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.

Расчет 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.

Классификация магистральных газопроводов

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
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.

Газовая магистраль

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
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
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 газопровода с высоким давлением
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
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.

Основные уравнения гидравлического расчёта газопровода

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

 
Добавить комментарий
Комментарии
  • Саша | 4.04.2018 12:35

    Ну все равно тут надо хотя бы специальное образование иметь, чтоб разобраться что к чему

  • Виктор | 11.04.2018 15:30

    Я бы сам не рискнул считать, хотя вроде понятно все. Пусть этим специалисты занимаются) Все-таки газ — не шутки