем направление движения транзитных потоков газа.

Давление на выходе из ГРС-1 примем 0,7 МПа (абс.). Оно и будет в нашем случае давлением газа в начале сети, Р_н. Конечное давление газа в конце сети примем Р_к = 0,4 МПа (абс.). Коэффициент обеспеченности для всех потребителей примем К_об = 0,7.

Гидравлический расчет газовой сети высокого давления II категории для кольца представлен в таблице 2.20-2.28.

Определим предварительный диаметр кольца по расчетному расходу и удельному падению квадрата давления по формуле:

,

где Q_р – расчетный расход газа в аварийном режиме.

Увеличивая длину кольца на 10% учитываем потери давления газа в местных сопротивлениях.

Находим предварительный расчетный диаметр кольца по формуле:

По ГОСТ Р 50838-2009 (ИСО44372007) принимаем ближайший стандартный внутренний диаметр, который равный 25,78 см (SDR 11, dн=315мм).

Производим расчеты для двух аварийных режимов при выключении участков 1-2 и 1-29.

Первоначально считаем, что диаметры всех участков равны 315 мм и проверяем использование заданного перепада давления. При необходимости корректируем диаметры.

Узловые расходы принимаем равными .

Давление в конце каждого участка рассчитываем по формуле:

(2.47)

В процессе гидравлического расчета выяснилось, что кольцо диаметром 315 мм не обеспечивает необходимого давления в концевых точках.

Чтобы обеспечить необходимое минимальное давление в концевых узлах, увеличиваем диаметры участков ГРС-1 принимаем равным 36,82 см (450 мм), диаметры участков кольца 32,74 см (400 мм).

Результаты данного расчета приведены в таблицах 2.20 - 2.23.

Далее рассчитываем диаметры ответвлений для аварийных режимов при подаче потребителям .

Сначала определяем давление газа в начале всех ответвлений как при отказе участка 1-2, так и при отказе участка 1-29. Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления Р_н.от. выбираем меньшее. Для этого давления и рассчитываем диаметр ответвления по формуле при условии, чтобы давление в конце ответвления было не менее 0,4 МПа.

Все расчеты для ответвлений в аварийном режиме сводим в таблицы 2.24, 2.25.

Далее производим расчет потокораспределения при нормальном гидравлическом режиме сети. Сначала задаемся предварительным распределением потоков. Примем точку схода потоков в узле 15. Точка схода потоков в нулевом приближении определяется так: все кольцо разбивается на две тупиковые сети, приблизительно одинаковых по длине и по суммарным расходам в одну и другую сторону от точки схода потоков газа.

Будем считать, что по участку 15-16 в ответвление поступает газ с расходом 200 м³/ч, а по участку 17-16 поступает -61,89 м³/ч.

Далее, двигаясь против потоков газа по каждой ветви кольца, находим расчетные расходы газа для всех участков кольца.

По известным диаметрам и расходам по формулам находим потери давления на всех участках. Все расчеты сводим в таблицу 2.26.

В результате расчета кольца, исходя из предварительного распределения потоков, получаем невязку потерь квадрата давления, равную 0,0055.

Следовательно, правая ветвь кольца перегружена. Для ее разгрузки необходимо ввести круговой расход газа. Ошибка в кольце составляет величину:

(2.48)

Таким образом, для кольца ошибка составляет 11%. Ошибка должна быть не более 10%.

Рассчитаем поправочный круговой расход по формуле:

(2.49)

Для малого кольца поправочный круговой расход:

Примем

Полученный увязочный круговой расход вводим в кольцо и производим окончательный расчет. После введения кругового расхода ошибка в кольце уменьшилась до 8%.

Результаты расчета сводим в таблицу 2.27. Этим заканчивается расчет кольца.

Затем проверяем достаточность принятых диаметров ответвлений в процессе расчета аварийных гидравлических режимов. Если конечное давление в конце ответвлений не менее 0,4 МПа, тогда принятый диаметр оставляем. В противном случае диаметры увеличиваем. Результаты расчета сводим в таблицу 2.28.

На этом гидравлический расчет однокольцевого газопровода высокого давления II категории заканчивается.

Результаты гидравлического расчета приведены в таблицах 2.20-2.28.