Расчет параметров распределительной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра: «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность»

ЗАДАНИЕ № 4

на курсовую работу

Тема: Расчет параметров распределительной сети

Студент Аль-Фатлави М.А .

К код 21.03.01 группа БНГп21

 Срок представления работы к защите:

“____”______20__ г.

газопровод магистраль давление

Исходные данные:

Задача №1. Рассчитать пропускную способность сложного газопровода природного газа, схема которого представлена на рис. 1.

Диаметры и длины участков представлены в табл. 2.

Начальное давление в системе составляет (см табл. 1) МПа (точка рн), конечное давление в системе равно (см табл. 1) МПа (точка рк). Средняя температура перекачиваемого газа составляет (см табл. 1) К. Шероховатость трубы = 0,5мм. Найти давления в узловых точках и эквивалентный диаметр трубопроводаРассчитать пропускную способность сложного газопровода природного газа, схема которого представлена на рис. 1.1. Диаметры и длины участков представлены в табл. 1.2.

Начальное давление в системе составляет см. табл. 1.1 (точка Pн), конечное давление в системе равно см. табл. 1.1 (точка Pк). Средняя температура перекачиваемого газа составляет см. табл. 1.1. Шероховатость трубы = 0,5 мм. Найти давления в узловых точках и эквивалентный диаметр трубопровода.

Таблица 1.1

Pн, МПа	Pк, МПа	t, °С
4,1	1,8	25

Таблица 1.2 - Геометрические данные трубопровода

Номер индекса i	1	2	3	4	5	6	7	8
Наружный диаметр Di, мм	426	529	377	529	630	377	377	426
Толщина стенки дi, мм	9	9	7	9	10	7	7	9
Длина участка li, км	15	47	14	27	17	9	30	12

Задача №2

Рассчитать диаметры участков распределительной сети природного газа, схема которого представлена на рис. 2.1. Найти давления в узловых точках. Определить начальное давление, необходимое для снабжения газа всех потребителей. Длины участков представлены в табл. 2.1. Расход для потребителей представлен в табл. 2.2. Конечное избыточное давление в системе равно 0,05 кгс/см2. (точка P(к)). Средняя температура перекачиваемого газа составляет 283К. Шероховатость трубы k = 0,5 мм.Рассчитать диаметры участков распределительной сети природного газа, схема которого представлена на рис. 2.1. Найти давления в узловых точках. Определить начальное давление, необходимое для снабжения газом всех потребителей. Длины участков представлены в табл. 2.1. Расход для потребителей представлен в табл. 2.2. Конечное избыточное давление в системе равно 0,05 кгс/см2. (точка P(к)). Средняя температура перекачиваемого газа составляет 293 К. Шероховатость трубы k = 0,5 мм.

Таблица 2.1 - Геометрические характеристики сети

Участки, li	l1	l2	l3	l4	l5	l6	l7	l8	l9
Длина участка, км	3,7	1,1	5,4	9,6	3,7	1,7	2,8	11,9	10,2

Таблица 2.2 - Расход газа потребителями

Потребители, Qi	Расход, приведенный к нормальным условиям, м3/час
Q1	1,9
Q2	2,8
Q3	1,1

Перечень разделов пояснительной записки:

Задача №1

Задача №2

Перечень графического материала: __________________________

Руководитель работы

_____________________________________________

подпись, дата инициалы, фамилия

Задание принял к исполнению

______________________________________________

подпись, дата инициалы, фамилия

СОДЕРЖАНИЕ

1 Задача №12

2 Задача №211

 Задача №1

Для расчета сложной трубопроводной системы воспользуемся методом замены на эквивалентный простой газопровод. Для этого на основании уравнения теоретического расхода для установившегося изотермического течения составим уравнение для эквивалентного газопровода и запишем уравнение.

Для участка l1 запишем формулу расхода:

, (1.1)

где рн - давление в начальной точке трубопровода, Па;

р1 - давление в точке р1, Па;

Q - объемный расход газа, м3/;

А - коэффициент;

коэффициент гидравлического сопротивления;

- длина первого участка, м;

D1 - внутренний диаметр трубопровода на 1-м участке, м.

Для участка l3 расход

Просуммируем (1.3), (1.4), получим:

В узловой точке р2 газовый поток разделяется на две нитки: l4-l6 и l3l5 далее в точке р5 эти ветви объединяются. Считаем, что на ветке l4-l6 расход Q1, на ветке l3-l5 - расход Q2.

Для ветви l5-l7

Просуммируем (1.6) и (1.7) и получим

Поступая аналогично преобразованиям (1.6) - (1.7) получим:

Выразим из выражений (1.2) и (1.5) Q1 и Q2 , соответственно имеем:

(1.10 . (1.11)

Суммарный расход по параллельным участкам .

Отсюда:

(1.12)

Разность квадратов давлений для параллельного участка l4-l6 равна

(1.13)

Выразим из выражений (1.8) и (1.9) Q1 и Q2 , соответственно имеем

Суммарный расход по параллельным участкам .

Для участка l6-l8 запишем:

, (1.14)

(1.15)

.

Из последнего выражения можно определить пропускную способность системы. С учетом формулы расхода для эквивалентного газопровода:

. (1.18)

Найдем соотношение, которое позволяет при заданном Lэк или Dэк найти другой геометри ческий размер газопровода:

Для того чтобы определить длину эквивалентного газопровода построим развертку системы (см. рис. 1.2). Для этого построим все нити сложного трубопровода в одном направлении, сохраняя структуру системы. В качестве длины эквивалентного трубопровода примем самую протяженную составляющую газопровода

Рисунок 1.2 - Развертка трубопроводной системы

По результатам построения в качестве длины эквивалентного трубопровода примем длину, равную сумме участков l1-l2- l3-l5 -l7-l8 , Lэк =135 км.

Для расчетов примем следующие допущения:

Считаем, что течение газа в трубопроводе подчиняется квадратичному закону сопротивления. Поэтому коэффициент гидравлического сопротивления рассчитываем по формуле:

.

Где К и D в метрах.

Для магистральных газопроводов без подкладных колец дополнительные местные сопротивления

(арматура, переходы) обычно не превышают 2-5% от потерь на трение. Поэтому для технических расчетов за расчетный коэффициент гидравлического сопротивления принимается величина

=(1,02ч1,05)тр

Для расчета примем.

Рассчитаем коэффициент гидравлического сопротивления для всех участков трубопроводной сети для всех участков трубопроводной сети, результаты занесем в табл. 1.2.

Таблица 1.2 - Результаты расчетов коэффициента гидравлическго сопротивления

Номер участка	Диаметр наружный, мм	Толщина стенки, мм	Коэффициент гидравлического сопротивления
1	426	9	0,0201
2	529	9	0,0192
3	377	7	0,0206
4	529	9	0,0192
5	630	10	0,0185
6	377	7	0,0206
7	377	7	0,0206
8	426	9	0,0201

В расчетах используем среднюю плотность газа по трубопроводной системе. Плотность, которую рассчитаем из условий сжимаемости газа при среднем давлении.

Среднее давление по системе при заданных условиях составляет (Pн+Pк)/2= (4,1+1,8)/2=2,9 МПа.

Коэффициент сжимаемости при рабочих условиях для природного газа (метан) можно определить согласно номограмме.

Для определения коэффициента сжимаемости z по номограмме необходимо рассчитать приведенную температуру и давление по формулам:

и

где

Т, р - температура и давление при рабочих условиях

Ткр, ркр - абсолютные критическая температура и давление (справочные данные), тогда

Далее по номограмме расчета коэффициента сжимаемости природного газа определяем z:

z = 0,95

Среднюю плотность газа определим по формуле

Где R=R0/М [Дж/кг*К] - газовая постоянная;

R0 = 8314,3 [Дж/кмоль*К] - универсальная газовая постоянная;

М = 16 [кг/кмоль] - молекулярная масса природного газа (метана).

Рассчитываем расход по газопроводу по формуле (1.18). Для этого необходимо рассчитать коэффициент А по формуле

Найдем множитель из формулы (1.19), обозначим его через перменную S.

Вычисляем параметр S:

Тогда объемный расход газа будет:

Объемный расход газа при среднем давлении в трубопроводе составляет 0,1685 M3 /C

Массовый расход:

Рассчитаем эквивалентный диаметр эквивалентного газопровода по формуле (1.19). Примем коэффициент гидравлического сопротивления равным л = 0,02.

Рассчитаем давление в узловой точке р1 по формуле (1.1).

Рассчитаем давление в точке р5 по формуле

Для того, чтобы вычислить давление в узловой точке р3 воспользуемся формулой :



P3=3.378 МПа

Выразим из выражений (1.2) и (1.5) Q1 и Q2 , соответственно имеем

=0.1700 / ,=0.0775

Q=Q1+Q2=0.17+0.0775=0.2475 Q=1.46

Рассчитаем давление в точке р2 по формуле

381 МПа

Рассчитаем давление в точке р4 по формуле :

Выразим из выражений (1.8) и (1.9) Q1 и Q2 , соответственно имеем:

=0,6378 =1,1864

Задача №2

В общем виде алгоритм решения данной задачи можно описать следующим образом:

1. Из множества ответвлений сложной трубопроводной системы отыскиваем тот, который наиболее отстоит от начальной точки системы газоснабжения. Путь от начальной точки до этого участка будем считать основной магистралью.

2. Определим удельные потери давления на один метр основной магистрали.

3. Вычисляются давления в узловых точках основной магистрали с учетом удельных потерь, полученных в п. 2.

4. Предварительно определяются диаметры трубопроводов для основной магистрали и приводятся к стандартным значениям.

5. Рассчитываются потери давления по основной магистрали со стандартными значениями диаметров труб. Если в результате давление в конечной точке (у потребителя) по условиям задачи отличается от расчетного не более, чем на 10%, то расчет основной магистрали считаем верным. В противном случае корректируем диаметры трубопроводов и расчет повторяем, до тех пор пока решение не сойдется.

6. Аналогично, подбираем диаметры трубопроводов для всех боковых веток. В результате расчетов давление газа у потребителей может отличается от заданного не более, чем на 10%.

Решение

Согласно СНиП 2.04.08-87 потери давления газа в распределительных газопроводах низкого давления следует принимать не более 180 мм вод. ст. или 1700 Па. Наиболее удаленный потребитель - это

1. потребитель Q3 (нижняя ветка на расчетной схеме). Расстояние до него составляет 20,9 км. Расстояние до потребителя Q1 составляет 5,7 км, до потребителя Q2 - 18,8 км.

2. Потери давления до самого удаленного потребителя (ветка l1-l2-l5-l8-I9) должны составлять 1764 Па. Таким образом, удельные потери давления по трубопроводу l1-l2-l5-l8-l9 составляют 0,057 Па/м.

По условию задачи избыточное давление в конечной точке составляют Рк=0.05кгс/см2 =5·10-3МПа. Абсолютное давление в точке составляют

РK= 0.105 МПа.

3. Рассчитаем давление в точках p9,p8, р5, р2, р1, рн по формуле:

(2.1)

Среднее давление на участке l9 составляет 0.1056222МПа.

(2.2)

Среднее давление на участке l8 составляет 0.106348Мпа

(2.3)

Среднее давление на участке l5 составляет 0.1065Мпа

(2.4)

Среднее давление на участке l2 составляет 0.106641Мпа

(2.5)

Среднее давление на участке l1 составляет 0.10517Мпа

1. Предварительно определим диаметр газопровода по формуле(2.5):

(2.5)

где d -диаметр газопровода, см;

Q - расход газа, м3/ч, при температуре 0 °С и давлении 0,10132 МПа ;

t - температура газа, °С;

рm - среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа;

V -скорость газа, м/с.

Скорость газа примем равной 7 м/с на основании СНиП 2.04.08-87, тогда:

5.Выполним поверочный расчет для основной магистрали l1-l3-l7-l8-l9 трубопроводной системы передачи газа низкого давления при стандартных величинах значений диаметров трубопроводов.

Коэффициент кинематической вязкости определим из выражения:

(2.6)

Участок l9

Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы.

При Re < 2000 потеря давления для ламинарного режима течения вычисляется по формуле:

(2.7)

Подбором по формуле определим расчетный диаметр трубопровода, который равен (48 . 4 мм). Потери давления в этом случае составят 546,5 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:

Участок l8

Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы.

При Re < 2000 потеря давления для ламинарного режима течения вычисляется по формуле:

(2.8)

Подбором по формуле определим расчетный диаметр трубопровода, который равен (48 . 4 мм). Потери давления в этом случае составят 637,5 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:

Участок l5

Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы.

При Re < 4000 потеря давления для ламинарного режима течения вычисляется по формуле:

Подбором по формуле определим расчетный диаметр трубопровода, который равен (60 . 3,5 мм). Потери давления в этом случае составят 188,05 Па. В связи с изменившимся значением диаметра

Участок l2

При Re < 4000 потери давления для турбулентного режима течения вычисляются по формуле:

Расчетный диаметр трубопровода составляет (75,5 .3,2) см. При таком диаметре, фактические потери давления составят 51,61 Па, допустимые

6. Вычислим диаметры для боковых ответвлений системы. Для этого необходимо определить давление в точке р2 и р6. Давление в точке р1 вычислим из выражения

P2=pk+pl9+pl8+pl5+pl1

P2=0,105+546.10-4+636,5 .10-4+51,6.10-4=0,106698

P5=pk+ pl9 + pl8

=0,105+0,056.10-4+0,106.10-4=0,1054

Участок l3-l6

Для участок l3

P3=0,105+9,6.1000.0,0576.10-6

P3=0,1055

При Re < 2000 потери давления для турбулентного режима течения вычисляются по формуле:

(

Подбором по формуле определим расчетный диаметр трубопровода, который равен (60 . 3,5 мм). Потери давления в этом случае составят 238,92 Па. В связи с изменившимся значением диаметра,

Для участок l6

P6=0,105+1,7.1000.0,0576.10-6=0,15

Re < 2000 потеря давления для ламинарного режима течения вычисляется по формуле

Подбором по формуле определим расчетный диаметр трубопровода, который равен (60 . 3,5 мм)

Потери давления в этом случае составят 51,039 Па. В связи с изменившимся значением диаметра,

Таблица 2.3- Рассчитанные геометрические характеристики сети

Участки, li	Длина участка, км	Внутренний диаметр участка, мм	Падение давления на участке, Па	Абсолютное давление в точке, Па
l1	3,7	64	51,61	р1=106641
l2	1.1	53	188,05	р2=106574
l3	5.4	53	283,29	р3=1055
l4	9,6	41	305.21	р4=105
l5	3,7	40	636,53	р5=106348
l6	1,7	53	51,039	р6=15
l7	2,8	42	348.6	р7=105
l8	11,9	40	546,5	Р8=105622
l9	10,2	40	149.4	Р9=105

Таблица размеров водогазопроводных труб (ВГП) по ГОСТу 3262-75

Условный проход, Dу	Наружный диаметр, мм	Легкие	Обычные	Усиленные
		Толщина стенки, мм		Толщина стенки, мм		Толщина стенки, мм
6	10,2	1,8		2,0		2,5
8	13,5	2,0		2,2		2,8
10	17,0	2,0		2,2		2,8
15	21,3	2,5		2,8		3,2
20	26,8	2,5		2,8		3,2
25	33,5	2,8		3,2		4,0
32	42,3	2,8		3,2		4,0
40	48,0	3,0		3,5		4,0
50	60,0	3,0		3,5		4,5
65	75,5	3,2		4,0		4,5
80	88,5	3,5		4,0		4,5
100	114,0	4,0		4,5		5,0

Размещено на Allbest.ru

...