Курсовое проектирование по газоснабжению «Газоснабжение Коттеджного поселка» (стр. 4 )

Длины участков кольцевой газораспределительной сети приведены в таблице 9.2 (приложение Е, вариант 1).

Таблица 9.2 – длины участков газораспределительной системы

г) Определяют путевые расходы по участкам, которые вычисляются как произведение длины участка на сумму удельных расходов колец, граничащих с участком:

Vп = L*ΣVуд. L (14)

где: L - длина участка, м;

ΣVуд. f - сумма удельных расходов газа, прилегающих к участку колец,

м3/час, м.

В тех случаях, когда площадь застройки расположена вне контура застройки, приходящийся на нее расход газа должен быть прибавлен к путевым расходам тех участков, от которых предполагается питание потребителей этой площади.

д) Определяют узловые расходы, вычисляя их как полусумму путевых расходов участков, сходящихся в узле. В тех случаях, когда распределительная сеть, помимо равномерно распределенной нагрузки, имеет сосредоточенные расходы, последние включаются в узловые расходы в местах присоединения сосредоточенных расходов в распределительной сети:

Vузл. = ΣVп /2 м3/час (15)

На расчетной схеме намечают желаемые (расчетные) направления потоков газа.

После чего вычисляют расчетные расхода газа по отдельным участкам газораспределительной сети из условия «равновесия узлов», т. е. из условия соблюдения равенства количества газа, притекающего к узлу и отходящего от него. Если в уравнении «равновесия узла» неизвестны несколько расходов, то неизвестными расходами, за исключением одного, задаются, а один вычисляют. Величины расходов, которыми задаются, могут быть приняты произвольно, но во всяком случае не должно быть меньше половины путевых расходов газа для соответствующих участков.

Рассмотрим в качестве примера расчет расходов природного газа кольцевой газораспределительной системы (рис. 2) с учетом последующих включений (дополнительный проект) системы малых колец входящих в схему кольцевой сети состоящей из четырех больших колец.

Р е ш е н и е. Удельный расход природного газа на площадь застройки, вычисляем по формуле (11): Vуд.f = 1630/119 = 13.697 м3/час, на 1 га

Расход природного газа по кольцам газораспределительной системы вычисляем по формуле (12):

Кольцо I Vк1 = 28*13.697 = 383.52 м3/час

Кольцо II Vк2 = 31.5*13.697 = 431.329 м3/час

Кольцо III Vк3 = 31.5*13.697 = 431.329 м3/час

Кольцо IV Vк4 = 28*13.697 = 383.52 м3/час

Проверка погрешности в расчете (±∆δ %) < 1.

ΣVк = 383.52+431.329+431.329+383.52 = 1629.698 м3/час

+∆δ = ((1/1630)*100 = 0,02% < 1% Расчет продолжаем.

Удельные расходы природного газа отнесены к единицы длины периметра кольца (табл.6) вычисляем по формуле (13):

Кольцо I Vуд.f = 383.52/2200 = 0.17433 м3/час, пог. м

Кольцо II Vуд.f = 431.329/2300 = 0.18752 м3/час, пог. м

Кольцо III Vуд.f = 431.329/2300 = 0.18752 м3/час, пог. м

Кольцо IV Vуд.f = 383.52/2200 = 0.17433 м3/час, пог. м

Путевые расходы природного газа по всем участкам газораспределитель-ной системы вычисляем по формуле (14):

Для участка 1 – 2 Vп(1-2) = 400*0.17433 = 69.73 м3/час

Для участка 2 – 3 Vп(2-3) = 450*0.18752 = 84.38 м3/час

Для участка 3 – 4 Vп(3-4) = 700*0.18752 = 131.26 м3/час

Для участка 2 – 5 Vп(2-5) = 700*(0.17433 + 0.18752) = 253.30 м3/час

Результаты вычислений сводим в табл. 7

Таблица 9.3 – Путевые расходы природного газа.

Продолжение таблицы 9.3

ΣVп = 1630.71 м3/час

Проверка погрешности в расчете (±∆δ %) < 1 %.

–  ∆δ = ((1630.71 – 1630)/1630)*100 = – 0.04% < 1% .

Узловые расходы природного газа вычисляем по формуле (15):

Для узла 1

Vузл(1) =0.50*(Vп(1-2)+Vп(1-6)) = 0.50*(69.73+122.13) = 95.93 м3/час

Для узла 2

Vузл(2) =0.50*(Vп(2-5)+Vп(1-2)+Vп(2-3))=0.50*(253.30+69.73+84.38)=203.71 м3/час

Для узла 3

Vузл(3) =0.50*(Vп(2-3) + Vп(3-4)) = 0.50*(84.38 +131.26) = 107.82 м3/час

Результаты вычислений сведены в табл. 8

Таблица 8

Продолжение табл. 8

ΣVузл = 1631.30 м3/час

Проверка погрешности в расчете (±∆δ %) < 1 %.

+∆δ = ((1631.30 – 1630)/1630)*100 = 0.08 % < 1.

Расчет продолжаем.

Вычисляем расчетные расходы газа системы газораспределения и газопотребления. Для этого на схеме (рис.3) наносим узловые расходы и окончательно намечаем желаемые направления потоков газа по всем участкам системы. Вычисление расчетных расходов газа по участкам сети ведем на основе принятых направлений потоков газа, соблюдая, при этом, условия «равновесия узлов».

Вычисление лучше всего начинать с одной из «точек схода». В данном примере «точками схода» являются узлы: 1, 3, 7 и 9.

↓

Узел 1 ← Vр(1-2) + Vр(1-6) – Vузл.(1) = 0 или Vр(1-2) + Vр(1-6) = Vузл(1) = 95.93 м3/час

Задаваясь одним из расходов газа, определяем другой. Принимаем:

Vр(1-6)=0.5*Vп(1-6)=.50*122.13=61.07 м3/час,

Vр(1-2)=95.93–61.07=34.86 м3/час

Узел 3 ← Vр(2-3) + Vр(3-4) – Vузл.(3) = 0; Vр(2-3) + Vр(3-4) =Vузл(3) = 107.82 м3/час

↑ Vр(3-4)=0.50*131.26=65.63 м3/час,

Vр(2-3)=107.82–65.63=42.19 м3/час

Узел → 9

↑ Vр(4-9) + Vр(8-9) – Vузл(9) = 0; Vр(4-9) + Vр(8-9) = Vузл(9) =107,95 м3/ча

Принимаем Vр(4-9)=0.50* Vп(4-9)=0.50*131.42=65.71 м3/час

Vр(8-9) = Vузл(9) – Vр(4-9) =107.95 – 65.71=42.24 м3/час

↑

Узел → 7 Vр(6-7) + Vр(7-8) - Vузл(7) = 0; Vр(6-7) + Vр(7-8) = Vузл(7)= 95.96 м3/час

Vр(7-8)=0.5*Vп(7-8)=0.5*69.78=34.89 м3/час;

Vр(6-7)=95.96-34.89=61.07м3/час

↑

Узел 2← Vр(2-5) - Vр(1-2) - Vр(2-3) - Vузл(2) = 0;

↓ Vр(2-5) = Vр(1-2)+Vр(2-3)+Vузл(2)=34.86+42.19 + 203.71 =280.76 м3/час

Узел ←4→ Vр(4-5) - Vр(3-4) - Vр( 4-9) - Vузл(4) = 0; Vузл(4) =215.91 м3/час

↑ Vр(4-5)=Vр(3-4)+Vр(4-9)+Vузл(4) = 65.63+ 65.71+215.91=347.25 м3/час

↓ Vр(5-6) - Vр(1-6) - Vр(6-7) - Vузл(6) = 0; V узл(6) =191.91 м3/час

Узел ←6→ Vр(5-6)=Vр(1-6)+Vр(6-7)+Vузл(6)=61.07+61.97+191.91 =314.95 м3/час

↑

Узел →8 Vр(5-8) - Vр(7-8) - Vр(8-9) - Vузл(8) = 0

↓ Vр(5-8)= Vр(7-8)+Vр(8-9)+Vузл(8)=34.89 +42.24+203.91 =281.04 м3/час

Для узла 5 составляется проверочное уравнение, т. е. приход в узел (5) от ГРП с последующим потоками газа от узла (5) к узлам (2), (4), (6) и (8).

Расход газа поступающего от ГРП в узел (5) равен расчетному расходу газа Vчас = 1630 м3/час.

↑ ГРП

Узел ←5→ Уравнение баланса узла 5 принимает следующий вид:

↓ Vгрп - Vр(2-5) - Vр(4-5) - Vр(5-6) - Vр(5-8) - Vузл(5) = 0

Vгрп=Vр(2-5)+Vр(4-5)+Vр(5-8)+Vр(5-6)+Vузл(5)

1630= 280.76 +347.25 +281.04 +314.95+407.82 =(1631.82)

Фактически расчетный расход природного газа по балансовой составляющей не соответствует первоначальному заданному расходу газа, т. е. наблюдается невязка в расчете. Проверим невязку.

Невязка в расчете: + ∆δ = ((1631.82 – 1630)/1630)*100 = 0,11 % < 1 %

Следовательно расчет выполнен верно, невязка не превышает допустимую величину. Расчет продолжаем.

9.7 Гидравлический расчет газопроводов

9.7.1 Основные предпосылки к гидравлическому расчету

Прежде чем рассматривать основное уравнение потери напора при движении газа, кратко остановимся на некоторых величинах, характеризующих движение газа по трубопроводах.

Скорость движения и расход газа. Вследствие наличия трения газа о стенки трубы скорость газа по ее сечению не одинакова. Ближе к стенкам скорость меньше, чем в центре трубы. Однако при расчете газопроводов принимают, что все частицы газа по сечению трубы имеют одну условную скорость, которая определяется как частное от деления количества газа, проходящего через трубу в единицу времени, на площадь поперечного сечения трубы. Количество газа, проходящего через сечение трубы в единицу времени, называют р а с х о д о м. Различают скорости и соответственно расходы о б ъ е м н ы е и в е с о в ы е.

Объемную скорость газа ω определяют по уравнению:

ω = V/F м/сек, (16)

где: V - объемный расход газа, м3/сек;

F - площадь поперечного сечения трубы, м2.

Для определения весовой скорости ω пользуются уравнением:

ωg = G/F = V*ρ /F кг/сек, (17)

где: G - весовой расход газа, кг/сек;

ρ - плотность газа при данном давлении и температуре, кг/м3.

Характер движения газа в газопроводах. В гидравлике различают два вида течения жидкостей: л а м и н а р н о е и т у р б у л е н т н о е. Законы сопротивления движению жидкости совершенно различны для этих видов течения. Поэтому при выполнении технических расчетов важно знать, с каким видом течения приходится иметь дело в том или ином конкретном случае.

Как известно из гидродинамики, каждый из этих видов течения характеризуется определенными пределами значений безразмерной зависимости, называемой числом Рейнольдса (Rе):

Rе = (ω*D)/ν , (18)

где: D - диметр трубопровода, м; ν - кинематическая вязкость газа, м2/сек.

Рассмотрим какой вид движения имеет место при передаче газа по трубопроводам различных диаметров. Для примера возьмем природный газ с кинематической вязкостью ν∙106 = 29,5 м2/сек.

При этом выражение числа Рейнольдса для этого газа имеет вид:

Rе = (ω*D*106)/29,5 (19)

При решении этого уравнения для различных скоростей и диаметров газопровода можно проследить характер изменения значений Rе, а следовательно и характер движения газа.

Результаты вычислений сведены в табл. 9. Анализ полученных данных показывает, что при постоянной скорости газа с увеличением диаметра газопровода резко возрастает число Рейнольдса. Так например, при скорости движения газа 1 м/сек для диаметра трубопровода ¾ дюйма число Рейнольдса (Rе=645), а для диаметра 4 дюйма (Rе=3400).

Таблица 9

9.7.2 Изменение состояние газа при его движении по газопроводу.

Процесс изменения состояния газа при его движении по газопроводу существенным образом влияет на характер и строение формул гидравлического расчета газопроводов. В отличие от капельных жидкостей, объем которых практически не зависит от давления, объем газа непосредственно связан с давлением. Если при движении газа происходит падение его давления, то соответственно увеличивается его объем. Другими словами, происходит изменение состояния газа.

В термодинамике различают следующие процессы изменения газа: адиабатический, изотермический и политропический. Для передачи газа по газопроводам в подавляющем большинстве случаев применяют подземную прокладку газопроводов, причем их укладывают ниже глубины промерзания грунта. Следовательно, температура окружающей газопровод среды – температура грунта имеет более или менее постоянное значение. Если учесть при этом, что время пребывания газа в подземных газопроводах ничтожно мало по сравнению со временем, в течение которого происходит изменение температуры грунта, то для практических расчетов температура окружающего газопровод грунта может быть принята постоянной. Следовательно, для подземных газопроводов наиболее вероятен изотермический процесс изменения состояния транспортируемого в нем газа. Поэтому при рассмотрении формул гидравлического расчета газопроводов необходимо принимать и з о т е р м и ч е с к и й процесс изменения состояния газа в газопроводах.

9.7.3 Основные уравнения гидравлического расчета газопровода

Изучение движения по трубам жидкости вообще и газа в частности направлено к отысканию зависимости между диаметром трубы, расходы жидкости (газа) и потерей напора. Эта задача решается в зависимости от характера движения. Для ламинарного течения потери напора диаметр и расход связаны строго математической зависимостью, которая имеет вид:

Р1 – Р2 = ∆Р = (32*μ*ω*L)/D2 кг/м2 (20)

где: ∆Р – потери напора на трение при ламинарном движении жидкостей,

жидкостей, кгм2;

ω - скорость движения жидкости, м/сек;

D - диаметр трубопровода, м;

L - длина трубопровода, м;

μ - вязкость жидкости, кг сек/м2.

Для расчета газопровода при турбулентном движении напор затрачивается не только на преодоление сил трения жидкости о стенки трубы, но и на преодоление внутреннего трения, обусловленного турбулентностью потока. Потери на внутреннее трение вследствие зависимости их от ряда факторов, в том числе от физических качеств трубы, не поддаются строго математическому анализу. Поэтому в практических расчетах при турбулентном движении жидкостей (газа) пользуются экспериментально определяемыми коэффициентами сопротивления, которые учитывают потери напора на внутреннее и внешнее трение.

Для турбулентного движения зависимость между потерей напора, скоростью движения, длиной трубопровода. Удельным весом потока и диаметром трубы выражается известным из гидродинамики уравнением [2], называемым формулой Дарси – Вейсбаха:

Р1 – Р2 = (λ*ω2*L*ρ )/2g*D (21)

где: Р1 и Р2 - давления в начале и конце трубопровода, кг/м2;

λ - безразмерный коэффициент сопротивления, зависящий от

состояния поверхности стенки трубы и от характера

движения потока;

ω - средняя по сечению трубы скорость движения газа, м/сек;

ρ - плотность газа, кг/м3;

D - диаметр трубы, м;

g - ускорение силы тяжести, м/сек2.

Формула Дарси –Вейсбаха в том виде, как она представлена выше, не может быть непосредственно использована для гидравлического расчета газопроводов, так как в ней потери напора (Р1 – Р2 = ∆Р) выражена через скорость ω, которая сама является функцией расхода V, плотности ρ и диаметра D. Поэтому для гидравлического расчета газопроводов пользу-ются специальными формулами, построенными на основе уравнения (21).

В практике расчета газопроводов низкого давления чаще пользуются следующими размерностями: расход газа V м3/час; длина газопровода L м; диаметр газопровода d см; потеря напора ∆Р кг/м2.

При этих размерностях формула для расчета потерь напора имеет вид:

∆Р = 82,52*(λ*V2 *S*L)/d2 (22)

где: S – относительный вес газа.

Уравнение (22) является основным уравнением для расчета газопроводов с малыми перепадами давлений, в частности для газопроводов низкого давления.

9.7.4 Гидравлический расчет кольцевых газопроводов

В тупиковых сетях, питаемых в одной точке, как расходы газа по отдельным участкам, так и направление потоков газа вполне определены. В кольцевых газораспределительных системах при заданной конфигурации сети и расчетных величинах узловых расходов направления потоков, а тем более величины расчетных расходов по отдельным участкам могут иметь весьма различные значения.. Поэтому при расчете кольцевой сети в общем случае неизвестными будут диаметры газопроводов и потери давления на участках.

Для отыскания указанных неизвестных необходимо составить надлежащее число уравнений; некоторые из них можно составить, исходя из следующих двух условий:

а) сумма потоков, приходящих к узлу, должна равняться сумме потоков, выходящих из узла; этим условием необходимо пользоваться при определении расчетных расходов;

б) в любом замкнутом контуре (кольцевой сети) сумма потерь давления на участках с направлением движения газа по часовой стрелке должна равняться сумме потерь давления на участках с направлением движения газа против часовой стрелки, т. е.

ΣНк = 0 (23)

В дальнейшем направление движения по часовой стрелке необходимо считать положительным (+), а против часовой стрелки – отрицательным ( –).

Удельная потеря давления по участкам системы газораспределения определяется по формуле (24):

∆Р = ∆Н /1,10*ΣL, (24)

где: ∆Н – заданная потеря давления по участкам газопровода от газорегу -

ляторного пункта до наиболее удаленной точки (узла), Па;

ΣL –сумма длин участков, м;

1,10 - коэффициент местных и линейных потерь давления.

Р е ш е н и е. Для гидравлического расчета системы газораспределения вычисляем удельные потери давления на единицу длины газопровода в различных направлениях от газорегуляторного пункта до самых удаленных точек. . Длины участков системы принимаем по данным таблицы 5.

Участки 5–6 и 6–1.

Удельные потери давления составляют:

∆Р1 = (∆Р/1,10*(L5-6+L6-1)) = (1200/1,10*(400+700)) =0.99 Па, м

Участки 5–2 и 2–1.

Удельные потери давления равны участкам 6–1 и 5-2. ∆Р2=0.99 Па, м.

Участки 2-1 и 5-6. ∆Р2=0.99 Па, м

Участок 2–3.

Удельные потери давления составляют:

∆Р3=(∆Р–(∆Р2*L5-2 ))/1,10*L2-3=(1200–(0,99*700))/1,10*450=0.93 Па,

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10