Гидравлический расчет газопроводов высокого давления

3.1. Определение количества газорегуляторных пунктов (ГРП).

Газорегуляторные пункты предназначены для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне независимо от расхода.

При известном расчетном расходе газообразного топлива районом города определяется количество ГРП, исходя из оптимальной производительности ГРП (V=1500-2000 м³/час) по формуле:

n = (27)

где n – количество ГРП, шт.;

V_р – расчетный расход газа районом города, м³/час;

V_опт – оптимальная производительность ГРП, м³/час;

n [шт.]

После определения количества ГРП намечают их месторасположение на генплане района города, устанавливая их в центре газифицируемой площади на территории кварталов.

3.2 Гидравлический расчет магистральных газопроводов высокого давления

На генплане района города намечают прокладку газопроводов высокого давления. Закольцовывание газопроводов наиболее целесообразно в районах с многоэтажной застройкой кварталов.

Трассировка газопроводов производится таким образом, чтобы длина ответвлений от кольцевого газопровода была минимальной (не более 200 метров для повышения надежности газовых сетей).

К газопроводу высокого давления присоединяются все промышленные предприятия, районные или квартальные котельные и газорегуляторные пункты (ГРП).

Гидравлический расчет кольцевого газопровода высокого давления производить после согласования с руководителем проекта намеченной трассы газовых сетей.

Гидравлический расчет магистральных газопроводов производится для двух аварийных и нормального режимов потребление газа.

Начальное давление газа принимается по заданию (давление газа на выходе из газораспределительной станции – ГРС).

Конечное давление газа при максимальной нагрузке газовой сети должно обеспечивать нормальную работу регулятора давления газа.

В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное, давление газа примерно 200....250кПа (в данном курсовом проекте Р_к.-200кПа)

На расчетной схеме газопроводов высокого давления наносятся номера участков, расстояние между участками в метрах, расчетные расходы газа в м³/час; наименование промышленных предприятий и их расходы, квартальные или районные котельные.

Сначала на расчетной схеме ГВД намечается нормальный режим, когда поток газа движется по полукольцам. Точка слияния потоков газа находится по средней длине газопроводов.

Для выравнивания нагрузок по полукольцам производим распределение расходов газа на котельные №1 и №2, для этого определяем расходы газа по полукольцам магистрального газопровода V₁ и V₂, находим абсолютную невязку по формуле:

V=V₁- V₂, (28)

гдеV₁- суммарнаянагрузка по первому полукольцу, м³/час;

V₂- тоже, по второму полукольцу, м³/час.

V=5805.8391-4366.4505=1439.3886 [м³/час]

Расход газа на котельную №1 (№2) определяется по формуле:

, (29)

где V_кот1- расход газа на котельную наиболее нагруженного полукольца газопровода, м³/час;

∆V- абсолютная невязка расходов газа по двум полукольцам газопровода для нормального режима движения газа.

[м³/час]

Расход газа на котельную №2 (№1) определяется по формуле:

V_кот2 = V_кот - V_кот1(30)

V_кот2 =25746,672-12153,6417=13593, [м³/час]

Определение аварийного расхода газа производится по формуле:

V_ав= 0,59 (V_i^.K_обi), (31)

где V_ав- аварийный расход газа по магистральному кольцевому газопроводу,м³/час;

V_j– расход i-гопотребителя газа, м³/час;

K_обi, - обеспеченности i-го потребителя газа.

Коэффициент обеспеченности газом при аварийных ситуациях для бытовых потребителей (ГРП) принимают 0,8 – 0,85; для отопительно-производственных котельных 0-0,75 в зависимости от наличия резервного топлива; промышленных предприятий 0,5-0,9.

Среднеквадратичную потерю давления газа по кольцу определяем по формуле:

A_ср= , (32)

где A_ср - среднеквадратичная потеря давления газа по кольцу, кПа²/м

P_н,P_к- - соответственно, начальноеи конечное давление газа, кПа;

l_p – расчетная длина кольцевого газопровода, м.

A_ср= [кПа²/м]

Расчетная длина участков магистрального газопровода принимается с учетом 10% потерь давления газа в местных сопротивлениях по формуле:

l_p= 1,1 ^.l_ф, (33)

где l_p– расчетная длина участков газопровода, м;

l_Ф- фактическая длина участка газопровода, м.

l_p= 1,1 ·107=117,7 [м]

По номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого или среднего давления в зависимости от V_ав и A_ср определяем предварительные диаметры кольцевого газопровода. Желательно по кольцу иметь один диаметр, максимум два.

Первый аварийный режим, когда отключен головной участок магистрального газопровода слева от источника газоснабжения (ГРС), второй аварийный режим - когда отключен участок газопровода справа от ГРС.

В зависимости от расчетного расхода газа и предварительно выбранного диаметра по номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого или среднего давления определяем фактическую квадратичную потерю давления газа на участках газопровода, чтобы давления газа у последнего потребителя не было ниже минимально допустимого предела (P_к + 50кПа).

 

Конечное давление газа на участке определяется поформуле:

P_к = (34)

где P_к - конечное давление газа на участке, кПа;

Р_н – начальное давление газа на участке, кПа;

А – квадратичная потеря давление газа, кПа²/м;

l_p – расчетная длина участка газа, м.

Конечное давление газа для данного участка газопровода равно начальному давлению газа следующего участка.

Коэффициент, зависящий от плотности газообразного топлива, определяется по формуле:

 

, (35)

где β - коэффициент, зависящий от плотности газообразного топлива

ρ_табл – плотность газа, для которой построена номограмма, кг/м³;

Ρ_Г – плотность газообразного топлива, кг/м³.

При расчете аварийных и нормальных режимов движения потока газа диаметры на участках газопровода должны быть одинаковыми.

Невязка по давлению при расчете нормального режима не должна превышать 10%, если данное условие не соблюдается, то вносятся изменения диаметров в расчет аварийных режимов.

Расход газа на головном участке газопровода от ГРС до разветвления по полукольцам должен быть равен сумме расходов газа по полукольцам, без учета коэффициента обеспеченности.

Расчет ответвления начинается с нормального режима. По номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого давления для известного расхода газа и среднеквадратичной потери давления (Аср = 100 кПа²/м) находим ближайший диаметр газопровода.

Начальное давление газа на участке ответвления принимается равным конечному давлению газа на участке для аварийных и нормального режимов потоков газообразного топлива.

Пример расчета: Участка ГРС-1

l_ф=660 м – по генплану

l_р=1,1·660=726 м

V_р –Нагрузку потребителя умножаем на коэффициент обеспеченности и прибавляем предыдущий участок.

Диаметр определяется по номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого или среднего давления в зависимости от V_ав= [м³/ч] и A_ср=10,88 [кПа²/м], d_н xδ-377*9мм х мм

Квадратичные потери давления – В зависимости от V_р=26491 [м³/ч] и предварительно выбранного диаметра по номограмме для гидравлического расчета газопроводов высокого или среднего давленияd_н xδ-377*9мм х мм, А – 25[кПа²/м]

А^.l_р=726·25=18150 [кПа²]

[кПа]

P_k^.β=380,07·1,002=380,83 [кПа]

 

Таблица 2 -Гидравлический расчет сети высокого давления. (1 аварийный режим.)

№ Уч-ов	Длина,м	Расчетный расход газа Vр, [м^3/ч]	Диаметр газопров. dн xδ, мм х мм	Квадратичные потери давления А [кПа^2/м]	А^.lр, [кПа^2]	Давление на участке г/п, кПа
Фактич lф, м	Расчет lр, м	В начале	В конце
Рн, кПа	Рк, [кПа]	Pk^.β [кПа]
		Направление ГРС-1-2…
ГРС-1				377*9				403,24	404,04
1-2						403,24	380,07	380,83
2-3						380,07	347,82	348,51
3-4				5,5	9014,5	347,82	334,61	335,28
4-5						334,61	326,2	326,85
5-6						326,2	306,09	306,7
6-7						306,09	296,89	297,49
7-8				2,5	2667,5	296,89	292,37	292,95
8-9			8507,6	1,9	355,3	292,37	291,76	292,34

 

Проверка:

Условия проверки выполнены. Предварительный диаметр выбран, верно.

 

Таблица 3 -Гидравлический расчет сети высокого давления.(2 аварийный режим)

№ Уч-ов	Длина,м	Расчетный расход газа Vр, [м^3/ч]	Диаметр газопров. dн xδ, мм х мм	Квадратичные потери давления А [кПа^2/м]	А^.lр, [кПа^2]	Давление на участке г/п, кПа
Фактич lф, м	Расчет lр, м	В начале	В конце
Рн, кПа	Рк, [кПа]	Pk^.β [кПа]
		Направление ГРС-1-9-8…
Грс-1			26490,5	377*9				403,24	404,04
1-9			26490,5			403,24	341,17	341,86
9-8						341,17	339,25	339,93
8-7				4,5	4801,5	339,25	332,1	332,76
7-6		184,8	14639,3	4,2	776,16	332,1	331,6	332,26
6-5			13108,3			331,6	331,1	331,76
5-4						331,1	326,03	326,68
4-3			10415,1	2,5	5472,5	326,03	317,52	318,16
3-2				0,1	106,7	317,52	317,35	317,99

 

Проверка:

Условия проверки выполнены. Предварительный диаметр выбран, верно.

Таблица 4 -Гидравлический расчет сети высокого давления.(Нормальный режим)

№ Уч-ов	Длина,м	Расчетный расход газа Vр, [м^3/ч]	Диаметр газопров. dн xδ, мм х мм	Квадратичные потери давления А [кПа^2/м]	А^.lр, [кПа^2]	Давление на участке г/п, кПа
Фактич lф, м	Расчет lр, м	В начале	В конце
Рн, кПа	Рк, [кПа]	Pk^.β [кПа]
	1 полукольцо. Нормальный режим. Направление ГРС-1-2-3…
ГРС-1				377*9				400,5	401,3
1-2			17959,5			400,5	394,1	394,89
2-3			16959,5			394,1	385,9	386,67
3-4			3366,45	0,3	491,7	385,9	385,26	386,03
4-5			1605,41	0,1	111,1	385,26	385,11	385,88
	2 полукольцо. Нормальный режим. Направление ГРС-1-9-8…
ГРС-1				377*9				400,5	401,3
1-9			17959,5			400,5	384,01	384,78
9-8			5805,84	1,9	355,3	384,01	383,55	384,31
8-7			3505,84	0,4	426,8	383,55	382,99	383,76
7-6		184,8	1913,8	0,1	18,48	382,99	382,97	383,73

Проверка:

Условия проверки выполнены. Невязка давлений концевых участков по полукольцам не превышают 10%. Расчет выполнен, верно.

Таблица 5 -Гидравлический расчет сети высокого давления.(Расчет ответвлений нормальный режим)

№ Уч-ов	Длина,м	Расчетный расход газа Vр, [м^3/ч]	Диаметр газопров. dн xδ, мм х мм	Квадратичные потери давления А [кПа^2/м]	А^.lр, [кПа^2]	Давление на участке г/п, кПа
Фактич lф, м	Расчет lр, м	В начале	В конце
Рн, кПа	Рк, [кПа]	Pk^.β [кПа]
		1 полукольцо. Направление ГРС-1-2-3
2-п/п				89*3			394,1	387,06	387,84
3-кот2				219*6			385,9	375,79	376,54
4-ГРП2			1761,04	108*4			385,26	379,51	380,26
5-ГРП3			1605,41	108*4			385,11	377,91	378,66
		2 полукольцо Направление ГРС-1-2-3
9-кот1			12153,6	219*6			384,01	375,32	412,85
8-п/п				108*4			383,55	370,42	407,46
7-ГРП1			1592,04	108*4			382,99	376,47	414,12
6-ГРП4			1913,8	108*4			382,97	374,25	411,68

Таблица 6 -Гидравлический расчет сети высокого давления.(Расчет ответвлений 1 аварийного режима)

№ Уч-ов	Длина,м	Расчетный расход газа Vр, [м^3/ч]	Диаметр газопров. dн xδ, мм х мм	Квадратичные потери давления А [кПа^2/м]	А^.lр, [кПа^2]	Давление на участке г/п, кПа
Фактич lф, м	Расчет lр, м	В начале	В конце
Рн, кПа	Рк, [кПа]	Pk^.β [кПа]
			Направление ГРС-1-2-3…
2-п/п				89*3			380,07	374,23	374,98
3-кот2			9515,12	219*6			347,82	340,63	341,31
4-ГРП2			1408,83	108*4			334,61	327,97	328,62
5-ГРП3			1284,33	108*4			326,2	319,38	320,02
6-ГРП1			1531,04	108*4			306,09	298,82	299,41
7-ГРП4			1273,63	108*4			296,89	281,69	282,25
8-п/п				108*4			292,37	274,92	275,47
9-кот1			8507,55	219*6			291,76	284,12	284,69

Таблица 7 -Гидравлический расчет сети высокого давления.(Расчет ответвлений 2 аварийного режима)

№ Уч-ов	Длина,м	Расчетный расход газа Vр, [м^3/ч]	Диаметр газопров. dн xδ, мм х мм	Квадратичные потери давления А [кПа^2/м]	А^.lр, [кПа^2]	Давление на участке г/п, кПа
Фактич lф, м	Расчет lр, м	В начале	В конце
Рн, кПа	Рк, [кПа]	Pk^.β [кПа]
			Направление ГРС-9-8-7…
9-кот1			8507,55	219*6			341,17	334,66	335,33
8-п/п2				108*4			339,25	324,33	324,98
7-ГРП1			1273,63	108*4			332,1	318,57	319,21
6-ГРП4			1531,04	108*4			331,6	324,9	325,55
5-ГРП3			1284,83	108*4			331,1	317,53	318,17
4-ГРП2			1408,83	108*4			326,03	319,21	319,84
3-кот2			9515,12	219*6			317,52	309,63	310,25
2-п/п1				89*3			317,35	310,34	310,97