Расчёт газовых сетей

Размещено на http://allbest.ru

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Газовые сети и газохранилища»

Тема

Расчёт газовых сетей

Выполнил: Михайлов П.Ю, студент V курса

специальность «Проектирование, сооружение

и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ».

Проверил: Сорокин В.Н., доцент кафедры

«Основы теории механики и автоматического управления»

Омск,2012



1. Расчет тупиковой разветвленной сети среднего давления для газоснабжения

Исходные данные для задания: Рассчитать тупиковую разветвленную сеть среднего давления для газоснабжения потребителей (см. рис. 1). Избыточное давление в начале сети Р_Н = 0,3 МПа, а перед ГРП потребителей не менее Р_К = 0,05 МПа (исходя из требований устойчивой работы ГРП).

Расходы газа потребителей Q [м³/ч] и длины участков l [м] представлены в таблице 1.

Рис. 1

Таблица 1

Вариант	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	l0-1	l1-2	l1-3	l3-4	l3-5	l5-6	l6-7	l6-8	l5-9
1	800	1800	6000	600	400	1000	200	400	300	700	120	300	180	650

Решение: Определяем расчетные расходы газа по участкам сети. Значение расчетного расхода на участке 5-9 равно расходу потребителя Q₅=400м³/ч, на участке 3-5 расчетный расход равен сумме расходов Q₃, Q₄ и Q₅, т.е.

Q_3-5=6000+600+400 =7000м³/ч и т.д.

Расчетные расходы газа записываются в таблицу.

Диаметры участков определяются по номограмме для расчета газопроводов высокого и среднего давления.

Номограмма (рис.2) дает зависимость между тремя величинами: расходом газа Q, диаметром газопровода D и параметром А, из которых нам известен только расход газа.

Рис. 2. Номограмма для расчета газопроводов среднего и высокого давления (природный газ р = 0,73 кг/м³; v = 14,3x10 м²/с)



Таким образом, имеем уравнение с двумя неизвестными. Предполагая, что располагаемый перепад давления используется равномерно и пропорционально длинам участков, вычисляем среднее значение величины А_ср.

,

где L_p - расчетная длина главного направления 0-9.

Диаметры участков по главному направлению подбираем таким образом, чтобы полученное по номограмме значение А для каждого участка было по возможности ближе к А_ср = 28.9 кПа²/м.

Таблица 2

Расчет сети среднего давления

Учас-ток	Длина участка, м	QP, м3/ч	D, мм	Аут, кПа2/м	Давление, кПа
	Lг	Lp=1,1Lг				Рн
Расчет главного направления ГРС-Q5 Аср = 28.9 кПа2/м
0-1	1000	1100	9600	273	22.5	300	255
1-3	400	440	8800	219	48	255	209
3-5	700	770	7000	219	25	209	156
5-9	650	715	400	76	22.5	156	86
Расчет отводов 1-2 , Аср = (2552-502)/220 = 284 кПа2/м
1-2	200	220	800	76	80	255	217
3-4 , Аср = (2092-502)/330 = 125 кПа2/м
3-4	300	330	1800	133	67	209	147
Расчет направления 5-7 в ответвлении Аср = (1562-502)/132 = 165 кПа2/м
5-6	120	132	6600	159	90	156	111
6-7	300	330	6000	159	27	111	58
Расчет отвода 6-8; Аср = (1112-502)/198 = 49 кПа2/м
6-8	180	198	600	76	49	111	51



2. Расчет кольцевой газовой сети низкого давления

Рассчитать кольцевую газовую сеть низкого давления с одной сосредоточенной нагрузкой q₁ = 80 м³/ч. Подобрать регулятор давления для ГРП и определить скорость движения газа в линиях редуцирования. Плотность населения N₁ = 500 чел/га.

Удельный расход газа q₀ = 0,09 м³/чел. Сеть питается природным газом плотностью с = 0,73 кг/м³. Длина сторон колец и площади застройки жилых кварталов приведены на рис. 3. Расчетный перепад давления в сети принять равным Па.

Рис. 3

Решение: Вся территория разбивается на зоны А, I, II, которые питаются газом от определенных контуров. Определяем максимальные часовые расходы газа для каждой зоны, перемножая площадь зоны, плотность населения и удельный расход газа на человека.

Q_max=F· N₁· q₀



Определяем суммарную геометрическую длину каждого питающего контура I, II, и полуконтура А. Определяем удельные путевые расходы в каждом контуре и полуконтуре путем деления максимального часового расхода на длину контура. Все расчеты сводим в табл. 3.

Таблица 3

Удельные путевые расходы

Номер зоны	Площадь зоны, га	Население, чел.	Расход газа, м3/ч	Длина контура, м	Удельный путевой расход, м3/чм
I	12	6000	540	1400	0,386
II	12	6000	540	1400	0,386
А	4	2000	180	600	0,3
Итого	28	14000	1260	-	-

газопровод гидравлический номограмма

Суммарное потребление газа с учетом сосредоточенных отборов составляет

Q = 1260 + 80 = 1340 м³/ч

Далее сеть разбивается на участки и нумеруются все узлы. Назначаются концевые точки в местах, наиболее удаленных от точки питания сети.

Направление движения газа указано на рис. 3. Направление движения газа по часовой стрелке будем считать положительным, против часовой - отрицательным. Определяем путевые, транзитные и расчетные расходы газа на участках сети и заносим в табл. 4.

Таблица 4

Расчетные расходы газа

№ уч-ка	Длина уч-ка, м	Уд. путевой расход q, м3/чм	Расходы газа, м3/ч
			Qп	0,5Qп	Qт	Qр
1-2	300	0.386	115.8	57.9	154.4+97.2=251.6	309.5
2-3	400	0.386	154.4	77.2	77.2+20=97.2	174.4
3-5	300	0.772	213.6	115.8	77.2+20=97.2	213
1-5	400	0.386	154.4	77.2	30+274.4+185.8+213+97.2=819	896.2
5-6	100	0.3	30	15	0	15
5-7	400	0.686	274.4	137.2	115.4+40+30=185.8	323
7-8	100	0.3	30	15	0	15
3-4	400	0.386	154.4	77.2	40 - от сосред. расхода q1	117.2
7-4	300	0.386	115.8	57.9	40 - от сосред. расхода q1	97.8
Итого			1260.8

Проверяем правильность определения транзитных расходов. На участках 1-2 и 1-5, принадлежащих точке питания, расход газа равен

.

Полученная величина совпадает с расходом газа на всю газоснабжаемую территорию, равным 1340 м³/ч.

Производим предварительный расчет газовой сети, т.е. подбираем диаметры всех участков, исходя из средних гидравлических уклонов (удельных потерь давления по главным направлениям).

Результаты расчетов сводим в табл. 5. Потери на местные сопротивления принимаем в размере 10 % от линейных, тогда допустимые потери давления на трение составят

Р_т = 1200/1,1 = 1091 Па.

Для сети примем два главных направления. Первое главное направление от точки питания 1 до точки 4, т.е. 1-2-3-4, второе главное направление 1-5-7-4. Общая длина первого направления

L₁ = 300+400+400= 1100 м,

второго главного направления

L₂ = 400+400+300 = 1100 м.

По полученным значениям расчетных расходов соответствующих участков определяем их диаметры используя программу «Расчет диаметра газопровода согласно СП42-101-2003» и номограмму для расчета газопроводов низкого давления рис. 4.

Рис. 4 Номограмма для расчета газопроводов низкого давления (природный газ р = 0,73 кг/м'; v = 14,3x10 М_ус)



Все результаты сводим в табл. 5. Например, для участка 1-2 первого кольца с расчетным расходом Q_р = 309.5 м³/ч подбираем диаметр 219х5 мм и для него уточняем удельные потери на трение 0,33 Па/м. Умножая 0,33 Па/м на длину участка 1-2, получаем падение давления на нем Р = 99 Па. Аналогично рассчитываем остальные участки сети.

Таблица 5

Гидравлический расчет участков кольцевой сети

№ кольца	Участки	Распределение расходов
	Nуч	Nск	L, м	Qр, м3/ч	Dx, мм	P/L, Па/м	P, Па	P/Qр	1,1P, Па
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I	1-2 2-3 3-5 5-1	I I II I	300 400 300 400	309.5 174.4 -213 -896.2	219х5 159х5 159х5 325х8	0.33 0.25 -0.33 -0.25	99 100 -99 -100	0.32 0.57 0.46 0.11	108.9 110 108.9 110
	Р=0
II	5-7 7-4 4-3 3-5	II II II I	400 300 400 300	-323 -97.8 117.2 213	219x5 133х4 133х4 159х5	-0.25 -0.33 0.25 0.33	-100 -99 100 99	0.28 1.23 1.88 1.43	110 108.9 110 108.9
	Р=0

Далее определяем ошибку в распределении расходов по кольцам. Ошибка считается допустимой, если она будет меньше или равна 10 %. В нашем случае ошибка в I и II кольцах не превышает допустимую и равна соответственно ₁ = 0 % и ₂ = 0 %. В таком случае гидравлическая увязка сети не требуется.

Далее производим расчет тупиковых участков. При этом необходимо стремиться использовать весь расчетный перепад давления.

Все расчеты сводятся в табл. 6.

Таблица 6

Гидравлический расчет тупиковых газопроводов

Участок	l, м	Qр, м3/ч	Pр, Па	Pр/l, Па/м	Dх, мм	P/l, Па/м	P, Па	1,1P, Па
1-5	100	15	1090	10.9	57х3,5	0.99	99	108.9
7-8	100	15	981.1	9.811	57х3,5	0.99	99	108.9

Располагаемый перепад давления на участке 5-6 определим, исходя из потерь давления на главном направлении 1-5-7-4, которые берем из табл. 5.

Р_р(1-5) = 1200-Р_1-5 = 1200-110 = 1090 Па.

На участке 7-8

Р_р(7-8) = 1200-Р_1-5-7 = 1200-110-108.9 = 981.1 Па.

Диаметры газопроводов принимаем не менее 50 мм.

Диаметры участков были приняты с округлениями в большую сторону, что позволяет увеличить надежность поставок газа потребителям при аварийной ситуации.

3. Подбор оборудования для газорегуляторного пункта (ГРП)

Подобрать оборудование для ГРП производительностью 1340м³/ч при избыточном давлении на входе 95 кПа и давлении на выходе 3 кПа. Плотность газа 0,73 кг/м³, температура газа Т = 276 К.

Решение: Предварительно задаемся потерями в газопроводах ГРП, кранах (1, 5), предохранительном запорном клапане (3) и фильтре (2 рис. 5) в размере 4 кПа.

В этом случае перепад давления на клапане регулятора давления (4) будет равен:

Р = 95-4-3 = 88 кПа.

Абсолютное давление газа на входе (Р₁ )и выходе (Р₂) регулятора давления (РД)

Р₁ = Р_и +Р_а = 95+100 = 195 кПа,

Р₂ = 3+100 = 103 кПа.

Рис. 5. Расчетная схема ГРП

Режим течения газа через клапан РД

Р/Р₁ = 88/195 = 0,45 0,5,

что говорит о докритическом течении газа через РД.

По полученному значению Р/Р₁ = 0,45 из графика (рис. 6) находим значение поправки на изменение плотности газа = 0,77 при коэффициенте адиабаты для природного газа k = 1,3.

Определяем коэффициент пропускной способности РД

.

где: z₁ - коэффициент сжимаемости газа при условиях входа в регулятор давления.

По табл. 7 подбираем регулятор давления с коэффициентом пропускной способности близким к расчетному k_v = 35,8. Для k_v = 38 соответствует регулятор давления РДУК 2-100/50.

Рис. 6. Значения коэффициента в зависимости от Р/Р₁

Таблица 7

Коэффициент пропускной способности k_v регуляторов давления

Тип регулятора	Коэффициент kv	Тип регулятора	Коэффициент kv
РД-20-5	0,52	РДУК-2-50/35	27
РД-25-6,5	0,9	РДУК-2-100/50	38
РД-32-5	0,52	РДУК-2-100/70	108
РД-32-6,5	0,9	РДУК-2-200/105	200
РД-32-9,5	1,9	РДУК-2-200/140	300
РД-50-13	3,7	РД-50-64	22
РД-50-19	7,9	РД-80-64	66
РД-50-25	13,7	РД-100-64	110
РД-32-М-10	1,4	РД-150-64	314
Р-32М-6	0,8	РД-200-64	424
РД-32М-4	0,52
РД-50М-25	11
РД-50М-20	9
РД-50М-15	5,8
РД-50М-11	3,3
РД-50М-8	1,7



Определяем запас его пропускной способности

,

т.е. пропускная способность несколько больше необходимой, что удовлетворяем требованиям.

Для очистки газа примем к установке волосяной фильтр с D = 100 мм. Его пропускная способность при абсолютном давлении на входе , перепаде давления Р^т = 5 кПа и плотности газа ^т = 0,73 кг/м³ составит Q=14750 м³/ч;.

Потери давления на фильтре при заданной пропускной способности ГРП

,

где Р₂ = 195 кПа - давление на выходе из фильтра или давление на входе в РД.

Скорость движения газа в линиях редуцирования

а) до регулятора давления

;

б) после регулятора давления

,



где D - внутренний диаметр трубопровода.

Полученные скорости высоки, т.к. при движении газа по трубам они вызывают большой шум, что недопустимо при эксплуатации. Для снижения скорости и уменьшения шума примем диаметры трубопроводов до и после регулятора давления равными 125 мм, тогда скорости составят w₁ 16 м/с и w₂ 29 м/с.

Определяем потери давления в кранах, местных сопротивлениях и в клапане ПЗК линии редуцирования.

Принимаем следующие значения коэффициентов местных сопротивлений:

Сопротивления	До регулятора	После регулятора
Кран ( = 2)	2	2
ПЗК ( = 5)	5	-
Переход на D = 125 мм	0,55	0,55
Итого	7,55	2,55

Гидравлические потери составляют

а) до регулятора давления

;

б) после регулятора давления

.

Суммарные потери давления в линии редуцирования составят

.



Эта величина меньше предварительно принятой 4 кПа, что приводит к увеличению запаса пропускной способности регулятора давления.

Рис. 8. Схема регулятора давления РДУК-2

1 - исполнительный механизм; 2 - регулятор управления (пилот); 3 и 4 - клапан и мембрана исполнительного механизма; 5 и 6 - клапан и мембрана регулятора управления; 7 - винт для настройки регулятора управления; 8 - импульсная трубка 9 - трубка для подачи газа начального давления; 10 - трубка для сброса газа после регулятора управления; 11 -дроссель; 12-трубка, соединяющая командный прибор с дросселем; 13 - трубка, передяющее командное давление Р_х исполнительному механизму; 14 - трубка, соединяющая надмембранную зону исполнительного механизма с газопроводом после регулятора.

Размещено на Allbest.ru

...