Гидравлический расчёт сети высокого давления

 

Составляем расчетную схему сети, на которой показываем все газопроводы высокого давления, промышленное предприятие - ПП, ГРП, и все другие потребители. На выходе из ГРС принимаем абсолютное давление газа 0,69 МПа. Абсолютное давление перед конечными потребителями принимаем 0,43 МПа.

Расчет кольцевой сети высокого давления для трёх режимов работы:

- аварийный режим 1 – газ движется по кольцу по часовой стрелке;

- аварийный режим 2 – газ движется по кольцу против часовой стрелки;

- нормальный (расчетный) режим.

Расчет аварийного режима 1.

Составляем расчетную схему кольца при аварийном режиме 1.

Определяем и проставляем на схеме расчетные расходы газа по участкам сети, начиная с конечного участка кольца. Предварительный выбор диаметров кольцевой сети производим по расчетному расходу газа V_p, м³/ч, и среднеквадратичному перепаду давления А, МПа²/км, для рассматриваемого направления газового потока. Определяем расчетные расходы газа V_p, м³/ч, по сумме произведений расходов на соответствующий коэффициент обеспеченности

 

V_р^экв =0,59·∑ V_i ·К_об, (39)

 

где К_об – коэффициент обеспеченности потребителей газа в аварийной ситуации;

V_i – расчетный расход газа на i-ого потребителя в нормальных условиях.

Расчет сводим в таблицу 7

 

Таблица 7 – Расчётные расходы газа

 

Потребитель	Максимальный часовой расход Vр, м^3/ч	Значение коэффициента обеспеченности Коб	Расчетный расход газа при авариях Vр·Коб
ГРП1	1262,17	0,85	1072,84
ГРП2	1436,32	0,85	1220,08
ГРП3	1431,94	0,85	1217,15
Б1	164,12	0,85	139,5
Б2	151,25	0,85	128,56
Б3	129,51	0,85	110,08
БПК1	423,07	0,6	253,84
БПК2	196,05	0,6	117,63
БПК3	194,58	0,6	116,75
ХЗ	558,15	0,7	390,71
РК1	4232,87	0,75	3174,65
РК2	5011,45	0,75	3758,59

 

Определяем среднеквадратичный перепад давления А, МПа²/км,

 

(40)

 

где Р_н – абсолютное давление газа после ГРС, МПа;

Р_к – абсолютное давление газа перед наиболее удаленным от ГРС потребителем, МПа [9];

S L – общая протяженность газопроводов этого направления, км;

1,1 – коэффициент, учитывающий потери давления в местных сопротивлениях, путем увеличения фактической длины расчетных участков газопроводов на 10%.

Основной диаметр газопровода выбираем по номограмме для расчета газопроводов высокого давления по [2,приложению 5]. Линии расхода V_р^экв, м³/ч, и среднеквадратичного перепада давления А, (МПа)²/км, пересекаются в точке, лежащей между двумя диаметрами d₁ и d₂, мм. Такие диаметры участков газопровода сети назначаем, выполняя гидравлический расчет; при этом больший принимаем на участках ближайших к ГРС, а меньший – на участках удаленных от ГРС. Если значения V_р^экв и А пересекаются на одной из линий диаметров, то кольцевая сеть может быть принята единого диаметра при использовании располагаемого давления с допустимой невязкой.

Расход газа на участке после ГРС всегда значительно больше эквивалентного расхода кольцевой сети, поэтому целесообразно принять его на калибр больше наибольшего диаметра кольца.

Далее по номограмме для принятого диаметра и известного расхода находим действительные значения среднеквадратичного перепада давления на 1 км газопровода, а затем рассчитываем перепад давления для известной расчетной длины участка. Давление газа в начале участка задано – Р_н, МПа, давление газа Р_к, МПа, в конце участка определяем по формуле

 

(41)

Полученное давление является начальным для последующего участка.

Диаметры ответвлений принимаем меньше диаметров участков кольцевой сети.

Расчет следует считать правильным, если использован располагаемый перепад давлений и величина давления в конце последнего участка будет ровна принятой. Допустимая невязка должна быть в пределах 10%.

Аналогичным образом выполняется расчёт сети газопроводов аварийного режима 2. Расчет сети при нормальном(расчетном) режиме работы сводится к следующему:

- выбираем расчетные направления потоков газа от ГРС к потребителям из условия подачи газа каждому из них по кратчайшему пути;

- составляем расчетную схему;

- принимаем диаметры газопроводов по участкам, наибольшееиз двух вариантов выполненных расчетов сети для аварийных режимов;

- для расчетных расходов газа и принятых диаметров газопроводов, определяем потери давления на участках, и величины давления газа в точках врезки ответвлений.

Расчет ответвлений производим для наименьших давлений в точках врезки их в сеть. По давлению и расходу газа определяем величину среднеквадратичного перепада давления – А, (МПа)²/км. По известным величинам V_р и А принимаем диаметр газопровода d, мм, и уточняем величину давления газа в конце ответвления. Величины давления газа в точках врезки ответвлений в сеть при нормальном режиме превышают значения в аварийных режимах, т.е.устойчивая работа системы в нормальном режиме с подачей потребителям расчетного расхода газа обеспечена. Если давление в точке врезки ответвления при нормальном режиме равно или меньше давления в аварийном режиме, следует действительную величину давления газа перед потребителем при расчетном расходе газа. Она должна быть близка к Р_к, МПа. Если это условие не соблюдается, увеличить диаметр ответвления. Расчет сводим в таблицу 8.

 

Таблица 8 – Гидравлический расчет сети высокого давления

 

№ участка	Длина, км	Расход газа, VP, м^3/ч	DУ	А Удельные потери (МПа)/м	Падение давления на участке (МПа)	Давление газа (абсолютное), МПа
По плану L	Расчетная LP = 1.1·L	В начале участка Рн	В конце участка Рк
Нормальный режим, первое полукольцо
		1,1	15191,48		0,0269	0,0296	0,69	0,668
	1,12	1,232	7251,07		0,0245	0,0302	0,668	0,645
	0,85	0,935	7121,56		0,0211	0,0197	0,645	0,630
	0,7	0,770	5689,62		0,0190	0,0146	0,630	0,618
	0,87	0,957	5495,04		0,0180	0,0172	0,618	0,604
	0,19	0,209	1262,17		0,0154	0,0032	0,604	0,601
	0,1	0,11	1262,17		0,0152	0,0017	0,604	0,603
	0,85	0,308
Нормальный режим, второе полукольцо
	0,11	0,121	7940,41		0,0222	0,0027	0,668	0,666
	0,44	0,484	7744,36		0,0229	0,0111	0,668	0,660
	0,63	0,693	7593,11		0,0233	0,0162	0,668	0,656
	1,09	1,199	7034,96		0,0229	0,0275	0,656	0,635
	0,65	0,715	5598,64		0,0195	0,0139	0,635	0,624
	0,85	0,935	587,19		0,0186	0,0174	0,624	0,610
	0,28	0,935	164,12		0,0161	0,0150	0,610	0,597
	0,1	0,11	164,12		0,0145	0,0016	0,597	0,596
Аварийный режим 1
		1,1	6838,08		0,0269	0,0296	0,690	0,668
	1,12	1,232	6838,08		0,0245	0,0301	0,668	0,645
	0,85	0,935	6792,23		0,0211	0,0197	0,645	0,630
	0,7	0,77	6074,11		0,0190	0,0146	0,630	0,618
	0,87	0,957	6005,23		0,0180	0,0172	0,618	0,604
	0,19	0,209	4132,19		0,0154	0,0032	0,604	0,601
	0,85	0,935	3499,21		0,0161	0,0150	0,601	0,588
	0,28	0,308	3441,11		0,0139	0,0043	0,588	0,584
	0,85	0,935	3291,34		0,0142	0,0133	0,584	0,572
	0,65	0,715	1073,77		0,0127	0,0091	0,572	0,564
	1,09	1,199	353,46		0,0124	0,0149	0,564	0,551
	0,63	0,693	122,94		0,0106	0,0073	0,551	0,544
Продолжение таблицы 8
	0,44	0,484	69,40		0,0097	0,0047	0,544	0,540
	0,1	0,11	69,40		0,0113	0,0012	0,564	0,563
Аварийный режим 2
		1,1	6838,08		0,0269	0,0296	0,690	0,668
	0,11	0,121	6838,08		0,0222	0,0027	0,668	0,666
	0,1	0,11	6768,68		0,0219	0,0024	0,666	0,664
	0,1	0,11	6715,14		0,0217	0,0024	0,664	0,663
	1,09	1,199	6484,62		0,0237	0,0284	0,663	0,641
	0,65	0,715	5764,31		0,0202	0,0144	0,641	0,629
	0,85	0,935	3546,74		0,0192	0,0180	0,629	0,615
	0,28	0,308	3396,97		0,0167	0,0051	0,615	0,611
	0,85	0,935	3338,87		0,0171	0,0160	0,611	0,597
	0,19	0,209	2705,89		0,0147	0,0031	0,597	0,595
	0,87	0,957	832,85		0,0154	0,0148	0,595	0,582
	0,7	0,77	763,97		0,0138	0,0107	0,582	0,573
	0,85	0,935	45,85		0,0131	0,0122	0,573	0,562
	0,1	0,11	45,85		0,0111	0,0012	0,562	0,561
Ответвления
	0,1	0,11	129,51		0,0196	0,0022	0,645	0,644
	0,1	0,11	1431,94		0,0179	0,0020	0,630	0,628
	0,1	0,11	194,58		0,0167	0,0018	0,618	0,617
	0,1	0,11	4232,87		0,0152	0,0017	0,604	0,603
	0,1	0,11	1262,17		0,0150	0,0016	0,601	0,600
	0,1	0,11	164,12		0,0145	0,0016	0,597	0,596
	0,1	0,11	423,07		0,0158	0,0017	0,610	0,608
	0,1	0,11	5011,45		0,0173	0,0019	0,624	0,622
	0,1	0,11	1436,32		0,0185	0,0020	0,635	0,633
	0,1	0,11	558,15		0,0208	0,0023	0,656	0,654
	0,1	0,11	151,25		0,0212	0,0023	0,660	0,658
	0,1	0,11	196,05		0,0219	0,0024	0,666	0,664

 

Подбор оборудования ГРП

1.6.1 Подбор оборудования ГРП₁ (высокого давления)

Подбор и расчёт оборудования ГРП (высокого давления)выполняем по формулам в соответствии с источником [2].

Исходными данными для расчета являются:

- расчетный расход газа, V_р =1262,17 м³/ч;

- давление газа на вводе в ГРП, P_вх=0,600 МПа (абсолютное);

- плотность газа ρ_о=0,95 кг/м³;

- давление газа после ГРП P_г=5000 Па (избыточное).

Принимаем к установке стальной фильтр ФГМ - 50 с диаметром соединительного патрубка 50 мм, и давлением в нём Р_ф = 0,600 МПа.

Потери давления в чистом фильтре ΔР_ф, Па,

 

(42)

 

где ΔР_гр – потери давления в чистом фильтре, по источнику [8], Па; определяем в зависимости от пропускной способности при атмосферном давлении Р_о = 0,101 МПа и плотности газа r_гр = 1 кг/м³; ΔР_гр=4200 Па;

V_гр – расход газа по графику, V_гр=1500 м³/ч.

 

 

Потери газа в чистом фильтре не должны превышать 40% от максимально допустимого перепада давления в фильтре в процессе эксплуатации.

Предохранительный клапан приводится в действие от импульса выходного давления газа. Величина этого давления слагается из давления газа перед горелкой P_г (Па) и давления, необходимого для преодоления сопротивления системы газоснабжения от ГРП до наиболее отдаленной горелки Р_с (Па).

Газопроводы района рассчитываются на давление Р_с, Па, составляющее 25-30% от принятого перед наиболее удалённой горелкой, по формуле

 

Р_с=(0,25÷0,3)·Р_г , (43)

 

Р_с=0,25·5000=1250

 

Тогда давление Р_вых, Па, на выходе из предохранительного клапана определяем по формуле

 

Р_вых=Р_г+Р_с+ΔР_сч, (44)

 

Р_вых=5000+1250+440,8=6690,8.

 

По [2,приложению 5], принимаем к установке регулятор давления с встроенным предохранительным клапаном, имеющим следующие пределы настройки от установленного выходного давления, не более: 0,5·Р_вых и верхним 1,25·Р_выхМПа.

Определяем потери давления , Па, в предохранительном клапане

 

, (45)

 

где ξ - коэффициент местного сопротивления ПЗК, отнесённый к скорости газа во входном сечении клапана, ξ=5;

ρ – плотность газа при температуре 5 ⁰С, кг/м³;

ω – скорость газа на входе в ПЗК, м/с.

Определяем скорость газа, м/с, на входе в ПЗК

 

(46)

 

где Т_о – температура газа, К⁰, принимаем при 0 ⁰С, что Т_о = 273 К⁰;

Т_ПЗК – температура газа, К⁰, принимаем при 5 ⁰С, что Т_ПКН = 278 К⁰;

Р_ПЗК – давление газа на входе в ПЗК, МПа, определяем по формуле

 

(47)

 

 

 

Определяем плотность газо-воздушной смеси r, кг/м³, на входе в ПЗК

 

(48)

 

 

Определяем потери давления ΔР_пкн, Па, в предохранительном клапане по формуле (1.6.4)

 

 

Определяем давление газа на выходе из ПЗК, Р₁, МПа, а следовательно, и во входном сечении регулятора давления газа

 

(49)

 

 

Определяем давление, Р₂, Па, газа в выходном сечении регулятора давления

(50)

 

где ΔР_сч - потери давления в счётчике, Па, определяем по формуле

 

(51)

 

где r_в – плотность воздуха, кг/м³, принимаем r_в = 1,293 кг/м³.

Принимаем к установке один счётчик СГ-ЭКВз-Т-0,75-1600/1,6, с перепадом давления в счётчике, ΔР_в=600 Па,

 

 

 

Принимаем по[2,приложению 5], к установке регулятор давления, РК-50 пропускной способностью V_мах=2500, м³/ч.

Принятый к установке в ГРП регулятор давления РК-50 будет работать устойчиво при расчётном расходе газа,который соответствует описанию регулятора давления РДГПК - 100.

Необходимая пропускная способность V_пск, м³/ч, установленного предохранительного клапана в ГРП при наличии перед регулятором давления предохранительного запорного клапана (ПЗК), определяют по следующей формуле

 

(52)

 

 

Принимаем по источнику [3], к установке КПС – 50С1 с диапазоном настройки 0,005 … 0,023 МПа.

В ГРП принимаем к установке один фильтр ФГМ - 50 и регулятор давления РК-50 со встроенным предохранительно-запорным клапаном – ПЗК, а также предохранительно сбросной клапан – КПС – 50С1, и газовый счётчик СГ-ЭКВз-Т-0,75-1600/1,6.

 

Описание схемы ГРП