ПРИМЕР РАСЧЕТА ОДНОКОЛЬЦЕВОГО ГАЗОПРОВОДА

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский Государственный Технический Университет им. Г.И.Носова

Кафедра Теплотехнических и Энергетических систем

РАСЧЕТ СИСТЕМ ГАЗО- И ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Методические указания по курсовому проектированию по курсу

"Технологические энергоносители промышленных предприятий"

для студентов специальностей 140104

Магнитогорск

2009

Составители: Е.Б. Агапитов

Н.Г. Злоказова

В.Н. Михайловский

М.М.Ерофеев

М.А.Покатаева

Расчет систем газо- и водоснабжения: Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Технологические энергоносители промышленных предприятий» для студентов специальностей 140104. Магнитогорск, МГТУ, 2009.

Рецензент

Введение

Проектирование распределительных систем газоснабжения является одной из составляющих деятельности инженера-энергетика. Рост потребления газа в городах и масштабность распределительных систем ставят перед инженером новые задачи, связанные с развитием и реконструкцией сетей, повышением надежности газоснабжения, поиску экономичных вариантов транспортировки газа.

Кольцевые сети обладают повышенной надежностью и применяются для снабжения наиболее ответственных потребителей. Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним иерархическим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и больших городов их проектируют кольцевыми, и только для малых городов они могут выполняться в виде разветвленных тупиковых сетей.

Газовые сети состоят из участков, по которым движется газ, и узлов, в которых соединяются участки и к которым присоединяют ответвления к потребителям. Геометрические фигуры, состоящие из ребер и вершин (когда каждому ребру соответствуют две вершины, являющиеся концами этих ребер) называются графами. Цепочка последовательно соединенных ребер, в которой каждую вершину (узел) при движении по направлению потока проходят один размазывается путем. Путь, у которого начальная и конечная вершины совпадают, образуют контур или цикл.

Тупиковая разветвленная газовая сеть представляет собой дерево. Кольцевая сеть представляет собой граф, состоящий только из циклов и не имеющих тупиковых ответвлений. Большинство газовых сетей представляет собой смешанный граф, состоящий из замкнутых контуров и тупиковых ответвлений. Кольцевую сеть можно трансформировать в дерево (разветвленную сеть) путем исключения из каждого цикла замыкающего участка – этот прием используется в гидравлических расчетах колец. Обычно для сетей задано начальное давление Р_n у точки питания и P_k у потребителя.

Задача гидравлического расчета разветвленной сети, у которой транзитные расходы определены однозначно (следовательно, известны расчетные расходы для всех участков), заключается в нахождении диаметра трубопровода на участке d_iи потерь давления на участке ΔР_i.

При расчете кольцевой сети можно наметить бесчисленное множество вариантов потокораспределения, т.к. ветви кольцевой сети включены параллельно, поэтому, в общем случае у кольцевой сети неизвестными будут диаметры d_i на участках, перепады давления на них ΔР_i и расчетные расходы Q_i . Поиск неизвестных проводят на основании решения системы уравнений, составленных на основании двух законов Кирхгофа для кольцевых сетей:

1. Алгебраическая сумма всех потоков газа Q_ij, сходящихся в узле, включая узловые расходы Q_j, равна нулю.

Потокам, подходящим к узлу, присваивается знак плюс, а выходящим – знак минус.

2. Алгебраическая сумма всех перепадов давлений в замкнутом контуре равна нулю при условии, если в этом контуре нет нагнетателей. Перепады давления на участках, где газ движется по часовой стрелке, принимаются положительными, а на участках с направлением движения против часовой стрелки – отрицательными. Второй закон дает число уравнений типа - равное числу элементарных колец.

Городские газовые сети рассчитывают на заданный перепад давлений, и это условие дает дополнительные уравнения типа:

где ΔРp – расчетный перепад давлений,

ΔPi – сумма потерь давления от точки 1 до концевой точки k.

Число таких уравнений равно числу точек встречи потоков. Оптимизацию сети проводят по оценке материальной характеристики – величины, пропорциональной расходу металла на сеть.

где р – число участков сети;

d_i, l_i - диаметры и длины участков.

На первом этапе гидравлического расчета проводят предварительное распределение потоков газа с соблюдением первого закона Кирхгофа и подбирают диаметры всех участков газопроводов. После подбора диаметров второй закон Кирхгофа для большинства колец оказывается неудовлетворительным.

Для независимых контуров составляется система уравнений относительно потерь давления в контуре, при этом:

для сети низкого давления

для сети высокого и среднего давления

здесь индексы «n», «k»относятся к началу и концу участка по ходу газа.

Для решения задачи используют метод циркуляционных (или контурных) расходов, когда в каждый независимый контур вводится циркуляционный расход ΔQk, в результате чего удовлетворяется второй закон Кирхгофа.

Для расчета величины ΔQk используют известную формулу Лобачева-Кросса. После введения циркуляционных расходов вычисляют " невязки" в кольцах и величины относительных ошибок, характеризующие" степень" невыполнения второго закона.

- для сети высокого давления

- для сети низкого давления

Если полученные ошибки оказываются меньше заданной точности (обычно 10%) – расчет потокораспределения считают законченным. Если ошибки оказываются больше допустимой – расчет повторяют снова.

Наиболее доступно метод гидравлического расчета кольцевых сетей изложен в работе А.А. Ионина [1]. Примеры расчетов сетей с учетом небольших методических дополнений предлагаются в данном методическом указании. В приложении приведены различные варианты заданий для расчетов и необходимые для расчетов номограммы. В дополнение к гидравлическому расчету газовых сетей приведен пример расчета надежности газоснабжения кольцевой газовой сети.

В основе расчета лежит оценка показателя надежности сети Rсети(t) как функции от принятого по заданию временного отрезка. Если в результате расчета окажется, что величина Rсети (t) получилась менее 0,95, то проектанту необходимо разработать мероприятия, к которым относят: резервирование, байпассирование и дублирование, позволяющие повысить надежность сети, после чего уточняют оценку надежности.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ОДНОКОЛЬЦЕВОГО ГАЗОПРОВОДА

На схеме рис. 2. показаны узловые расходы газа (м³/ч) у всех потребителей, даны номера всех участков кольца и ответвлений, около номера участков в скобках указаны их длины (м). Начальное давление газа после ГРС рн=700 кПа (абс), минимальное конечное давление p_k=300 кП, (абс). Коэффициент обеспеченности в аварийном режиме для всех потребителей принят равным: К_об=0.7.

Решение

1. Определим диаметр кольца по расчетному расходу:

и удельному падению квадрата давления

Здесь потери давления на местных сопротивлениях приняты 10% линейных потерь. Диаметр определяется по номограмме (см. рис.1), он равен 273х7мм.

Рис. 1. Номограмма для определения потерь давления природного газа в газопроводах среднего и высокого давления (до 1,2МПа)

Рис. 2. Схема однокольцевого газопровода высокого давления

(т.к. в дальнейших вычислениях потери квадрата давления относят к 100 м длины, рекомендуем на оси длин номограммы на рис 1. использовать только точку «100»),

2. Производим расчеты для аварийных режимов при выключении участков 1 и 15. Расчеты для обоих вариантов сводим в табл. 1 .Узловые расходы принимаем равными:

В процессе гидравлического расчета выяснилось (в примере не приведен), что кольцо диаметром 273x7 мм не обеспечивает необходимого давления в концевых точках. Особенно это проявлялось при выключении участка I. Такое положение объясняется тем, что нагрузка на кольцо несимметричная - перегружена левая ветвь. Учитывая изложенное, для участков 1, 12, 13, 14 и 15 был принят диаметр 325x8, который и учтен в табл. 1. Определим давление в концевых точках. При выключении участка 15

При выключении участка I

В обоих случаях давления достаточны, чтобы присоединить соответственно ответвления 29 и 16. Полученные диаметры кольца оставляем.

Рассчитываем диаметры ответвлений для аварийных режимов при подаче потребителям м³/ч газа. Сначала определяем давление газа в начале всех ответвлений, как при отказе участка 15, так и при отказе участка 1. Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления р_к.от выбираем меньшее. Для этого давления и подбираем диаметр ответвления при условии, чтобы давление в конце ответвления р_к.от было не менее 300 кПа. Кроме того, диаметры менее 50 мм не проектируем. Порядок расчета проследим на примере ответвления 20.

а) Находим давление в начале ответвления при отказе участка 15

кПа

здесь 700 кПа - давление в начале сети, а сумма в скобках - потери квадрата давления на участках 1, 2, 3, 4, 5, взятые из табл.1.

б) Определяем давление в начале ответвления при отказе участка

кПа

Так как при отказе участка 1 давление в начале ответвления меньше, поэтому за расчетное значение принимаем кПа.

в) Определяем допустимую потерю квадрата давления на 100 м

г) Подбираем диаметр ответвления по номограмме (см. рис. 1)

dxs=133x4,

д) Определяем потерю квадрата давления на ответвлении

кПа²

Таблица 1.

Гидравлический расчет аварийных режимов.

Отказал участок 1 5						Отказал участок 1
Показатели участка				А=(р_н²- р_к²)/l*100 кПа²	1.1А*l_уч/100 кПа²	Показатели участка				А=(р_н²- р_к²)/l*100, кПа²	1.1А*l_уч/100, кПа²
№	d_Hxs	1_У, м	Q_p,м³/ч	А=(р_н²- р_к²)/l*100 кПа²	1.1А*l_уч/100 кПа²	№	d_Hxs	l_y, м	q_p. м ³/ч	А=(р_н²- р_к²)/l*100, кПа²	1.1А*l_уч/100, кПа²
1-2	325x8	1200	27160	4400	58080	15	325x8	1900	27160	4400	91960
2-3	273x7	700	24710	9000	69300	14	325x8	800	26110	4200	36960
3-4	273x7	100	23450	8500	9350	13	325x8	700	24920	3800	29260
4	273x7	500	21350	7000	38500	12	325x8	800	23730	3600	31680
5	273x7	500	21210	6800	37400	11	273x7	600	20930	6500	42900
6	273x7	700	17710	4600	35420	10	273x7	600	20510	6000	39600
7	273x7	500	17010	4500	24750	9	273x7	500	17010	4500	24750
8	273x7	900	15750	3800	37620	8	273x7	900	11410	1900	18810
9	273x7	500	10150	1600	8800	7	273x7	500	10150	1600	8800
10	273x7	600	6650	700	4620	6	273x7	700	9450	1400	10780
11	273x7	600	6230	600	3960	5	273x7	500	5950	550	3025
12	325x8	800	3430	80	700	4	273x7	500	5810	500	2750
13	325x8	700	2240	30	230	3	273x7	100	3710	200	220
14	325x8	800	1050	-	-	2	273x7	700	2450	90	690
Итого					328730						342185

3. Находим давление в конце ответвления

кПа

Принятый диаметр оставляем. Все расчеты для ответвлений сводим в табл.2. Из рассмотрения расчетов (см. табл. 2) следует, что для ответвлений 23, 24-29 начальное давление будет меньшим при отказе участка 15, а для ответвлений 16, 17- 22 при отказе участка 1. Для этих условий и были подобраны диаметры.

Таблица 2.

Гидравлический расчет ответвлений при аварийных режимах.

Отказал участок 1 5
№ отв.	Q_от, м³/ч	l_от, м	d_Hxs, мм	А=(р_н²-р_к²)/ /l*100 кПа²	1.1А*l_уч/100, кПа²	р_н.от., кПа	р_к.от., кПа
16	2450	600	-	-	-	657.2	-
17	1260	600	-	-	-	602.2	-
18	2100	200	-	-	-	594.4	-
19	140	150	-	-	-	561	-
20	3500	700	-	-	-	526.7	-
21	700	700	-	-	-	498	-
22	1260	400	-	-	-	466	-
23	5600	300	133x4	20000	66000	423.8	337
24	3500	600	133x4	9000	59400	413.3	334
25	420	200	57x3	16000	35200	407.6	362
26	2800	400	108x4	18000	79200	402.7	288
27	1190	600	89x3	9000	59400	401.9	320
28	1190	400	89x3	9000	39600	401.6	349
29	1050	350	763	16000	61600	401.6	316
Отказал участок 1
29	1050	350	-	_	-	630.9	-
28	1190	400	-	-	-	600.9	-
27	1190	600	-	-	-	576.0	-
26	2800	400	-	-	-	547.9	-
25	420	200	-	-	-	507.2	-
24	3500	600	-	-	-	466.5	-
23	720	300	-	-	-	439.2	-
22	1260	400	893	10000	44000	417.2	360.7
21	700	700	762	7500	57750	406.5	327.9
20	3500	700	1334	8500	65450	393.0	298.4
19	140	150	573	1800	2970	389.2	385.4
18	2100	200	893	30000	66000	385.6	287.6
17	1260	600	893	9000	59400	385.4	298.5
16	2450	600	1334	4300	28380	384.5	345.6

Производим расчет потокораспределения при нормальном гидравлическом режиме сети. Сначала задаемся предварительным распределением потоков (нулевое приближение), при этом для каждого узла соблюдаем первый закон Кирхгофа. Примем точку схода в узле ответвления 23.

Будем считать, что по участку 8 в это ответвление поступает 300 м³/ч газа, а по участку 9-5000 м³/ч ( м³/ч).

Далее, двигаясь против потока газа по каждой ветви кольца, находим расчетные расходы для всех участков кольца. По известным диаметрам и расходам по номограмме (см. рис. 5) находим потери давления на 100 м длины для всех участков и далее потери на участках. Все расчеты сводим в табл. 3.

В результате расчета кольца, исходя из предварительного распределения потоков, получаем невязку потерь квадрата давления в кольце, равную 24710. Следовательно, ветвь 15, 14-9 перегружена. Для ее разгрузки необходимо ввести круговой расход по часовой стрелке. Ошибка в кольце составляет величину

Рассчитаем поправочный круговой расход по нижеприведенной формуле, учитывая, что для одного кольца

примем ΔQ_к =1000 м3/ч.

Полученный увязочный круговой расход вводим в кольцо и производим окончательный расчет. После введения кругового расхода ошибка в кольце уменьшилась до 6,2%, что приемлемо. Этим заканчивается расчет кольца.

4. Проверяем достаточность принятых диаметров ответвлений в процессе расчета аварийных гидравлических режимов. Сначала определяем давление газа в узлах присоединения ответвлений к кольцевому газопроводу, т. е. начальное давление в ответвлении рн.от. Далее находим потерю давления, исходя из расчетной нагрузки и принятого диаметра, и затем давление в конце ответвления р_к.от. Если полученное давление не меньше 300 кПа, тогда принятый диаметр оставляем, в противном случае диаметр увеличиваем. Все расчеты сводим в табл. 4.

Анализ показал, что во всех случаях диаметры ответвлений, принятые при расчете аварийных режимов, удовлетворяют требованиям расчетного режима. Следовательно, аварийные гидравлические режимы для ответвлений оказались более напряженными, чем расчетный режим, поэтому они и определили диаметры ответвлений. На этом гидравлический расчет кольцевого газопровода высокого давления заканчивается. Определим степень использования расчетного перепада квадрата давления при обеспечении лимитированного газоснабжения в аварийных ситуациях. Абсолютные значения давлений: р_н=700 кПа, р_к=300 кПа. Потерю квадрата давления на ответвлении примем в 60000 кПа2. В этом случае величина расчетного перепада давления на кольце будет равна:

Таблица 3.

Результаты расчета потокораспределения при нормальном гидравлическом режиме сети.

Показатели участка			Предварительное распределение расходов				Окончательное распределение расходов
№ п/п	d_Hxs, мм	l_уч, М	Q_уч, м³/ч	А=(р_н²-р_к²)/ /l*100 кПа²	1.1А*l_уч/100, кПа²	(р_н²-р_к²)_уч/Q_уч	Q_уч, м³/ч	А=(р_н²-р_к²)/ /l*100 кПа²	(1.1А*l_уч/100, кПа²	1,1*(р_н²-р_к²)_уч
1	325x8	1200	19300	2000	24000	1.244	20300	2600	31200	34320
2	273x2	700	15800	2500	17500	1.108	16800	4000	28000	30800
3	273x7	100	14000	3000	3000	0.214	15000	3500	3500	38500
4	273x7	500	11000	1900	9500	0.864	12000	2300	11500	12650
5	273x7	500	10800	1800	9000	0.833	11800	2220	11100	12210
6	273x7	700	5800	500	3500	0.603	6800	700	4900	5390
7	273x7	500	4800	330	1650	0.344	5800	500	2500	2750
8	273x7	900	3000	160	1440	0.48	4000	250	2250	2475
9	273x7	500	-5000	380	-1900	0.38	-4000	-250	-1250	1375
10	273x7	600	-10000	-1500	-9000	0.9	-9000	-1300	-7800	8580
11	273x7	600	-10600	-1700	-10200	0.962	-9600	-1400	-8400	9240
12	325x8	800	-14600	-1200	-9600	0.658	-13600	-1200	-9600	10560
13	325x8	700	-16600	-1600	-11200	0.675	-15600	-1500	-10500	11550
14	325x8	800	-18000	-1800	-14400	0.8	-17000	-1700	-13600	14960
15	325x8	1900	-19500	-2000	-38000	1.949	-18500	-2000	-38000	41800

Таблица 4.

Проверка диаметров ответвлений на работу в расчетном режиме.

№ ответвления	Q_от, м³/ч	l_от, м	d_nxS, мм	А=(р_н²-р_к²)/ /l*100 кПа²	1.1А*l_уч/100,кПа²	р_н_._от, кПа	р_к_._от, кПа
16	3500	600	133x4	8000	52800	675	634.7
17	1800	600	89x3	20000	132000	651.8	541.2
18	3000	200	89x3	50000	110000	648.9	557.2
19	200	150	57x3	3500	5750	639	635.3
20	5000	700	133x4	17000	130900	629.4	515
21	1000	700	76x3	16000	123200	625.1	517.3
22	1800	400	89x3	20000	88000	622.9	547.7
23	8000	300	133x4	40000	132000	620.9	503.5
29	1500	350	76x3	34000	130900	669.5	663.3
28	1700	400	89x3	18000	79200	658.2	595
27	1700	600	89x3	18000	118800	649.4	550.4
26	4000	400	108x4	36000	158400	641.2	502.7
25	600	200	57x3	32000	70400	633.9	575.7
24	5000	600	133x4	18000	118800	627.1	523.9

Использованный в расчетном режиме перепад составляет

Следовательно, степень использования расчетного перепада квадрата давления, определяемая необходимостью резервирования пропускной способности кольца для обеспечения лимитированного газоснабжения в аварийных ситуациях, составит:

(104483/340000)×100=30.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1776; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!