Методика гидравлического расчета газопровода

Для транспортировки всех видов газа от поставщика к потребителю используются трубопроводы и другие специальные сооружения и комплексы, которые бывают разных размеров и конструкций. Чтобы газовая магистраль на всех участках была надёжной и более эффективной в эксплуатации, обязательно проводится гидравлический расчёт газопровода с подбором оптимального для данных эксплуатационных условий режима его работы.

Почему необходимо проводить расчёт газопровода

На протяжении всех участков газопроводной магистрали проводятся расчёты для выявления мест, где в трубах вероятны появления возможных сопротивлений, изменяющих скорость подачи топлива.

Если все вычисления сделать правильно, то можно подобрать наиболее подходящее оборудование и создать экономичный и эффективный проект всей конструкции газовой системы.

Это избавит от лишних, завышенных показателей при эксплуатации и расходов в строительстве, которые могли бы быть при планировании и установке системы без гидравлического расчёта газопровода.

Появляется лучшая возможность подбора нужного размера в сечении и материалов труб для более эффективной, быстрой и стабильной подачи голубого топлива в запланированные точки системы газопровода.

Обеспечивается оптимальный рабочий режим всей газовой магистрали.

Застройщики получают финансовую выгоду при экономии на закупках технического оборудования, строительных материалов.

Производится правильный расчёт газопроводной магистрали с учётом максимальных уровней расхода горючего в периоды массового потребления. Учитываются все промышленные, коммунальные, индивидуально-бытовые нужды.

Классификация газопроводов

Современные газопроводы – это целая система комплексов сооружений, предназначенных для транспортировки горючего топлива от мест его добычи до потребителей. Поэтому по предназначению они бывают:

• Магистральными – для транспортировки на большие расстояния от мест добычи до пунктов назначения.
• Местными – для сбора, распределения и подачи газа к объектам населённых пунктов и предприятий.

По магистральным трассам сооружаются компрессорные станции, которые нужны для поддержания в трубах рабочего давления и поставки газа до назначенных пунктов к потребителям в необходимых объёмах, рассчитанных заранее. В них газ очищается, осушается, сжимается и охлаждается, а затем возвращается в газопровод под определённым давлением, необходимым для данного участка прохождения топлива.

Все газопроводы – это сложные сооружения, оснащённые автоматизированными системами регулировки всеми технологическими процессами. Их эксплуатация основывается на технических исследованиях, в том числе на результатах гидравлического расчёта трубопроводов.

Местные газопроводы, расположенные в населённых пунктах, классифицируются:

• По виду газа – транспортироваться может природный, сжиженный углеводородный, смешанный и др.
• По давлению – на разных участках газ бывает с низким, средним и высоким давлением.
• По расположению – наружные (уличные) и внутренние, надземные и подземные.

Принцип работы газовой магистрали

В составе городских систем находятся:

• источник газоснабжения;
• газораспределительные станции;
• газопроводы разных уровней давления;
• газгольдерные станции;
• ГРУ и ГРП;
• средства телемеханизации.

В процессе гидравлического расчёта все эти объекты учитываются, так как каждый из них оказывает своё воздействие на скорость и объём транспортируемого топлива. Вычисления проводятся по отдельным участкам, а затем суммируются.

Схема газовой магистрали

1. Сеть газопроводов, расположенных в пределах города, оснащена специальными системами для распределения газа (станциями), которые располагаются в конце всех этих трубопроводов.
2. При поступлении газа на такую станцию, его давление регулируется и перераспределяется, а напор подачи снижается до допустимых значений.
3. Затем газ перемещается в регуляторный пункт, оттуда отправляется далее в сеть, где давление снова увеличивается.
4. Трубопроводы с самым высоким уровнем давления подключаются к системам, расположенным в подземных хранилищах.
5. Для управления уровнем расхода газа в каждый суточный период, строятся специальные газгольдерные станции.
6. Газ с высоким и средним показателем уровня давления транспортируется в трубах, которые служат своего рода подпиткой для магистралей с низким напором газа. Для управления процессами перепадов давления устанавливаются специальные точки регулировки.
7. Чтобы точно учитывать уровни потери давления при транспортировке газа и поступление всего планируемого объёма в назначенный пункт, методом гидравлического расчёта определяют оптимальный диаметр труб, для установки подходящего размера.

Гидравлический расчёт газопровода с низким давлением

Вначале ориентировочно учитывается, сколько населения проживает в данном районе, количество промышленных, общественных объектов, а затем определяется приблизительный объём газа, который потребуется расходовать на бытовые и производственные нужды.

Магистральный газопровод с низким давлением

Затем вычисляется средний расход топлива в течение определённого времени (обычно 1 часа).

Требуется учесть точки газораспределения – подсчитывается их количество, а также местонахождение, чтобы знать, какой длины надо будет строить магистраль, какой диаметр труб и строительные материалы выбрать.

Из-за разницы в показателях производится расчёт не только общих перепадов давления всей магистрали, но и в распределительных точках, газопроводах внутри зданий и всех абонентских ветвях.

Если размеры труб разные, то измеряется площадь каждого одинакового участка, рассчитывается расход газа на все из этих показателей в отдельности, а затем суммируется.

Вычислительные работы выполняются с учётом нескольких факторов: расчётных данных отрезка газопровода, фактических показателей со всего участка и эквивалентных показаний.

В итоге подсчитывается узловая и удельная путевая затрата. Узловая сосредоточена в определённой точке магистрали, а удельная путевая распределена между узловыми точками.

Гидравлический расчёт газопровода со средним давлением

Учитываются показания напора топлива в начале его подачи. Этот участок находится в пределах от главной газораспределительной точки до места, где происходит переход высокого давления к среднему. Уровень давления на этом участке должен быть таким, чтобы даже в периоды самых больших нагрузок на магистраль показатели были всегда выше минимальных допустимых отметок.

Способ стабилизации давления газа на компрессорной станции магистрального газопровода

1. Применяются вычисления по принципу перемены давления с учётом определённой длины трубопровода.
2. Вначале рассчитываются потери давления, возникающие на основном участке магистрали, а затем – расход топлива.
3. По этим средним показателям подбирается необходимая толщина и диаметры труб.
4. Выбираются все их возможные размеры, а потом по номограмме определяется уровень потерь для каждого варианта.
5. При правильных показаниях гидравлического расчёта потери давления на таких участках всегда соответствуют постоянному уровню.

Гидравлический расчёт газопровода с высоким давлением

Вычисления проводятся с учётом самого высокого натиска газа, а также всех особенностей спецификации данного газопровода. Поэтому подбираются строительные материалы и виды труб с такими техническими характеристиками, которые обеспечат нормальное функционирование системы газопровода по всей магистрали. Обязательно учитываются и все окружающие условия, где будет проложен газопровод. Досконально изучается местность и составляется точный её план. Далее:

Гидравлический расчёт газопроводов и среднего давления

• Составляется схема проекта с чётко обозначенными ответвлениями к местам потребления.
• Выбирается минимальная длина пути и обязательно расположение по кольцу.
• Расчёты производятся на основании измерений всех участков с учётом масштаба.
• Результаты показаний увеличиваются – в итоге расчётная длина каждого участка будет больше на 10%.
• Показания гидравлического расчёта, выполненного с каждого отдельного участка, суммируются для определения общего расхода топлива.
• Затем определяется внутренний оптимальный размер трубы.

Что ещё учитывается при расчёте газопроводной магистрали

В результате трения о стенки скорость газа по сечению трубы различается – по центру она быстрее. Однако применяется для расчётов средний показатель – одна условная скорость.

Различают два вида перемещения по трубам: ламинарное (струйное, характерное для труб с малым диаметром) и турбулентное (имеет неупорядоченный характер движения с непроизвольным образованием вихрей в любом месте широкой трубы).

Расчет диаметра трубопровода магистрального газоснабжения

Газ перемещается не только из-за оказываемого на него внешнего давления. Его слои оказывают давление между собой. Поэтому учитывается и фактор гидростатического напора.

На скорость перемещения влияют и материалы труб. Так в стальных трубах в процессе эксплуатации увеличивается шероховатость внутренних стенок и оси сужаются по причине зарастания. Полиэтиленовые трубы, наоборот, увеличиваются во внутреннем диаметре с уменьшением толщины стенок. Всё это учитывается при расчётном давлении.

Основные уравнения гидравлического расчёта газопровода

Для расчёта движения газа по трубам берутся значения диаметра трубы, расходы топлива и потеря напора. Вычисляется в зависимости от характера движения. При ламинарном – расчёты производятся строго математически по формуле:

Р1 – Р2 = ∆Р = (32*μ*ω*L)/D2 кг/м2 (20), где:

• ∆Р – кгм2, потери напора в результате трения;
• ω – м/сек, скорость движения топлива;
• D – м, диаметр трубопровода;
• L – м, длина трубопровода;
• μ – кг сек/м2, вязкость жидкости.

При турбулентном движении невозможно применить точные математические расчёты по причине хаотичности движения. Поэтому применяются экспериментально определяемые коэффициенты.

Рассчитываются по формуле:

Р1 – Р2 = (λ*ω2*L*ρ)/2g*D (21), где:

• Р1и Р2 – давления в начале и конце трубопровода, кг/м2;
• λ – безразмерный коэффициент сопротивления;
• ω – м/сек, средняя по сечению трубы скорость движения газа;
• ρ – кг/м3, плотность топлива;
• D – м, диаметр трубы;
• g – м/сек2, ускорение силы тяжести.

Видео: Основы гидравлического расчета газопроводов