Гидравлический расчет низкого давления

Перед гидравлическим расчетом определяется допустимый (максимальный) перепад давления в газопроводе от ГРП до точки встречи потоков. От правильного использования расчетного перепада давления зависит металлоемкость сооружения и, следовательно, эффективность и экономичность всей системы.

Расчетный перепад давления должен обеспечить давление газа у газовых приборов, отрегулированных на номинальную тепловую нагрузку. Номинальная тепловая нагрузка Q _ном (по паспорту завода изготовителя) обеспечивает работу газового прибора с максимальным КПД, наилучшей полнотой сгорания и не вызывает опасных тепловых напряжений, сокращающих срок работы приборов.

На основании статистических данных выявлены возможно-допустимые колебания тепловых нагрузок, позволяющие эксплуатировать приборы с параметрами, близкими к номинальным и допустимыми отклонениями по качеству сжигания.

Согласно рекомендациям Мосгазпроекта допускается перегрузка газового прибора, при которой нет повышенных тепловых напряжений и содержание окиси углерода в продуктах сгорания не превышает нормы. Эта перегрузка должна составлять не более 20% и может быть только кратковременной. Допустимая недогрузка газового прибора не должна превышать 20%.

Количество газа, поступающее в газовый прибор, пропорционально давлению газа. Эта зависимость выражается следующей формулой:

; (15)

для номинального режима

; (16)

для максимального

. (17)

Приняв перегрузку прибора 20%, т. е. Q _макс =1, 2 Q _ном, получим:

, (18)

откуда

(18)

и

p _макс = 1, 44 p _ном» 1, 5 p _ном. (19)

Таким же образом, проведя вычисления для минимальной нагрузки газового прибора, получим:

p _мин = 0, 64 p _ном» 0, 6 p _ном. (20)

Величина суммарного расчетного перепада давления на ветке между ГРП и самым удаленным газовым прибором определится как разность между максимально и минимально допустимым давлением газа перед газовым прибором. Это положение можно интерпретировать как изменение тепловой нагрузки газового прибора в сторону уменьшения или увеличения ее против номинальной нагрузки, т. е.:

∆ p = 1, 5 p _ном – 0, 6 p _ном = 0, 9 p _ном (21)

Номинальное давление перед газовыми приборами, выпускаемыми нашей промышленностью, составляет 200 даПа, следовательно,

∆ p = 0, 9 · 200 = 180 даПа.

Расчетные потери давления в газопроводах низкого давления по п. 3.25 [4] рекомендуется распределять следующим образом:

в распределительной (уличной) сети – не более 120 даПа;

в газопроводах-вводах (квартальном и дворовом газопроводах) и внутренних (внутридомовых) газопроводах – не более 60 даПа.

Для вывода формул, по которым производится гидравлический расчет, используются три уравнения:

1) уравнение Дарси – Вейсбаха

, (22)

где ∆ p – потери давления, Па;

l – коэффициент гидравлического трения;

l – длина трубопровода, м;

w – средняя скорость движения газа, м/с;

ρ – плотность газа, кг/м³;

d – внутренний диаметр трубопровода, м;

2) уравнение состояния

p = ρ R T; (23)

3) уравнение сплошности (неразрывности) потока

M = ρ w F = ρ ₀ w ₀ F = ρ ₀ Q ₀, (24)

где M – массовый расход газа, кг/ч;

ρ ₀, w ₀, Q ₀ – соответственно плотность, кг/м³, средняя скорость движения газа, м/с, и объемный расход газа, м³/ч, приведенные к нормальным условиям.

При выводе формул гидравлического расчета принимаются следующие граничные условия: по трубам движется несжимаемая жидкость, температура газа не изменяется, т. е. процесс течения газа – изотермический, движение газа по трубам происходит от участков с более высоким давлением к участкам с более низким давлением, и при этом осуществляется переход потенциальной энергии в кинетическую. Движение газа связано с потерей потенциальной энергии (давления) на преодоление сопротивлений на его пути, которые складываются из сопротивлений трению (линейных потерь давления) и местных сопротивлений.

В результате совместного решения трех основных уравнений получается расчетная формула для определения гидравлического сопротивления газопроводов низкого давления

, (29)

где p _н, p _к – давление соответственно в начале и в конце газопровода, Па;

- среднее удельное сопротивление трению, Па/м, определяемая по формуле

.

Для газопроводов среднего и высокого давления расчетная формула для определения гидравлического сопротивления

где p _н, p _к – давление соответственно в начале и в конце газопровода, Па;

- среднее удельное сопротивление трению, Па²/км, определяемая по формуле

где z- коэффициент сжимаемости газа, который при давлении газа до 1, 2 МПа практически равен 1 и при расчетах его можно не учитывать.

Рисунок 3 – Номограмма для определения потерь давления в газопроводах низкого давления для природного газа (r = 0, 73 кг/м³, n = 14, 3 · 10^–6 м²/с при 0°С и 0, 1013 МПа)