Схемы и методики гидравлического расчета газопровода

Гидравлический расчет сложного газопровода

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Авиационный факультет

Кафедра «НГОТ»

Специальность 130501 «Проектирование,
сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы теории и
проектирования энергетических систем газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Тема «Гидравлический расчет сложного
газопровода»

Выполнил студент гр. НГД-091 А.С. Соколов

Руководитель А.И. Житенёв

Воронеж 2013

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Основы теории и проектирования
энергетических систем газонефтепроводов и газонефтехранилищ»

Тема проекта «Гидравлический расчет сложного газопровода»

Студент группы НГД-091 Соколов Алексей Сергеевич

Задание №1

.        В соответствии с вариантом задания (Приложение А) составить
аналитическую зависимость для эквивалентного газопровода, представить вывод
этой зависимости с промежуточными результатами и подробными комментариями.

.        Вычислить пропускную способность сложного газопровода.

.        Рассчитать давления во всех промежуточных точках и построить
зависимости давления от продольной координаты газопровода по каждой нитке.

Задание
№2

1.      В соответствии с вариантом задания рассчитать диаметры
трубопроводной системы для обеспечения нормативных значений потерь давления.

.        Определить начальное давление, необходимое для снабжения газом
всех потребителей в соответствии с исходными данными (Приложение Б).

.        Рассчитать давление во всех промежуточных точках и построить
зависимости давления от продольной координаты газопровода по каждой нитке.

Руководитель 
А.И. Житенёв

Задание
принял студент  А.С. Соколов

Введение

. Гидравлический расчет сложного газопровода высокого
давления

.1 Определение пропускной способности сложного газопровода

.2 Оценка полученного расхода в системе

.3 Построение зависимости давления в эквивалентном
газопроводе от продольной координаты

.4 Распределение давления по участкам трубопроводной системы

. Гидравлический расчет сложного газопровода низкого давления

.1 Определение давления в узловых точках сети

.2 Определение диаметра участков распределительной сети

.3 Приведение диаметров участков сети к стандартным значениям

.4 Определение зависимости давления в сети от продольной
координаты

Заключение

Список литературы

Приложения

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).

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.

Гидравлический расчет трубопроводов в Excel по формулам СНиП 2.04.02-84.

Этот расчет определяет потери на трение в трубопроводах по эмпирическим формулам без учета коэффициентов местных сопротивлений, но с учетом сопротивлений, вносимых стыками.

На длинных трубопроводах, каковыми являются водопроводы и теплотрассы, влияние местных сопротивлений мало по сравнению с шероховатостью стенок труб и перепадами высот, и часто коэффициентами местных сопротивлений можно пренебречь при оценочных расчетах.

Исходные данные:

Этот расчет использует ранее введенные в предыдущем расчете значения внутреннего диаметра трубопровода d и длины трубопровода L, а также рассчитанное значение скорости движения воды v.

1. Выбираем из выпадающего списка, расположенного над ячейками A30…E30 вид трубы:

Неновые стальные и неновые чугунные без внутр. защитного покр. или с битумным защитным покр., v > 1,2м/c

Результаты расчетов:

По выбранному виду трубы Excel автоматически извлекает из таблицы базы данных значения эмпирических коэффициентов. Таблица базы данных, взятая из СНиП 2.04.02–84, расположена на этом же рабочем листе «РАСЧЕТ».

2.Коэффициент m извлекается

в ячейку D32: =ИНДЕКС(H31:H42;H29) =0,300

3.Коэффициент A извлекается

в ячейку D33: =ИНДЕКС(I31:I42;I29) =1,000

4.Коэффициент 1000A₁ извлекается

в ячейку D34: =ИНДЕКС(J31:J42;J29) =21,000

5.Коэффициент 1000A₁/(2g) извлекается

в ячейку D35: =ИНДЕКС(K31:K42;K29) =1,070

6.Коэффициент С извлекается

в ячейку D36: =ИНДЕКС(L31:L42;L29) =0,000

7.Коэффициент  гидравлического сопротивления i  в м.вод.ст./м рассчитываем

в ячейке D37: =D35/1000*((D33+D36/D16)^D32)/((D7/1000)^(D32+1))*D16^2 =0,057

i=((1000A1/(2g))/1000)*(((A0+C/v)m)/((d/1000)(m+1)))*v2

8.Расчетные потери давления в трубопроводе dPв кг/см2 и Па находим соответственно

в ячейке D38: =D39/9,81/10000 =0,574497

dP=dP/9,8110000

и в ячейке D39: =D37*9,81*1000*D8 =56358,1

dP=i*9,81*1000*L

Гидравлический расчет трубопровода по формулам Приложения 10 СНиП 2.04.02–84 в Excel завершен!

Расчет расхода на ограниченном участке

Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.

Определение данных с помощью программы

Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету. Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):

1. Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
2. Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
3. Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
4. Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
5. Полученные суммы для котлов и плит суммируются.

Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.

Расчет с использованием формул

Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.

А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.

Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения

В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов высокого, среднего и, конечно же, низкого давления. И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.

Вычисления с помощью номограмм

Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом — диаметр трубы и толщину ее стенок.

Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети

Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.

Для чего нужен расчет газопровода

• Газовую магистраль необходимо рассчитывать для того, чтобы выявить в газовой трубе возможное сопротивление.
• Правильные вычисления позволяют надежно и качественно подобрать для газовой конструкционной системы необходимое оборудование.
• После того, как расчет был произведен, имеется возможность подобрать максимально эффективный диаметр труб. Результатом этого станет эффективное и стабильное поступление природного газа через трубопровод.
• Работа газовых магистралей будет осуществляться в оптимальном режиме.
• При правильном расчете конструкции должны отсутствовать чрезмерные и излишние показатели при установке системы.
• Если расчет осуществлен правильно, застройщик имеет возможность сэкономить финансовые средства. Все необходимые работы будут выполняться по согласованной схеме, также будут закуплены только необходимые оборудование и материалы.

Проектирование систем газоснабжения: снип

В СНиП нормируются:

• параметры газа для различных объектов (температура, примеси, компоненты и т. д.);
• нормы давления газа в трубопроводах для объектов различного назначения;
• расчетный и гидравлический расход газа для жилых домов, предприятий и учреждений различной направленности.

Требования к обустройству наружных газопроводов – надземных, наземных, подземных – описаны в пункте 4 правил; нормы, касающиеся газорегуляторных пунктов и установок (ГРП, ГРУ), – в пункте 5, а указания по внутреннему устройству газоснабжения можно найти в пункте 6 СНиП.

Этапы проектирования системы газоснабжения

Проектирование газопровода обязательно проводится с учетом всех пунтков и подпунктов СНиП. Процесс подготовки документации осуществляется в несколько этапов:

1. Предварительная оценка и изучение объекта, особенностей его конструктивных и архитектурных решений, подсчет лимитов потребления и расхода газа в год и пр.
2. Написание проекта внутреннего устройства системы газоснабжения с учетом параметров давления в трубопроводе в зависимости от характеристик и назначения помещения.
3. Подготовка и написание проекта наружного газоснабжения объекта.
4. Проектирование систем ГРП, ГРУ.
5. Подготовка раздела по очистке газораспределительной системы.
6. Окончательное оформление документации, согласование с заказчиком.

Проектирование систем газоснабжения жилых домов

Система, снабжающая газом жилые здания, состоит из таких элементов:

• ввод;
• подвальный газопровод;
• общие стояки;
• квартирные разводки;
• газовые приборы.

Следует отметить, что величина давления транспортируемого по газопроводу газа в жилых домах должны иметь значение не выше 0,003 Мпа. По этому параметру системы таких объектов относят к газопроводам низкого давления.

Расчет потребления газа в жилых домах проводится согласно СНиП № 2.04.08-87:

• если в квартире имеется газовая плита и централизованное горячее водоснабжение, а ресурс газоснабжения природный газ или сжиженный углеводородный газ (СУГ), то норма потребления газа на 1 человека в год составляет 2800 МДж (в первом случае) и 2540 МДж (во втором случае);
• если в квартире есть газовая плита и газовый водонагреватель, но горячее водоснабжение отсутствует, эта норма составит 8000 МДж и 7300 МДж, соответственно, при газоснабжении природным газом и СУГ;
• если в квартире присутствует только газовая плита, а газового водонагревателя и горячего водоснабжения нет, нормы равны 4600 МДж и 4240 МДж.

 Проектирование систем газоснабжения промышленных объектов

Система газоснабжения промышленного предприятия – довольно сложна и связана со спецификой и предназначением конкретного объекта, поэтому при составлении проекта специалисту приходится быть особенно аккуратным и внимательным.

Промышленная система газоснабжения имеет такие составляющие:

• ввод на территорию объекта;
• межцеховые газопроводы;
• внутрицеховые газопроводы;
• ГРП, ГРУ;
• пункты по измерению расхода газа (ПИРГ);
• обвязочные газопроводы установок, работающих на газу.

Принцип работы системы газопровода на промышленных объектах таков: от городской распределительной сети газ поступает на территорию предприятия через ввод. Здесь должно быть установлено главное отключающее устройство (ГОУ) предприятия. Обслуживается ГОУ городскими службами, поэтому целесообразно устанавливать его вне территории промышленного объекта.

В большинстве случаев система газоснабжения для промпредприятий проектируется тупиковой, разветвленной, с 1 вводом. Исключение могут составить крупные объекты, где перерыв в газоснабжении не допускается. Так, например, гидро- и теплоэлектростанции имеют газоснабжение в виде кольцевых сетей с одним или более вводов.

Кроме того, специалист-проектировщик должен учесть какое давление газа присутствует в городской газораспределительной системе, рассчитать нужное давление ресурса перед поступлением его в газовые горелки, принять во внимание территориальное размещение цехов, использующих газ и т. д

Определение и необходимость гидравлического расчета

Каждый участок газопровода низкого, среднего и высокого давления проверяют на потерю скорости газа

Сопротивление включает линейную обструкцию по всей длине и местные преграды у каждого конструктивного элемента системы на участке перемены скорости. Гидравлический подсчет определяет параметры газопроводной магистрали. Процедура представляет собой обязательный этап на подготовительной стадии к строительству трубопровода.

В результате принимается диаметр труб, приемлемый для высокостабильной передачи газа на расстояние. Расчет определяет величину потерь напора и их допустимость при перебрасывании топлива.

Государственные нормы регламентируют порядок расчета для любых видов газопроводных систем, т. к. процессы при подаче газа характеризуются идентичностью.

Проверяются на потерю давления трубопроводы:

• низкого давления;
• среднего напора;
• высокого.

Примеры выполнения гидравлического расчета трубопровода

Приводится точное количество конфорок подключенного оборудования для выбора коэффициента одновременности. Нумерация отрезков трубопровода выбирается не произвольно, а берется из технической схемы.

Указывается фактическая длина магистрали и приводится расчетная протяженность, которая больше. При расчете этот параметр увеличивается на 7% из-за присутствия областей сопротивления. В таблице указываются все конструктивные элементы трубопровода, где предполагаются потери напора.

Расчет газопровода низкого давления

При расчете газопровода внутри дома количество котельного оборудования умножается на выработку каждого агрегата. Полученный результат умножается на показатель одновременности работы агрегатов, который определяется по соответствующей таблице в справочнике.

Число плит во всех квартирах умножается на продуктивность каждой, находится произведение полученного результата и коэффициента одновременности для подключенных приборов. В заключение суммируется итог давления для отопительных агрегатов и подсоединенных газовых плит.

Расчет газопровода высокого давления

Расчет делается с учетом длины потребительских участков

Расчет делается на основании схемы распределения с учетом ответвлений на потребительские участки. Источником разделения является газораспределительная подстанция. Диаметр общего газопровода и ответвлений находится по давлению газа в конце пути при вводе к потребителю.

Определяется расчетная длина каждой ветви, находится давление с учетом потерь и сопротивления в некоторых местах. Тупиковые отрезки считаются по их длине, газовому расходу и предполагаемому напору топлива в точке врезки к потребителю.

Специальные программы

Ответвленные участки газопровода с разными начальными данными рассчитываются отдельно, но процедура выполняется аналогично для каждой области. Скорость потока меняется в местах сопротивления и изменения направления движения. Линейные показатели высчитываются на расчетных длинах отрезков магистрали.

Направление выбирается в зависимости от разницы напора на конце и в начале изучаемого участка. Поток идет от точки с большим давлением в сторону места с меньшим сопротивлением. Программы помогают уменьшить усилия проектировщиков тем, что начальные показатели вводятся в программу, а электроника выполняет вычисления.

Номограммы предназначаются для получения итоговых сведений путем использования таблиц, где каждая строка отвечает заданным параметрам сети.

Профессиональные

Расчеты с применением формул делают только профессиональные инженеры и технические работники. В расчетах используется большое количество данных, применяются специфические коэффициенты. Неподготовленному пользователю трудно учесть все нюансы, провести множество промежуточных расчетов для получения окончательного результата.

Профессиональный расчет подразумевает не только применение формул и числовых выражений, но и обладание специальными знаниями. Навыки не пригодятся при пользовании бесплатными расчетными программами, которые можно найти в интернете.

Бесплатные

Программы ставятся для применения на персональных гаджетах. Методики определяют диаметр, форму сечения газопровода с учетом допустимых потерь и скорости потока. Пользователю потребуется суммарное потребление газа, которое приводится в технических документах на котел, газовые плиты, колонки и другое оборудования.

Затем определяются места с возможным понижением напора. Характеризующие цифры есть в таблице паспорта, они показывают снижение напора при наибольшем потреблении. Находится величина понижения в точке врезания. Коэффициент одновременности берет в расчет совместную эксплуатацию приборов и содержится в таблицах.

Диаметр труб и коэффициент шероховатости указывается на последнем этапе. Программа предусматривает непохожие расчеты для разного давления в трубах, что нужно учитывать при включении данных.

Бесплатные онлайн программы

Старт-Проф — программа для расчета инженерных газовых коммуникаций

В этом случае пользователь подставляет требуемые сведения в графы таблицы для онлайн расчетов. Гидравлический расчет газопровода низкого давления длится несколько минут и от потребителя не требуется никаких профессиональных знаний и вычислительных навыков.

Из технических условий берутся данные:

• плотность газовой смеси;
• показатель кинетической вязкости;
• климатический температурный диапазон региона проживания.

Как работает система газовой магистрали

• В черте города размещается сеть газовых трубопроводов. В конце каждого трубопровода, по которому будет осуществляться подача газа, устанавливаются специальные газораспределительные системы, которые еще называют газораспределительными станциями.
• После того, как газ доставлен на такую станцию, осуществляется перераспределение давления, а точнее — снижается напор газа.
• Далее газ направляется в регуляторный пункт, а от него — в сеть с более высоким уровнем давления.
• Трубопровод с наибольшим уровнем давления присоединяют к подземному хранилищу газа.
• Для того, чтобы регулировать суточное потребление природного газа, осуществляется монтаж специальных газгольдерных станций.
• Газовые трубы, в которых протекает газ со средним и высоким давлением, служат своеобразной подпиткой для газопроводов с низким газовым напором. Для осуществления контроля этого процесса существуют точки регулировки.
• Для того, чтобы определиться с тем, какими будут потери давления, а также точное поступление в конечный пункт всего необходимого объема природного газа, осуществляют вычисление оптимального диаметра труб. Данные вычисления производятся путем гидравлического расчета.

Если установка газовых труб уже произведена, то с помощью вычислений имеется возможность узнать потери давления в период передвижения природного газа по трубам. Также сразу указываются размеры имеющихся труб. Потери давления происходят вследствие сопротивления.

Существует местное сопротивление, которое возникает при изменении диаметра труб, в точках перемены скорости газа, на поворотах. Также часто имеет место сопротивление при трении, которое происходит независимо от того, присутствуют ли повороты, а также какая скорость потока газа. Место его распределения — вся протяженность газовой магистрали.

Газовая магистраль позволяет проводить газ, как в коммунальные потребительские сферы, так и так и в промышленные организации и предприятия.

При помощи расчетов определяют точки, в которые нужно подвести газ низкого давления. Чаще всего к подобным точкам относятся отдельные маленькие котельные, небольшие коммунальные потребители, здания общего посещения и коммерческие помещения, жилые здания.

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.

Для чего нужен расчет газопровода

• Газовую магистраль необходимо рассчитывать для того, чтобы выявить в газовой трубе возможное сопротивление.
• Правильные вычисления позволяют надежно и качественно подобрать для газовой конструкционной системы необходимое оборудование.
• После того, как расчет был произведен, имеется возможность подобрать максимально эффективный диаметр труб. Результатом этого станет эффективное и стабильное поступление природного газа через трубопровод.
• Работа газовых магистралей будет осуществляться в оптимальном режиме.
• При правильном расчете конструкции должны отсутствовать чрезмерные и излишние показатели при установке системы.
• Если расчет осуществлен правильно, застройщик имеет возможность сэкономить финансовые средства. Все необходимые работы будут выполняться по согласованной схеме, также будут закуплены только необходимые оборудование и материалы.

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

• для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, — 0,007 см;
• для уже использовавшихся стальных изделий — 0,1 см;
• для новых стальных конструкций — 0,01 см.

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.