5 Гидравлический расчёт газопроводов
Основная задача гидравлических расчетов заключается в том, чтобы определить диаметры газопроводов. С точки зрения методов гидравлические расчеты газопроводов можно разделить на следующие типы:
- расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления;
- расчет тупиковых сетей высокого и среднего давления;
- расчет многокольцевых сетей низкого давления;
- расчет тупиковых сетей низкого давления.
Для проведения гидравлических расчётов необходимо иметь следующие исходные данные:
- расчетную схему газопровода с указанием на ней номеров и длин участков;
- часовые расходы газа у всех потребителей, подключенных к данной сети;
- допустимые перепады давления газа в сети.
Расчетная схема газопровода составляется в упрощенном виде по плану газифицируемого района. Все участки газопроводов как бы выпрямляются и указываются их полные длины со всеми изгибами и поворотами. Точки расположения потребителей газа на плаке определяются местами расположения соответствующих ГРП или ГРУ.
5.1 Гидравлический расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления
Гидравлический режим работы газопроводов высокого и среднего давления назначается из условий максимального газопотребления.
Расчёт подобных сетей состоит из трёх этапов:
- расчет в аварийных режимах;
- расчет при нормальном потокораспределении;
- расчёт ответвлений от кольцевого газопровода.
Расчетная схема газопровода представлена в графической части курсового проекта. Длины отдельных участков указаны в метрах. Номера расчетных участков указаны числами в кружках. Расход газа отдельными потребителями обозначен буквой V и имеет размерность м3/ч. Места изменения расхода газа на кольце обозначены цифрами 0, 1, 2, ..... , и т. д. Источник питания газом (ГРС) подключен к точке 0.
Газопровод высокого давления имеет в начальной точке 0 избыточное давление газа р Н =1,2 МПа, а конечное давление газа р К = 0,45 МПа. Это давление должно поддерживаться у всех потребителей, подключенных к данному кольцу, одинаковым независимо от места их расположения.
В расчетах используется абсолютное давление газа, поэтому расчетные давления принимаем равными рН =1,3 МПа и рК=0,55 МПа. Длины участков переведены в километры.
Для начало расчёта определяем среднюю удельную разность квадратов давлений:
А СР = (р2н - р2к) / 1,1 ∙ ∑l i (5.1)
где ∑ l i- сумма длин всех участков по расчётному направлению, км.
Множитель 1,1 означает искусственное увеличение длины газопровода для компенсации различных местных сопротивлений (повороты, задвижки, компенсаторы и т. п.).
Далее, используя среднее значение АСР и расчетный расход газа на соответствующем участке, по номограмме определяем диаметр газопровода и по нему, используя ту же номограмму, уточняем значение А для выбранного стандартного диаметра газопровода. Затем по уточненному значению А и расчетной длине, определяем точное значение разности р2н - р2к на участке. [10] Расчеты сводят в таблицы.
5.1.1 Расчет в аварийных режимах.
Аварийные режимы работы газопровода наступают тогда, когда откажут в работе участки газопровода, примыкающие к точке питания 0. В нашем случае это участки 1 и 2. Питание потребителей в аварийных режимах должно осуществляться по тупиковой сети с условием обязательного поддержания давления газа у последнего потребителя р К = 0,45 МПа.
Результаты расчетов сводим в таблицы 4 и 5.
Расход газа на участках определяется по формуле
VР = 0,59 · S (К ОБ i • V i), (5.2)
где К ОБ i - коэффициент обеспеченности различных потребителей газа;
V i - часовой расход газа у соответствующего потребителя, м3/ч.
Для простоты коэффициент обеспеченности принят равным 0,8 у всех потребителей газа.
Расчетную длину участков газопровода определяют по уравнению
l Р = 1,1 · l Г, (5.3)
Средняя удельная разность квадратов давлений в первом аварийном режиме составит:
А СР = (1,32 - 0,552) / 1,1· 8,41 = 0,1448 МПа2 / км,
å l i = 8,41 км.
Расчет в первом аварийном режиме представлен в таблице 4.
р К = Ö(1,3 2 – 1,3881) - 0,1 = 0,4493.
Ошибка составляет 1 %, что меньше 5 %, отсюда следует, что расчёт сделан правильно.
Переходим к расчету во втором аварийном режиме (таблица 5).
р К = Ö(1,3 2 – 1,4047) - 0,1 = 0,4304.
Ошибка составляет 3 %, что меньше 5 %, отсюда следует, что расчёт также сделан правильно.
На этом расчет во втором аварийном режиме заканчивается.
Таблица 4 – Первый аварийный режим
| Отказал участок 1 | |||||
| Номер участка | Условный диаметр dУ, мм | Длина lР, км | V Р,
м3 / ч |
р2н-р2к ,
l Р МПа2/км |
р2н-р2к,
МПа2 |
| 11 | 500 | 0,451 | 35391,032 | 0,4 | 0,1804 |
| 10 | 350 | 2,750 | 6469,232 | 0,11 | 0,3025 |
| 9 | 300 | 1,430 | 5445,464 | 0,18 | 0,2574 |
| 8 | 300 | 0,220 | 4589,728 | 0,3 | 0,0264 |
| 7 | 300 | 0,880 | 3733,992 | 0,09 | 0,0792 |
| 6 | 250 | 0,550 | 3203,936 | 0,14 | 0,077 |
| 5 | 200 | 0,660 | 2348,2 | 0,24 | 0,1584 |
| 4 | 200 | 0,220 | 1492,464 | 0,11 | 0,0242 |
| 3 | 200 | 0,660 | 1441,488 | 0,11 | 0,0726 |
| 2 | 150 | 1,760 | 585,752 | 0,09 | 0,1584 |
| ålР=9,581 | å(р2н-р2к)=1,3881 | ||||
Таблица 5 - Второй аварийный режим
| Отказал участок 2 | |||||
| Номер участка | Условный
диаметр dУ, мм |
Длина lР,
км |
VР,
м3 / ч |
р2н-р2к ,
l Р МПа2/км |
р2н-р2к ,
МПа2 |
| 1 | 600 | 0,660 | 35391,032 | 0,18 | 0,1188 |
| 2 | 600 | 1,760 | 32658,842 | 0,17 | 0,2992 |
| 3 | 600 | 0,660 | 31589,172 | 0,16 | 0,1056 |
| 4 | 600 | 0,220 | 29554,452 | 0,16 | 0,0352 |
| 5 | 500 | 0,660 | 21455,782 | 0,15 | 0,099 |
| 6 | 500 | 0,550 | 17386,112 | 0,14 | 0,077 |
| 7 | 500 | 0,880 | 15657,04 | 0,12 | 0,1232 |
| 8 | 400 | 0,220 | 11801,304 | 0,14 | 0,0308 |
| 9 | 400 | 1,430 | 9945,568 | 0,13 | 0,1859 |
| 10 | 400 | 2,750 | 7921,854 | 0,12 | 0,33 |
| ålР=9,79 | å(р2н-р2к)=1,4047 | ||||
Зная потери давления на каждом участке, определяем абсолютное давление в каждой точке в обоих аварийных режимах:
р i = Ö (р 2Н - S(р 2Н - р 2К) i), (5.4)
где S(р 2Н - р 2К) - сумма разности квадратов давлений на участках, предшествующих точке определения давления.
Все расчеты по определению давлений в различных точках кольца сведем в таблицу 6.
Таблица 6 – Расчет при отказе участка
| Номер точки на кольце | Отказал участок 1 | Отказал участок 2 |
| Давление газа, МПа | Давление газа, МПа | |
| 0 | 1,3 | 1,3 |
| 1 | 0,5945586 | 1,2654785 |
| 2 | 0,7154718 | 1,2534751 |
| 3 | 0,764526 | 1,1278297 |
| 4 | 0,7801922 | 1,08 |
| 5 | 0,8758424 | 1,0635788 |
| 6 | 0,9187491 | 1,0159724 |
| 7 | 0,9608850 | 0,9773433 |
| 8 | 0,9745255 | 0,9121403 |
| 9 | 1,0876120 | 0,8950977 |
| 10 | 1,0986810 | 0,7844106 |
| 11 | 1,2286578 | 0,5341348 |
Давление газа в точках подключения к кольцу потребителей необходимо знать для определения диаметров ответвлений при гидравлическом расчете последних.
5.1.2 Расчет ответвлений
В этом расчете определяются диаметры газопроводов, подводящих газ от кольцевого газопровода к потребителям V 1, V 2, ..... , и т. д. Для этого используется расчет давления в точках изменения расходов 1, 2, 3, .... 17 сведенный в таблицу. Перепад давлений в точке подключения газопровода ответвления к кольцевому газопроводу и заданным конечным давлением у потребителя.
Для определения начального давления из таблиц 7 и 8 для одной и той же точки выбираем наименьшее абсолютное давление газа. Далее определяется удельная разность квадратов давлений на участке, (МПа2/км)
A = (р 2Н - р 2К) / 1,1 · l Г i, . (5.5)
По номограмме определяем диаметр газопровода.
Все расчеты по определению диаметров ответвлений сводим в таблицу 7.
Таблица 7- Расчет ответвлений
| Номер ответвления |
Начальное давление, МПа |
Конечное давление, МПа | Длина участка, км |
Расход газа, м3/ч |
Диаметр условный, мм |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 12 | 0,5945 | 0,55 | 0,2 | 1241 | 150 |
| 13 | 0,7154 | 0,55 | 0,2 | 1813 | 200 |
| 14 | 0,7645 | 0,55 | 0,2 | 108 | 100 |
| 15 | 0,7801 | 0,55 | 0,12 | 1813 | 200 |
| 16 | 0,8758 | 0,55 | 0,12 | 1813 | 200 |
| 17 | 0,9187 | 0,55 | 0,5 | 1123 | 150 |
| 18 | 0,9608 | 0,55 | 0,5 | 1813 | 200 |
| 19 | 0,9121 | 0,55 | 0,2 | 1813 | 200 |
| 20 | 0,8950 | 0,55 | 0,1 | 2169 | 200 |
| 21 | 0,7844 | 0,55 | 0,09 | 61275 | 500 |
5.1.3 Расчёт при нормальном потокораспределении.
Нормальное потокораспределение предполагает движение газа от питания кольца в обе стороны.
Точка схода обоих потоков газа должна находиться где-то на кольце. Эта точка определяется из условий - расходы газа по обоим направлениям кольца должны быть примерно одинаковыми.
Расчёты при нормальном потокораспределении рекомендуется свести в таблицу.
* Знаки "+" и "-" означают условное деление потоков газа на положительные (направление по часовой стрелке) и отрицательные (движение против часовой стрелки).
Для определения ошибки надо просуммировать по модулю все числа в графе 6 таблицы 7 и оценить разность положительных и отрицательных чисел в этой же графе по нижеприведенной формуле
Ошибка составляет:
0,0272 · 100 / 0,5 · 0,9792 = 5,55 %.
Диаметры участков газопровода в этом режиме выбираются из таблицы расчетов в аварийных режимах. Для каждого участка принимается наибольший из двух диаметров. При этом размеры диаметров на головных участках кольца будут наибольшими. Далее размеры диаметров будут монотонно убывать в направлении точки схода потоков (таблица 8).
Таблица 8 - Расчёты при нормальном потокораспределении
| Номер участка |
Расход на участке, м3/ч |
Диаметр газопровода, мм |
Длина участка, км |
р2Н-р2К/l, МПа2/км |
р2Н-р2К, МПа2 |
р2Н-р2К/VУЧ, • 10-6 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 1 | -35840,652 | 600 | 0,6 | 0,16 | 0,096 | 2,679 |
| 2 | -34585,181 | 600 | 0,16 | 0,15 | 0,024 | 0,694 |
| 3 | -30288,8245 | 500 | 0,6 | 0,12 | 0,072 | 2,377 |
| 4 | -22451,6214 | 500 | 0,2 | 0,07 | 0,014 | 0,624 |
| 5 | -18644,1455 | 400 | 0,6 | 0,04 | 0,24 | 12,873 |
| 6 | -20515,4098 | 400 | 0,5 | 0,06 | 0,03 | 1,462 |
| 7 | +22517,8765 | 400 | 0,8 | 0,07 | 0,056 | 2,487 |
| 8 | +24984,5465 | 500 | 0,2 | 0,08 | 0,016 | 0,640 |
| 9 | +29454,5535 | 500 | 0,13 | 0,12 | 0,0156 | 0,530 |
| 10 | +31155,5848 | 500 | 2,5 | 0,14 | 0,35 | 11,234 |
| 11 | +35448,1235 | 500 | 0,41 | 0,16 | 0,0656 | 1,851 |
| S= 0,9792 | S= 37,45•10-6 | |||||
| +0,0272 |
Для определения удельной разности квадратов давлений на участке используют номограмму. Их определяют по известными диаметру и расходу и вносят в графу 5 таблицы 8. Зная расчетные длины участков, вычисляют разности квадратов давлений на участках и вносят их в графу 6 таблицы.
Критерием правильности расчёта является равенство сумм положительных и отрицательных значений р2н - р2к. Если равенства нет, то разность этих значений не должна превышать 10 % от половины абсолютного значения суммы чисел в графе 6 таблицы. В нашем примере эта разность составляет 5,5 %, что приемлемо.
На этом гидравлический расчет газопровода высокого давления заканчивается.