Газові мережі та устаткування. Методи гідравлічних розрахунків мереж.

Методи гідравлічних розрахунків мереж.

1.     Методи розрахунку газопроводів середнього і високого тисків.
2.     Методика розрахунку газопроводів низького тиску.
1.  Розрахунок розподільчих мереж середнього або високого тисків виконується в такій послідовності:
1. Будують розрахункову схему газопроводів : а) наносять не неї місце розміщення ГРС, ГРП та зосереджених споживачів із вказаними максимальними годинними втратами. б) з’єднують усіх споживачів з джерелом газопостачання, тобто будують схему газопроводів високого ( середнього ) тиску з поділом на ділянки. Нумерація вузлів починається від джерела газопостачання до місця знаходження найбільш віддаленого споживача. в)  визначають розрахункові витрати і геометричні довжини ділянок.

Визначення розрахункової витрати газу  мережі середнього тиску починають від найвіддаленішого споживача, нею являється ділянка 1-6
Vp_6-5 = V_хл.з-д,   м³/год
Vp_2-5 = Vp_6-5 + Vp_Кот , м³/год
Vp_3-4 = Vp_Л.П.К. = Vp_лазні + Vp_{пральні} , м³/год
Vp_2-3 = Vp_3-4+ Vp_{ГРП м-ну} , м³/год
Vp_1-2 = V_Р2-3 + Vp_2-5 , м³/год

 г) на розрахунковій схемі вибирають так звану головну магістраль – це мережа газопроводів по якій транспортується газ від ГРС до найбільш віддаленого споживача і в першу чергу розраховують її, а вже потім – всі інші ділянки газорозподільної системи. Для головної магістралі обчислюють питому різницю квадратів тиску:                                                   А=  Р²_поч Р²_кін \ L_р ;      мПа²/км                                     (3.23) 
 де     Р²_поч  – абсолютний тиск газу на виході із ГРС, мПа;        
 Р²_кін – абсолютний тиск на вході у найбільш віддаленого споживача, мПа;       
  L_р – розрахункова довжина, км. 
Для переходу від надлишкового тиску до абсолютного додаємо до надлишкового тиску  значення атмосферного , тобто  0,1мПа.
 Втрата тиску в мережі газопроводу середнього тиску повинна бути не більше 40% від абсолютного значення тиску газу на виході з джерела.
  Приклад. Якщо прийняти вихідний тиск газу з джерела 0,360мПа то кінцевий тиск в найбільш віддаленого споживача , буде становити не менше 0,288мПа, тобто приймаємо  втрату тиску з джерела газопостачання  20 % , отже 0,360*20/100=0,072мПа тоді  0,360-0,072=0,288мПа.
  Так як гідравлічний розрахунок газопроводу виконують методом питомих втрат тиску на тертя, то втрати тиску в місцевих опорах враховують як частку втрати тиску по довжині. З цією метою вводять поняття “розрахунок довжин ділянок”.                                                             
                                         L_р = 1,1´L_г,  км                                                (3.24)
  д)  Орієнтуючись на розрахункову різницю квадратів тиску (Р₁² – Р₂²) за допомогою номограми, в залежності від витрати газу по ділянці та її довжини,  підбирають діаметр газопроводу. Після визначення діаметра ділянки газопроводу, знаходимо тиск газу в кінці ділянки.Отриманий тиск є початковим для наступної за напрямком руху газу ділянки,тобто 2 – 3 Нев`язка тисків у найбільш віддаленого споживача отриманого розрахунковим шляхом і прийнятого Р₂ ( кінцевий тиск) не повинна перевищувати 10%   Мінімальний умовний діаметр газопроводів сільських населених пунктів умовний діаметр не повинен бути менший за 40мм. Гідравлічний розрахунок газопроводу  зручно виконувати в табличній формі. 
2. Проектування мережі газопостачання низького тиску можна виконувати за двома методами. Перший метод включає розрахунок за допомогою спеціальних графіків – номограм. Використання номограм дає змогу вибрати необхідні діаметри ділянок мережі газопостачання та обчислити приблизні значення витрат тиску від тертя на окремих ділянках. На другому етапі виконується уточнений аналітичний розрахунок мереж газопостачання низького тиску від тертя , а для кільцевих структур – виконати з необхідною точністю гідравлічну ув’язку кілець. Гідравлічний розрахунок газопроводів низького тиску методом питомих втрат тиску на тертя виконується в такій послідовності:
ü   викреслюють схему газопроводів, нумерують вузлові точки цифрами у довільній послідовності. Вибираємо напрямки руху газу в газовій мережі за таким принципом: газ повинен рухатися від джерела живлення до віддалених точок найкоротшим шляхом, не повертаючись назад. Позначаємо стрілками кінці тупикових ділянок . і визначають розрахункові витрати газу на ділянках мережі. Суттєвою відмінністю розрахунку газопроводів низького тиску від розрахунку газопроводів середнього і високого тиску є наявність великої кількості споживачів – житлових будинків точне розташування яких невідомо. Тому вводять поняття і спочатку визначають так звані “шляхові” і “транзитні” витрати газу. Крім того при розрахунках використовують надлишкові  (манометричні ) значення тисків, а не абсолютні. Споживачі які підключаються до розподільчого газопроводу низького тиску, відбирають газ із мережі нерівномірно, тому закономірність відбирання встановити важко. Для спрощення задачі допускають, щоб комунальні і побутові   споживачі   споживали   газ  по  шляху  його  руху   по  трубі    рівномірно ( отже  витрата  газу який відбирається на ділянці газопроводу називається шляховими витратами, на даній ділянці).Але найчастіше всього по ділянці проходить та кількість газу, яка призначена для інших ділянок. Для даної ділянки ця витрата газу буде рахуватися транзитною.  Зрозуміло, що на ділянці 3 – 4 існують лише шляхові витрати, на ділянці   2 – 3 витрати складаються із  власних шляхових витрат А₂ і   транзитних витрат Б₂. На ділянці 1 – 2 крім власних  шляхових витрат А₁ є і транзитні витрати Б₁ = А₂+Б₂, які призначені для двох наступних ділянок. Звісно діаметри труб перших ділянок повинні бути більшого діаметру труб наступних ділянок.             Для газових мереж населених пунктів в основному транзитні витрати газу в декілька разів більше шляхових, тому для визначення розрахункових витрат газу на ділянці використовують співвідношення:                                                 
                                         V_P = V_екв +V_тр,  м³/год                                                 (3.25) 
де     V_екв – еквівалентні  витрати , м³/год       
V_тр, - транзитні витрати, м³/год  
         
Еквівалентні витрати визначаємо за формулою,                                            
                                      V_екв= 0,55 * V_шл.,   м³/год                                             (3.26)

   Продовжуємо розрахунок газопроводів низького тиску. Спочатку знаходимо шляхові витрати на ділянках мережі яка обслуговується одним ГРП.    
                                          V_шл = L₂ × q _питом^L,      м³/год                                            (3.27)
     де     L₂ – геометрична довжина ділянки, м;    
     q _питом^L – питомі лінійні витрати газу на одиницю довжини, м³/год.  
                                      q _питом^L = V_кв./p_кв,   м³/год                                                    (3.28) 
де      F_кв – площа кварталу, га.  
     V_кв. – витрата газу кожним кварталом, м³/год      
   Р_кв – периметр кварталу ,  м.                                            
   V_кв. =  F_кв× V_{пит  ,}  м³/год                                                (3.29) 
V_пит – питомі втрати газу, м³/год       
     Визначаємо транзитні витрати газу за формолою:                                     
       V_тр = V_тр.діл  + V_шл,      м³/год                                              (3.30) 
        
  Для полегшення розрахунків транзитних витрат газу  починаємо рухатися з кінця ділянки проти руху газу. V_тр3-4  = 0; V_тр3-7  = 0;V_тр6-7  = 0; V_{тр2 – 3}  = V_{тр.діл.3-4} + V_шл3-4+ V_{тр.діл.3-7} + V_шл3-7; V_тр2-5  = 0; V_тр.1-2 = V_{тр.діл.2 – 5} + V_{шл2 – 5} + V_тр.2-3+ V_шл.2-3; V_тр1-6  = V_{тр.діл.6-7} + V_{шл. 6-7}; V_ГРП-1 = V_тр.1-2 + V_шл1-2+ V_тр.1-6+ V_шл.1-6;
  За результатами розрахунку витрата газу на ділянці ГРП – 1  повинно дорівнювати його навантаженню V_грп.              Аналогічно як в газопроводі середнього ( високого ) тиску вибирають головну магістраль. Для вибраної головної магістралі знаходять питому втрату тиску та тертя:     
                                                                ΔР_доп = ΔР/ΣL_р, Па                                            (3.31)
 де    ΔР – наявний перепад тиску у вуличному газопроводі, Па  ;        
L_p – розрахункова довжина першої ділянки, м.  Підраховуємо допустимі втрати тиску з врахуванням густини 
газу.                                          ΔР_в.газ = ΔР_доп × (ρ_таб/ρ_род), Па/м                                        (3.32)
 де     ρ_таб  - густина природного газу  таблична, ρ_таб = 0,73 кг/м³. Знаючи  допустимі  втрати  тиску з врахуванням  газу ΔР_в.газу та розрахунковувитрату газу V_q згідно номограми визначаємо діаметр газопроводу. Кінцевий тиск ділянки газопроводу визначаємо за формулою:                                         
                      ΔР_кін = (ΔР_{д.пит.вт.тиску.}×L_p)+Р_м,  Па/м                                (3.33)
    де     ΔР_{д.пит.вт.тиску} – дійсна питома лінійна втрата тиску, та тертя знаходиться при заданих V_р та d – газопроводу, Па/м. (по номограмі).            
  Р_м – втрати тиску в кінцевих опорах, Па/м.  
Приймаємо Р_м – 10%  від лінійних втрат тертя , нев`язка в півкільцях  повинна становити не більше  – 10% або 100Па.           Результати обчислень витрат газу доцільно зводити у таблиці.

Питання: 1.      Призначення гідравлічного розрахунку газопроводів.        
                2.     Дати характеристику транзитним  витратам газу.
                3.   Дати характеристику шляховим витратам газу.  
                4.      Визначення транзитних витрат газу.