CC BY
16
УДК: 519.681.5
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КОЛЬЦЕВОЙ ГАЗОСНАБЖАЮЩЕЙ СЕТИ СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ Ходжаев Толиб Тахирович, к.т.н, доцент (e-mail: tthod@mail.ru) Самаркандский филиал Ташкентского университета информационных технологий, г.Самарканд, Узбекистан
В статье поставлена и решается задача исследования и формирования информационно-аналитический модели гидравлического расчета кольцевой газоснабжающей сети среднего давления и оценки технико-технологических показателей функционирования газоснабжающих сетей, что позволяет экспертам принимать разумные решения по части регулирования процессов потокораспределения целевого продукта.
Ключевые слова: системы управления, расчетные расходы газа, потери давления, турбулентный режим, абсолютное давление газа, сопротивление, сосредоточенные потребители, увязка давления газа, диаметр кольца, падение квадрата давления, пропускная способность, нештатные ситуации, коэффициент обеспеченности, гидравлический расчет.
Газоснабжающие (газопроводные) сети, в плане их эксплуатации, представляют собой сложные технические системы управления, функционирование которых, зачастую, проходит под воздействием неконтролируемых случайных возмущений. Это обусловлено, в первую очередь, такими явлениями, как несанкционированный отбор газа, его утечка, вызываемая различными нештатными ситуациями.
На начальном этапе исследования задач функционирования, практически любой газоснабжающей сети, задача анализа гидравлического расчета является приоритетной.
Следует отметить, что газоснабжающие (газопроводные) сети среднего давления являются верхним уровнем системы газоснабжения, и, в зависимости от технических условий могут проектироваться кольцевыми и в виде разветвленных сетей.
Основными исходными данными для гидравлического расчета газоснабжающей сети (газопроводов) среднего давления являются: схема сети, расчетные расходы газа для всех потребителей и перепад давления в сети.
Согласно [1,2], используя расчетный расход газа и удельную потерю давления на каком-либо участке кольца, определяют диаметры участков и уточняются потери давления на них.
Гидравлический расчет газоснабжающей сети (газопроводов) среднего давления проводят по формуле [1,2]
(Р2 - Р2 ) - L = 1,4 X 10-5 X (Кэ - d +1922 х (v х d) - Q)025 х (Q2 х р) - d5
где Рн, Рк - абсолютное давление газа в начале и конце газоснабжающей сети, Па;
Ь - длина, исследуемого участка, м;
Кэ- эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см.;
ё - внутренний диаметр газопровода;
V - коэффициент кинематической вязкости, м /с;
р - плотность газа, кг/м (при температуре 0°С и давлении 101,3 кПа);
О - расход газа, нм /ч.
Отметим, что расчет по данной формуле обусловлен рядом трудностей (например, по части затрат времени), однако полученные результаты вычислительного эксперимента наиболее качественно оцениваются экспертами.
Потери давления в местных сопротивлениях рекомендуется учитывать путем увеличения действительной длины газоснабжающей сети на 10%.
Расчет кольцевой (однокольцевой) газоснабжающей сети выполняется в следующей последовательности [1,2]:
- составляется расчетная схема трубопроводной сети, в которой нумеруются участки, проставляются их расчетные длины, устанавливаются расчетные расходы газа для сосредоточенных потребителей;
- производится предварительный расчет диаметра кольца по приближенным зависимостям
Ор=0,59х£КобхО1, К-(Р ^ : ^
3
где - расчетный расход газа, нм /ч;
- расчетные расходы газа потребителями, нм /ч;
Коб1 - коэффициенты обеспеченности газом потребителей;
Рн; Рк - абсолютные давления газа в начале и конце сети, кПа;
1к - протяженность расчетного кольца, м;
1,1 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления;
0,59 - приближенное значение коэффициента а в формуле определения расчетного расхода, когда газоснабжающая сеть несет путевую нагрузку;
Я - потери давления.
При этом, диаметр кольца целесообразно принимать постоянным. Если это не удается по каким-либо техническим или другим условиям, то участки газоснабжающей сети, расположенные диаметрально противоположно точке питания, следует принимать меньшего диаметра, но не менее 0,7-0,8 диаметра головного участка [1,2].
Гидравлический расчет кольцевых газоснабжающих сетей (газопроводов) следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец при максимальном использовании допустимой потери давления газа. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10% [4].
При выполнении гидравлического расчета газоснабжающих сетей надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует учитывать и скорость движения газа в газопроводе: не более 7м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - для газопроводов среднего давления, 26 м/с - для газопроводов высокого давления [2,4].
Таблица 1. Расчетные длины участков сети (по рис.1.)
№ Длины участков кольца Длины участков ответвлений
уч
сч т сч т 10 чо 10 ЧО ОО ОО 9-10 10-11 2- 3-12 3 4- 4 5- 5 6- 7-16 7 8- 9-18 10-19
1, м 2 2 4 00 2 00 о 00 00 - т 10 т - чо т ся о т ся
№ уч 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 10-30 11-31 12-32 13-33 14-34 15-35 16-36 17-37 18-38
1, м о о о 2 о 4 10 00 чо 2 2 т 2 5 о о 10 т 10 00 10 чо о чо о 00 о 10 т чо 00 10 о
Сумма всех длин участков будет: X 1=4447 м. Теперь определим диаметр кольца по расчетному расходу:
Ур=0,59х0,7х2268,5=937 м3/ч,
и удельному падению квадрата давления:
Я = (300-100)-(1.1х 44477 = 16,354кПа2/м.
Потери давления на местные сопротивления приняты в размере 10% от линейных потерь.
При расчете кольцевых сетей следует предусматривать и резерв давления, необходимый для увеличения пропускной способности системы газоснабжения, при проявлении нештатных ситуаций (аварийных режимах). Принятый резерв должен оцениваться расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций, которые происходят при выключении головных участков сети.
Ввиду кратковременности аварийных ситуаций допускается некоторое снижение качества функционирования системы, оцениваемое коэффициентом обеспеченности Коб, который зависит от категории потребителей [4].
Так для коммунально-бытовых потребителей Коб может быть принят в размере 0,8-0,85, для отопительных котельных 0,7-0,75, а для промышленных потребителей, имеющих резервное топливо, Коб =0
Гидравлические расчеты Выход
Рис 1. Примерная схема кольцевой газоснабжающей сети
Расчётный перепад давления ДРр расходуется на преодоление сил трения
и местных сопротивлений при движении газа по трубопроводам:
ДРр=ДРтр+ДРм, ДРтр - потери давления на преодоление сил трения; ДРмс - потери давления в местных сопротивлениях.
Результаты расчетов вычислительного эксперимента проиллюстрированы в интерфейсе программы гидравлического расчета кольцевой газоснабжающей сети среднего давления (рис.2.).
Анализ информационно-аналитической модели гидравлического расчета кольцевой газоснабжающей сети среднего давления полностью соответствует и выполнению расчетов для сетей низкого давления.
При этом, выполняется следующая последовательность работ:
- составляется схема газовых сетей низкого давления;
- замеряются длины расчётных участков (отрезков газовой сети, вдоль которых не меняется расход газа и диаметр);
- нумеруются узловые точки (точки пересечения участков или границы участка);
- нумеруются все контуры - это кольца, полукольца газовой сети, питающие установленных потребителей (в нашем примере это кварталы населённого пункта). Здесь необходимо, чтобы номера кварталов улиц и охватывающего их колец совпадали.
