Гидравлический расчёт сети высокого давления

Гидравлический расчёт сети высокого давления начинают с составления на генплане расчетной схемы сети, на которой показывают все газопроводы высокого давления, промышленное предприятие - ПП, ГРП, и все другие потребители (больницу - Б, районные котельные - РК, банно-прачечный комбинат - БПК, хлебозавод - ХЗ). Расчетная схема выполнятся с учетом повторяемость направлений ветра, таким образом, чтобы минимизировать вредное воздействие дымовых газов от РК и ПП, а также возможных выбросов газа от ГРС (располагается на расстоянии 1 км от города). На выходе из ГРС принимаем абсолютное давление газа 0,69 МПа. Абсолютное давление перед конечными потребителями принимают таким, чтобы при максимальной нагрузки сети обеспечивалось минимально допустимое давление газа перед регуляторами [3]. Конечное давление принимаем равным 0,43 МПа.

Расчет кольцевой сети высокого давления начинается с составления расчетной схемы кольца, выполняемого таким образом, чтобы снабдить газом всех потребителей района (города). На схеме, по участкам сети определяются и проставляются расчетные расходы газа, начиная с конечного участка кольца.

При расчете кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы газоснабжения при аварийных гидравлических режимах. Принятый запас давления должен проверяться расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций, которые возникают при выключении головных участков сети. Ввиду кратковременности аварийных ситуаций допускается некоторое снижение качества системы, которое оценивают коэффициентом обеспеченности К_об, зависящим о категории потребителей. Предварительный выбор диаметров кольцевой сети производится по расчетному расходу газа V_p, м³/ч, и среднеквадратичному перепаду давления А, МПа²/км, для рассматриваемого направления газового потока. Определяются расчетные расходы газа V_p, м³/ч, по сумме произведений расходов на соответствующий коэффициент обеспеченности.

V_р^экв =0,59·∑ V_i ·К_об , (39)

где К_об – коэффициент обеспеченности потребителей газа в аварийной ситуации определяется по приложению 5;

V_i – расчетный расход газа на i-ого потребителя в нормальных условиях.

Расчет сводится в таблицу 6

Таблица 6 – Расчётные расходы газа

Определяется среднеквадратичный перепад давления А, МПа²/км,

(40)

где Р_н – абсолютное давление газа после ГРС, МПа;

Р_к – абсолютное давление газа перед наиболее удаленным от ГРС потребителем, МПа; принимаем по приложению [8];

S L – общая протяженность газопроводов этого направления, км;

1,1 – коэффициент, учитывающий потери давления в местных сопротивлениях, путем увеличения фактической длины расчетных участков газопроводов на 10%.

Основной диаметр газопровода выбирается по номограмме для расчета газопроводов высокого давления по приложению 5. Линии расхода V_р^экв, м³/ч, и среднеквадратичного перепада давления А, (МПа)²/км, пересекаются в точке, лежащей между двумя диаметрами d₁ и d₂, мм. Такие диаметры участков газопровода сети назначаем, выполняя гидравлический расчет; при этом больший принимаем на участках ближайших к ГРС, а меньший – на участках удаленных от ГРС. Если значения V_р^экв и А пересекаются на одной из линий диаметров, то кольцевая сеть может быть принята единого диаметра при использовании располагаемого давления с допустимой невязкой.

Расход газа на участке после ГРС всегда значительно больше эквивалентного расхода кольцевой сети, поэтому его принимают на калибр больше наибольшего диаметра кольца.

Далее по номограмме для принятого диаметра и известного расхода находится действительные значения среднеквадратичного перепада давления на 1 км газопровода, а затем рассчитывается перепад давления для известной расчетной длины участка. Давление газа в начале участка задано – Р_н, МПа, давление газа Р_к, МПа, в конце участка определяем по формуле

(41)

Полученное давление является начальным для последующего участка.

Диаметры ответвлений принимаются меньше диаметров участков кольцевой сети.

Расчет следует считать правильным, если использован располагаемый перепад давлений и величина давления в конце последнего участка будет ровна принятой. Допустимая невязка должна быть в пределах 10%.

Аналогичным образом выполняется расчёт сети газопроводов аварийного режима 2. Расчет сети при нормальном(расчетном) режиме работы сводится к следующему:

- выбираются расчетные направления потоков газа от ГРС к потребителям из условия подачи газа каждому из них по кратчайшему пути;

- составляется расчетная схема;

- принимаются диаметры газопроводов по участкам, наибольшихиз двух вариантов выполненных расчетов сети для аварийных режимов;

- для расчетных расходов газа и принятых диаметров газопроводов, определяются потери давления на участках, и величины давления газа в точках врезки ответвлений.

Расчет ответвлений производится для наименьших давлений в точках врезки их в сеть. По давлению и расходу газа определяем величину среднеквадратичного перепада давления – А, (МПа)²/км. По известным величинам V_р и А принимаем диаметр газопровода d, мм, и уточняем величину давления газа в конце ответвления. Величины давления газа в точках врезки ответвлений в сеть при нормальном режиме превышают значения в аварийных режимах, т.е.устойчивая работа системы в нормальном режиме с подачей потребителям расчетного расхода газа обеспечена. Если давление в точке врезки ответвления при нормальном режиме равно или меньше давления в аварийном режиме, следует действительную величину давления газа перед потребителем при расчетном расходе газа. Она должна быть близка к Р_к, МПа. Если это условие не соблюдается, увеличить диаметр ответвления. Расчет сводим в таблицу 7.

Таблица 7 – Гидравлический расчет сети высокого давления

Подбор оборудования ГРП

Подбор и расчёт оборудования ГРП выполняется по формулам в соответствии с источником [3].

Исходными данными для расчета являются:

- расчетный расход газа, V_р м³/ч (из расчета расходов газа потребителями города, пункты 6-8);

- абсолютное давление газа на вводе в ГРП, P_вх МПа (из расчета газопровода высокого давления);

- плотность газа ρ_о, кг/м³;

- давление газа после ГРП P_г Па.

По приложению 6, к установке принимается фильтр, и определяются потери давления в нём. чистом фильтре ΔР_ф, Па,

(42)

где ΔР_гр – потери давления в чистом фильтре, по источнику [8], Па; определяем в зависимости от пропускной способности при атмосферном давлении Р_о = 0,101 МПа и плотности газа r_гр = 1 кг/м³; ΔР_гр=1200 Па;

V_гр – расход газа по графику, V_гр=2500 м³/ч.

Потери газа в чистом фильтре не должны превышать 40% от максимально допустимого перепада давления в фильтре в процессе эксплуатации.

Предохранительный клапан приводится в действие от импульса выходного давления газа. Величина этого давления слагается из давления газа перед горелкой P_г (Па) и давления, необходимого для преодоления сопротивления системы газоснабжения от ГРП до наиболее отдаленной горелки Р_с (Па).

Газопроводы района рассчитываются на давление Р_с, Па, составляющее 25-30% от принятого перед наиболее удалённой горелкой, по формуле

Р_с=(0,25÷0,3)·Р_г , (43)

Тогда давление Р_вых, Па, на выходе из предохранительного клапана определяем по формуле

Р_вых=Р_г+Р_с+ΔР_сч, (44)

По источнику [9], принимаем к установке регулятор давления с встроенным предохранительным клапаном, имеющим следующие пределы настройки от установленного выходного давления, не более: 0,5·Р_вых и верхним 1,25·Р_вых МПа.

Определяем потери давления , Па, в предохранительном клапане

, (45)

где ξ - коэффициент местного сопротивления ПЗК, отнесённый к скорости газа во входном сечении клапана, ξ=5;

ρ – плотность газа при температуре 5 ⁰С, кг/м³;

ω – скорость газа на входе в ПЗК, м/с.

Определяем скорость газа, м/с, на входе в ПЗК

(46)

где Т_о – температура газа, К⁰, принимаем при 0 ⁰С, что Т_о = 273 К⁰;

Т_ПЗК – температура газа, К⁰, принимаем при 5 ⁰С, что Т_ПКН = 278 К⁰;

Р_ПЗК – давление газа на входе в ПЗК, МПа, определяем по формуле

(47)

Определяем плотность газо-воздушной смеси r, кг/м³, на входе в ПЗК

(48)

Определяем потери давления ΔР_пкн, Па, в предохранительном клапане по формуле (45)

Определяем давление газа на выходе из ПЗК, Р₁, МПа, а следовательно, и во входном сечении регулятора давления газа

(49)

Определяем давление, Р₂, Па, газа в выходном сечении регулятора давления

(50)

где ΔР_сч - потери давления в счётчике, Па, определяем по формуле

(51)

где r_в – плотность воздуха, кг/м³, принимаем r_в = 1,293 кг/м³.

Принимаем к установке один счётчик СГ-ЭКВз-Т-0,2-2000/1,6, с перепадом давления в счётчике, ΔР_в=600 Па,

Принимаем по источнику [9], к установке регулятор давления, РДГПК-100 пропускной способностью V_мах=9000, м³/ч.

Принятый к установке в ГРП регулятор давления РДГПК-100 будет работать устойчиво при расчётном расходе газа с диаметром седла клапана 50 мм.

Необходимая пропускная способность V_пск, м³/ч, установленного предохранительного клапана в ГРП при наличии перед регулятором давления предохранительного запорного клапана (ПЗК), определяют по следующей формуле

(52)

Принимаем по источнику [4], к установке КПС – 50С1 с диапазоном настройки 0,005 … 0,023 МПа.

В ГРП принимаем к установке один фильтр ФГ12-80-12 и регулятор давления РДГПК-100 со встроенным предохранительно-запорным клапаном – ПЗК, а также предохранительно сбросной клапан – КПС – 50С1, и газовый счётчик СГ-ЭКВз-Т-0,2-2000/1,6.

Описание схемы ГРП