Пример расчета диаметра газопровода высокого давления

Гидравлический расчет сложного газопровода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Авиационный факультет

Кафедра «НГОТ»

Специальность 130501 «Проектирование,
сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы теории и
проектирования энергетических систем газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Тема «Гидравлический расчет сложного
газопровода»

Выполнил студент гр. НГД-091 А.С. Соколов

Руководитель А.И. Житенёв

Воронеж 2013

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Основы теории и проектирования
энергетических систем газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Тема проекта «Гидравлический расчет сложного газопровода»

Студент группы НГД-091 Соколов Алексей Сергеевич

Задание №1

.        В соответствии с вариантом задания (Приложение А) составить
аналитическую зависимость для эквивалентного газопровода, представить вывод
этой зависимости с промежуточными результатами и подробными комментариями.

.        Вычислить пропускную способность сложного газопровода.

.        Рассчитать давления во всех промежуточных точках и построить
зависимости давления от продольной координаты газопровода по каждой нитке.

Задание
№2

1.      В соответствии с вариантом задания рассчитать диаметры
трубопроводной системы для обеспечения нормативных значений потерь давления.

.        Определить начальное давление, необходимое для снабжения газом
всех потребителей в соответствии с исходными данными (Приложение Б).

.        Рассчитать давление во всех промежуточных точках и построить
зависимости давления от продольной координаты газопровода по каждой нитке.

Руководитель 
А.И. Житенёв

Задание
принял студент  А.С. Соколов

Введение

. Гидравлический расчет сложного газопровода высокого
давления

.1 Определение пропускной способности сложного газопровода

.2 Оценка полученного расхода в системе

.3 Построение зависимости давления в эквивалентном
газопроводе от продольной координаты

.4 Распределение давления по участкам трубопроводной системы

. Гидравлический расчет сложного газопровода низкого давления

.1 Определение давления в узловых точках сети

.2 Определение диаметра участков распределительной сети

.3 Приведение диаметров участков сети к стандартным значениям

.4 Определение зависимости давления в сети от продольной
координаты

Заключение

Список литературы

Приложения

Расчет расхода на ограниченном участке

Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.

Определение данных с помощью программы

Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету.

Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):

1. Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
2. Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
3. Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
4. Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
5. Полученные суммы для котлов и плит суммируются.

Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.

Расчет с использованием формул

Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.

А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.

Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения

В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов низкого, среднего и, конечно же, высокого давления. И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.

Вычисления с помощью номограмм

Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом — диаметр трубы и толщину ее стенок.

Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети

Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.

Определение пропускной способности трубопроводов ГРС

Б.К. Ковалев, заместитель директора по НИОКР

В последнее время все чаще приходится сталкиваться с примерами, когда оформление заказов на промышленное газовое оборудование ведут менеджеры, не имеющие достаточного опыта и технических знаний в отношении предмета закупок. Иногда результатом становится не вполне корректная заявка или принципиально неверный подбор заказываемого оборудования. Одной из наиболее распространенных ошибок является выбор номинальных сечений входного и выходного трубопроводов газораспределительной станции, сориентированный только на номинальные значения давления газа в трубопроводе без учета скорости потока газа. Цель данной статьи – выдача рекомендаций по определению пропускной способности трубопроводов ГРС, позволяющих при выборе типоразмера газораспределительной станции проводить предварительную оценку ее производительности для конкретных значений рабочих давлений и номинальных диаметров входного и выходного трубопроводов.

При выборе необходимых типоразмеров оборудования ГРС одним из основных критериев является производительность, которая в значительной мере зависит от пропускной способности входного и выходного трубопроводов.

Пропускная способность трубопроводов газораспределительной станции рассчитывается с учетом требований нормативных документов, ограничивающих максимально допустимую скорость потока газа в трубопроводе величиной 25м/с. В свою очередь, скорость потока газа зависит главным образом от давления газа и площади сечения трубопровода, а также от сжимаемости газа и его температуры.

Пропускную способность трубопровода можно рассчитать из классической формулы скорости движения газа в газопроводе (Справочник по проектированию магистральных газопроводов под редакцией А.К. Дерцакяна, 1977):

где W— скорость движения газа в газопроводе, м/сек; Q — расход газа через данное сечение (при 20°С и 760 мм рт. ст.), м 3 /ч; z — коэффициент сжимаемости (для идеального газа z = 1); T = (273 + t °C) — температура газа, °К; D — внутренний диаметр трубопровода, см; p = (Pраб + 1,033) — абсолютное давление газа, кгс/см 2 (атм); В системе СИ (1 кгс/см 2 = 0,098 МПа; 1 мм = 0,1 см) указанная формула примет следующий вид:

где D — внутренний диаметр трубопровода, мм; p = (Pраб + 0,1012) — абсолютное давление газа, МПа. Отсюда следует, что пропускная способность трубопровода Qmax, соответствующая максимальной скорости потока газа w = 25м/сек, определяется по формуле:

Для предварительных расчетов можно принять z = 1; T = 20?С = 293 ?К и с достаточной степенью достоверности вести вычисления по упрощенной формуле:

Значения пропускной способности трубопроводов с наиболее распространенными в ГРС условными диаметрами при различных величинах давления газа приведены в таблице 1.

Источник

Правила выполнения расчета

Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.

Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.

Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные

Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы.

К которым относятся:

• расчет по приведенным в СП формулам — это самый сложный способ расчета;
• расчет по, так называемым, номограммам — это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.

Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

• для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, — 0,007 см;
• для уже использовавшихся стальных изделий — 0,1 см;
• для новых стальных конструкций — 0,01 см.

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.

Гидравлический расчет газопровода: методы и способы вычисления + пример расчета

Для безопасной и безотказной работы газоснабжения его нужно спроектировать и рассчитать

Важно безупречно подобрать трубы для магистралей всех типов давления, обеспечивающих стабильную поставку газа к приборам

Чтобы подбор труб, арматуры и оборудования был максимально точным, производят гидравлический расчет трубопровода. Как его сделать? Признайтесь, вы не слишком сведущи в этом вопросе, давайте разбираться.

Мы предлагаем ознакомиться со скрупулезно подобранной и досконально обработанной информацией о вариантах производства гидравлического расчета для газопроводных систем. Использование представленных нами данных обеспечит подачу в приборы голубого топлива с требующимися параметрами давления. Тщательно проверенные данные опираются на регламент нормативной документации.

В статье предельно обстоятельно рассказано о принципах и схемах производства вычислений. Приведен пример выполнения расчетов. В качестве полезного информативного дополнения использованы графические приложения и видео-инструкции.

1. Общие положения

При проектировании
трубопроводов для транспорта газа выбор
размеров труб осуществляется на основании
их гидравлического расчета, имеющего
целью определить внутренний диаметр
труб для пропуска необходимого количества
газа, и что важно отметить, при допустимых
для конкретных условий потерях давления.
Основной особенностью газораспределительных
сетей населенного пункта, отличающей
их от других инженерных систем и,
соответственно, определяющей специфику
гидравлического расчета, является
отсутствие на трассе нагнетателей
давления. Транспортирование осуществляется
лишь за счет энергии, полученной от
компрессорных установок на магистральных
сетях

В связи с этим потери давления в
системах газоснабжения в пределах
населенного пункта достаточно жестко
регламентируются (см. пункт. 3.25 ). Таким
образом, выполняя должным образом
гидравлический расчет, проектировщик
должен получить оптимальное решение:
с одной стороны диаметры труб не должны
создавать при движении чрезвычайно
больших потерь давления, а с другой
стороны нужно естественно стремиться
к малой материалоемкости систем.

Другой особенностью
газораспределительных систем является
обязательный учет сжимаемости
транспортируемой среды. Это несколько
усложняет основные расчетные зависимости,
вывод которых содержится в . Так для
отдельного расчетного участка газовой
сети низкого давления потери давления
(Па) вследствие трения определяются по
формуле

.

Расчетный участок
сети среднего или высокого давления
будет уже характеризоваться квадратичным
перепадом давления (кПа2)

.

В представленных
формулах естественно важна конкретизация
расчетной зависимости для коэффициента
гидравлического трения и величины
абсолютной шероховатости внутренней
поверхности.

Гидравлический
расчет можно производить тремя способами.
Первый из них основан на использовании
номограмм (см., напр., ), по которым для
заданного диаметра и расхода можно
весьма просто определить потери давления
на рассматриваемом участке. Недостатком
является низкая точность получаемых
результатов. Второй способ, позволяющий
получать более точные результаты,
предполагает применение расчетных
таблиц (см., напр., ). В них содержатся
численные значения удельных потерь
давления (Па/м, кПа2/м) для дискретных
значений
и
.
В связи с этим здесь возникает необходимость
применения линейной интерполяции, что
несколько усложняет процедуру расчета.
Помимо этого для рассмотренных двух
способов необходимо значения, взятые
из расчетных таблиц или номограмм,
умножать на коэффициент по плотности.
Третий способ основан на непосредственном
расчете по представленным выше формулам
при использовании ЭВМ или программируемых
калькуляторов, причем последние должны
иметь возможность производить вычисления
степенных выражений с вещественными
показателями. Данный способ особенно
полезен при больших объемах вычислений,
но требует от проектировщика наличия
хотя бы простейшей программы.

Помимо
линейных потерь вследствие трения при
движении газа в трубопроводах в
определенных элементах систем, где
характерно изменение скорости и
направление потока, создаются местные
сопротивления. Для наружных систем их
учет производится достаточно просто
путем увеличения длины расчетного
участка на 10 %. Для внутренних же систем
необходим детальный учет отдельных
местных сопротивлений в соответствии
с формулой

,

где
-расчетная
длина участка газопровода;
-фактическая
его длина;
-сумма
коэффициентов местных сопротивлений,
расположенных на рассматриваемом
расчетном участке;
-эквивалентная
длина прямолинейного участка газопровода,
путевые потери давления в котором равны
потерям давления в местном сопротивлении
со значением
.
Последняя характеристика в общем случае
определяется по формуле

,

а для различных режимов
течения формулы для эквивалентной длины
можно найти в 3.28 или же, не рассчитывая
ее, определить по номограммам или
расчетным таблицам.

При определении потерь
давления в газопроводах низкого давления
должны учитываться также потери,
вызываемые разностью плотности газа и
воздуха, то есть гидростатический напор,
Па,

,

где
-разность
абсолютных высотных отметок начальных
и конечных участков газопровода, м;
-ускорение
силы тяжести;
и
-плотности
газа и воздуха при нормальных условиях.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

• плотность газа;
• коэффициент кинетической вязкости;
• температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия

Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Определение расхода теплоносителя и диаметров труб

Вначале каждую отопительную ветвь надо разбить на участки, начиная с самого конца. Разбивка делается по расходу воды, а он изменяется от радиатора к радиатору. Значит, после каждой батареи начинается новый участок, это показано на примере, что представлен выше. Начинаем с 1-го участка и находим в нем массовый расход теплоносителя, ориентируясь на мощность последнего отопительного прибора:

G = 860q/ ∆t, где:

• G – расход теплоносителя, кг/ч;
• q – тепловая мощность радиатора на участке, кВт;
• Δt– разница температур в подающем и обратном трубопроводе, обычно берут 20 ºС.

Для первого участка расчет теплоносителя выглядит так:

860 х 2 / 20 = 86 кг/ч.

Полученный результат надо сразу нанести на схему, но для дальнейших расчетов он нам понадобится в других единицах – литрах в секунду. Чтобы сделать перевод, надо воспользоваться формулой:

GV = G /3600ρ, где:

• GV – объемный расход воды, л/сек;
• ρ– плотность воды, при температуре 60 ºС равна 0.983 кг / литр.

В данных таблицах опубликованы значения диаметров стальных и пластмассовых труб в зависимости от расхода и скорости движения теплоносителя. Если открыть страницу 31, то в таблице 1 для стальных труб в первом столбце указаны расходы в л/сек. Чтобы не производить полный расчет труб для системы отопления частого дома, надо просто подобрать диаметр по расходу, как показано ниже на рисунке:

Итак, для нашего примера внутренний размер прохода должен составлять 10 мм. Но поскольку такие трубы не используются в отоплении, то смело принимаем трубопровод DN15 (15 мм). Проставляем его на схеме и переходим ко второму участку. Так как следующий радиатор имеет такую же мощность, то применять формулы не нужно, берем предыдущий расход воды и умножаем его на 2 и получаем 0.048 л/сек. Снова обращаемся к таблице и находим в ней ближайшее подходящее значение. При этом не забываем следить за скоростью течения воды v (м/сек), чтобы она не превышала указанные пределы (на рисунках отмечена в левом столбце красным кружочком):

Как видно на рисунке, участок №2 тоже прокладывается трубой DN15. Далее, по первой формуле находим расход на участке №3:

860 х 1,5 / 20 = 65 кг/ч и переводим его в другие единицы:

65 / 3600 х 0,983 = 0.018 л/сек.

Прибавив его к сумме расходов двух предыдущих участков, получаем: 0.048 + 0.018 = 0.066 л/сек и вновь обращаемся к таблице. Поскольку у нас в примере делается не расчет гравитационной системы, а напорной, то по скорости теплоносителя труба DN15 подойдет и на этот раз:

Идя таким путем, просчитываем все участки и наносим все данные на нашу аксонометрическую схему:

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик дает возможность понять, с чего начинается гидравлический расчет, откуда проектировщики берут нужные данные:

В следующем ролике приведен пример одного из видов компьютерного расчета:

Далее можно ознакомиться с примером расчета с использованием компьютерной программы:

Чтобы выполнить гидравлический расчет с помощью компьютера, как это позволяет профильный Свод правил, достаточно потратить немного времени на ознакомление с программой и сбор нужных данных.

Но практического значения все это не имеет, так как составление проекта — процедура гораздо более объемная и включает в себя множество других вопросов. Ввиду этого большинству граждан придется обращаться за помощью к специалистам.

Появились вопросы, нашли недочеты или можете дополнить наш материал ценной информацией? Оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.

Источник