Диспетчеризация

Как правило, при гидравлическом расчете  газопроводов среднего и высокого давления расчетные расходы газа потребителями  принимаются в качестве сосредоточенных  нагрузок. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с установкой газорегуляторных пунктов  у каждого потребителя или  небольшой группы потребителей населенного  пункта является применимость к ним  принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками.

При движении газа по трубопроводам происходит постепенное снижение первоначального  давления за счет преодоления сил  трения и местных сопротивлений:

Сопротивления трения имеют место на всей протяженности  трубопроводов. Местные сопротивления  создаются только в пунктах изменения  скоростей и направления движения газа.

Местные гидравлические сопротивления в  газопроводах и вызываемые ими потери давления возникают в результате изменения значений и направления  скоростей движения газа, а также  в местах разделения и слияния потоков. Источниками местных сопротивлений являются переходы с одного размера газопровода на другой, колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, а также запорная, регулирующая и предохранительная арматура, сборники конденсата, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа.

  Падение давления в местных  сопротивлениях, перечисленных выше, допускается учитывать путем  увеличения расчетной длины газопровода  на 5—10%.

Средняя скорость движения газа в трубе 

  где V - объемный расход газа, м3/с;

F - площадь поперечного сечения трубы, м3.

В зависимости от скорости потока, диаметра трубы и вязкости газа течение  его может быть ламинарным, т. е. упорядоченным  в виде движущихся один относительно другого слоев, и турбулентным, когда  в потоке газа возникают завихрения и слои перемешиваются между собой. Режим движения газа характеризуется величиной критерия Рейнольдса

,

где ω - скорость потока, м/с;

D - диаметр трубопровода, м;

ν - кинематическая вязкость, м²/с.

Интервал  перехода ламинарного движения в турбулентное называется критическим и характеризуется Re = 2000–4000. При Re < 2000 течение ламинарное, а при Re > 4000 - турбулентное.

Практически в распределительных газопроводах преобладает турбулентное движение газа. Лишь в газопроводах малого диаметра, например во внутридомовых, при небольших расходах газ течет ламинарно.

При гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давлений, в  которых перепады давления значительны, изменение плотности и скорости движения газа необходимо учитывать, поэтому  потери давления на преодоление сил  трения в таких газопроводах определяются по формуле:

,

где P_н и P_к – абсолютные давления газа в начале и в конце газопровода, МПа;

l – длина газопровода, м;

Q – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

ρ_о – плотность газа при нормальных условиях(для природного газа ρ=0,68 - 0,85) кг/м3;

λ - коэффициент гидравлического трения ;

Р_о = 0,101325 МПа;

d – внутренний диаметр газопровода, см.

Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от

1) режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса:

 

 

где ν – коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с, при нормальных условиях;

d – внутренний диаметр трубопровода, см;

Q – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях.

2) в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию

,

где n – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных – 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007 см, для медных труб –0,001 см.

Если  это равенство справедливо, то стенка гидравлически гладкая, если условие  не выполняется – шероховатая.

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения λ:

1)для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000

2)для критического режима движения газа при Re = 2000–4000

3)при Re > 4000:

для гидравлически гладкой стенки:

при 4000 < Re < 100 000

При Re > 100000

,

для шероховатых стенок при Re > 4000

.

Таким образом, при проведении гидравлических расчетов газораспределительной сети учитывается материал газопровода, а также процесс старения трубы, который выражается в увеличении шероховатости и зарастании стальных труб и неизменности шероховатости в процессе эксплуатации и ползучести полиэтиленовых труб. Ползучесть полиэтиленовой трубы выражается в увеличении внутреннего диаметра на 5 % в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего давления в результате уменьшения толщины стенки трубы.

При выполнении гидравлического расчета газопроводов расчетный внутренний диаметр газопровода можно предварительно определять по формуле:

 

где:    t - температура газа, °C;

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

V - скорость газа м/с (принимается не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - среднего и 25 м/с - для газопроводов высокого давления);

d_i  - внутренний диаметр газопровода, см.

Q – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

Внутренний  диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.

 

В настоящее время гидравлический расчет газопроводов осуществляют по номограммам и таблицам, которые разработаны на основании формул. Номограммы значительно облегчают гидравлический расчет. По ним с достаточной для практических целей точностью определяют: необходимый диаметр газопровода по заданному расходу и потерям давления или по заданным диаметру и потерям – пропускную способность газопровода; по заданным диаметру и расходу – потери давления; по известным местным сопротивлениям – эквивалентные длины. Каждая таблица и номограмма составлена для газа с определенной плотностью и вязкостью с учетом давления газа (низкое, среднее и высокое).

Номограммы  для среднего давления приведены  в приложении 1.

 

Пример расчета.

 Требуется  запроектировать газопровод длиной 4500 м, максимальным расходом 1000 м3/ч и давлением в точке подключения 0,3 МПа.

1. находим предварительно диаметр газопровода. Он составит:

 

Температура газа t=20°C;

Среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, P_m=0,25 МПа;

Скорость газа для газопроводов среднего давления V=15м/с

Расход газа при нормальных условиях Q=1000 м3/ч (при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа);

 

 

Принимаем по номограмме ближайший больший  диаметр, он составляет 110 мм. Затем по номограмме (рис.2) определяем потери давления. Для этого через точку заданного расхода на шкале Q и точку полученного диаметра на шкале d проводим прямую до пересечения с осью l. Полученная точка на оси I соединяется с точкой заданной длины на оси l и прямая продолжается до пересечения с осью . Поскольку шкала l определяет длину газопровода от 10 до 100 м, уменьшаем для рассматриваемого примера длину газопровода в 100 раз (с 4500 до 45 м) и

соответствующим увеличением полученного перепада давления тоже в 100 раз. В нашем примере значение составит:

0.12*100=12 кгc/см²

Определяем  значение Р₂ по формуле:

 

Полученный  отрицательный результат означает, что трубы диаметром 110 мм не обеспечат транспорт заданного расхода, равного 1000 м3/ч.

Повторяем расчет для следующего большего диаметра, т.е. 160 мм.

Перепад давления составил

0.021*100=2,1 кгc/см²

В этом случае P₂ составит:

 

Полученный  положительный результат означает, что в проекте необходимо заложить трубу диаметром 160 мм.

ВЫВОДЫ

 

Газовое хозяйство представляет собой сложный  технологический комплекс газораспределительных  и газопотребляющих систем, который  предназначен для обеспечения потребителей природными и сжиженными углеводородными  газами и использования этих газов  в качестве топлива.

Основными задачами эксплуатации газового хозяйства  являются: обеспечение транспортирования  и подачи природного газа от поставщиков  до потребителей в объемах, предусмотренных  договорами о поставке газа;

• поставка газа потребителям;
• надежная эксплуатация газораспределительных сетей и газоиспользующего оборудования;
• организация и проведение планово-предупредительных ремонтов, работ по строительству и реконструкции объектов газового хозяйства;
• обеспечение и контроль над соблюдением норм и правил безопасности в газовом хозяйстве, в том числе в сфере потребления;
• обеспечение дальнейшего развития газификации страны.

Технологический комплекс газового хозяйства включает в себя объекты газораспределительных  и газопотребляющих систем:

- наружные (подземные,  надземные, наземные) газопроводы,  проложенные вне и на территории городов и населенных пунктов;

- здания  и сооружения на газопроводах;

- средства  защиты от электрохимической  коррозии;

- газорегуляторные  пункты и газорегуляторные установки;

- внутренние  газопроводы и газоиспользующее  оборудование предприятий, отопительных  котельных, зданий всех назначений;

- резервуарные  и баллонные установки сжиженных  углеводородных газов.

Диспетчерская служба газового цеха осуществляет регулирование  режима заводского газоснабжения

Диспетчеризация систем газоснабжения должна обеспечивать:

1. передачу на диспетчерский пункт аварийных и предупредительных сигналов при отклонении контролируемых параметров газа от установленных норм;
2. централизованное управление настройкой регуляторов давления газа и отключающими устройствами на газопроводах для обеспечения наиболее рациональных эксплуатационных режимов систем газоснабжения;
3. возможность измерения основных параметров газа.

В основе гидравлического расчета  газопроводной сети лежит определение  оптимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск необходимых  количеств газа при допустимых перепадах  давления.

В настоящее время гидравлический расчет газопроводов осуществляют по номограммам и таблицам, которые  разработаны на основании формул. Номограммы значительно облегчают  гидравлический расчет, что было подтверждено на примере рассмотренном в данной работе.

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Алабовский А.Н. Газоснабжение и очистка промышленных газов / А.Н.Алабовский, Б.В.Анцев, С.А.Романовский. – К.: Вища школа, 1985.– 192 с.;
2. Брюханов О.Н. Газоснабжение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /О.Н.Брюханов, В.А.Жила, А.И.Плужников. – М.:Академия, 2008. – 448 с.;
3. Гольянов А.И. Газовые сети и газохранилища: Учебник для вузов. –Уфа: ООО «Монография», 2004. – 303с.
4. Комина, Г. П. Гидравлический расчет и проектирование газопроводов: учебное пособие [для студ. высш.уч.завед] / Г. П. Комина, А. О. Прошутинский. –СПб., 2010. – 148 с.;
5. Кязимов К.Г., Гусев В.Е. Основы газового хозяйства: учебн. для проф. учебн. заведения. – М.:Высш. шк., 2000 –462 с.;
6. Старицкий В.И. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. – М.:Металлургия, 1973. – 439-441 с.;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Рис. 2. Номограмма для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давления