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Beispiel eines hydraulischen Berechnungsprogramms für eine Niederdruck-Gasleitung. Hoher und mittlerer Druck. Bestimmung der optimalen Anzahl von Gasverteilungsstationen und hydraulischen Fracking-Einheiten

Einführung

Die hydraulische Berechnung eines Gasleitungsnetzes basiert auf der Bestimmung der optimalen Durchmesser von Gasleitungen, die den Durchgang der erforderlichen Gasmengen bei akzeptablen Druckverlusten gewährleisten. Der Berechnung liegt der maximal mögliche Gasverbrauch in den Stunden des maximalen Gasverbrauchs zugrunde. Dabei wird der stündliche Gasverbrauch für den Bedarf der Produktion (Industrie und Landwirtschaft), kommunaler und privater Verbraucher sowie für den individuellen Haushaltsbedarf der Bevölkerung (Heizung, Warmwasserversorgung) berücksichtigt. Bei der hydraulischen Berechnung von Mittel- und Hochdruckgasleitungen wird in der Regel der geschätzte Gasverbrauch der Verbraucher als Punktlast berücksichtigt, bei Niederdrucknetzen wird zusätzlich eine gleichmäßig verteilte Last berücksichtigt. Eine Besonderheit von Mitteldruck-Gasversorgungssystemen mit der Installation von Gasregelpunkten bei jedem Verbraucher oder einer kleinen Gruppe von Verbrauchern in einem besiedelten Gebiet ist die Anwendbarkeit des Prinzips der Berechnung von Netzen mit gleichmäßig verteilten Lasten auf sie.

Hydraulische Berechnung einer Gasleitung.

Wenn sich Gas durch Rohrleitungen bewegt, nimmt der Anfangsdruck aufgrund der Überwindung von Reibungskräften und lokalem Widerstand allmählich ab:

Je nach Strömungsgeschwindigkeit, Rohrdurchmesser und Gasviskosität kann seine Strömung laminar, also in Form von relativ zueinander bewegten Schichten geordnet, und turbulent sein, wenn Turbulenzen in der Gasströmung auftreten und sich die Schichten miteinander vermischen . Der Gasbewegungsmodus wird durch den Wert des Reynolds-Kriteriums charakterisiert:

wobei ω – Strömungsgeschwindigkeit, m/s; D- Rohrleitungsdurchmesser, m; ν – kinematische Viskosität, .

Das Übergangsintervall von der laminaren zur turbulenten Bewegung wird als kritisch bezeichnet und ist durch Re = 2000–4000 gekennzeichnet. Bei Re = 2000 ist die Strömung laminar und bei Re = 4000 turbulent.

In der Praxis herrscht in Gasverteilungsleitungen turbulente Gasbewegungen vor. Nur in Gasleitungen mit kleinem Durchmesser, beispielsweise in hausinternen, strömt Gas laminar mit geringen Durchflussraten. Der Gasfluss durch unterirdische Gasleitungen wird als isothermer Prozess betrachtet, da sich die Temperatur des Bodens um die Gasleitung herum während der kurzen Zeit des Gasflusses kaum ändert.

Es gibt hydraulische Berechnungen von Niederdruck- und Mitteldrucknetzen. Bei der Entwicklung eines Gasversorgungssystems für ein Wohngebäude handelt es sich um ein Niederdrucknetz.

Bei der Berechnung eines Niederdruck-Gasversorgungssystems wird eine Formel zur Berechnung der Druckverluste in der Umgebung verwendet.

(3)

Wo – Druckdifferenz am Anfang und Ende der Gasleitung, ist der hydraulische Reibungskoeffizient, Q ist die Gasdurchflussrate, d ist der Innendurchmesser des Rohrs, ist die Gasdichte, l ist die Länge der Gasleitung.

Spezifische Druckverluste in Abschnitten werden ebenfalls nach folgender Formel ermittelt (Pa/m – für Niederdrucknetze):

– zulässiger Druckverlust (Pa – für Niederdrucknetze); L– Entfernung zum am weitesten entfernten Punkt, m.

Der Innendurchmesser der Gasleitung wird aus dem Standardbereich der Innendurchmesser von Rohrleitungen übernommen: Der nächstgrößere gilt für Gasleitungen aus Stahl und der nächstkleinere für Gasleitungen aus Polyethylen.

Der hydraulische Reibungskoeffizient λ wird in Abhängigkeit von der Art der Gasbewegung durch die Gasleitung bestimmt, gekennzeichnet durch die Reynolds-Zahl,

Dabei ist ν der Koeffizient der kinematischen Viskosität des Gases, Q die Gasdurchflussrate und d der Innendurchmesser der Gasleitung.

Und auch abhängig von der hydraulischen Glätte der Innenwand der Gasleitung, bedingt durch den Zustand

Dabei ist n die äquivalente absolute Rauheit der Innenfläche der Rohrwand, die unabhängig von der Betriebszeit 0,01 cm für neue Stahlrohre, 0,1 cm für gebrauchte Stahlrohre, 0,007 cm für Polyethylenrohre und 0,001 cm für Kupferrohre beträgt cm.

Abhängig vom Wert von Re beträgt der hydraulische Reibungskoeffizient λ:

für laminare Gasströmung bei Re ≤ 2000

für den kritischen Modus der Gasbewegung bei Re = 2000–4000

(8)

Bei Re = 4000, abhängig von der Erfüllung der Bedingung (6):

für eine hydraulisch glatte Wand (Ungleichung (6) gilt):

bei 4000≤ Re ≤ 100.000

bei Re ˃ 100 000

für raue Wände (Ungleichung (6) gilt nicht) bei Re ˃ 4000

Bei der Durchführung hydraulischer Berechnungen des Gasverteilungsnetzes wird daher das Material der Gasleitung sowie der Alterungsprozess des Rohrs berücksichtigt, der sich in einer Zunahme der Rauheit und Überwucherung von Stahlrohren und der Beständigkeit äußert der Rauheit während des Betriebs und des Kriechens von Polyethylenrohren. Das Kriechen eines Polyethylenrohrs äußert sich in einer Vergrößerung des Innendurchmessers um das Fünffache im Betrieb unter dem Einfluss des Innendrucks infolge einer Abnahme der Rohrwanddicke.

Eine Besonderheit von Polyethylenrohren besteht darin, dass sie aus Polyethylen unterschiedlicher Dichte hergestellt werden können: mittel – PE 80, hoch – PE 63 (derzeit nicht in Gasverteilungssystemen verwendet) und auch auf Basis eines bimodalen Copolymers – PE 100. Das ist es Es ist bekannt, dass die Innenschicht der Wand eines Polyethylenrohrs mit Gas gesättigt ist und der Grad der Sättigung vom Gasdruck und der Dichte der Wand abhängt. Die Gassättigung führt zu einer Änderung der Wandrauheit, wodurch sich der hydraulische Widerstand des Rohres ändert. Kriechen beeinflusst auch die Veränderung der Rauheit der Rohrwand während des Betriebs. Alle diese Faktoren zusammen bestimmen den Durchsatz von Polyethylenrohren.

Bei der Berechnung von Niederdruck-Gasleitungen, die in stark wechselndem Gelände verlegt werden, muss die hydrostatische Förderhöhe Pa berücksichtigt werden.

Wo H– Unterschied in den geometrischen Höhen der Gasleitung, m; Das „+“-Zeichen bedeutet, dass das Gas von unten nach oben fließt, und das „-“-Zeichen bedeutet, dass das Gas von oben nach unten strömt.

Druckverluste in lokalen Widerständen werden durch Änderungen der Größen und Richtungen der Gasgeschwindigkeiten an Stellen verursacht, an denen eine Gasleitung von einem Durchmesser zum anderen übergeht, in Absperrventilen, Bögen, T-Stücken usw. Nach der Weisbach-Formel entstehen Druckverluste in lokalen Widerständen, Pa,

Für eine Reihe aufeinanderfolgender lokaler Widerstände an einer Gasleitung gleichen Durchmessers ist deren Summe

Die Durchschnittswerte der Koeffizienten einiger Arten lokaler Widerstände sind in Tabelle 1 angegeben.

Oft werden Druckverluste in lokalen Widerständen durch eine bestimmte äquivalente Länge eines geraden Rohrabschnitts ausgedrückt l Gl., bei der lineare Druckverluste aufgrund von Reibung äquivalent zu Verlusten aufgrund eines gegebenen lokalen Widerstands sind,

Wo D- Innendurchmesser der Gasleitung, m; l eq – äquivalente Länge (m) eines geraden Rohrabschnitts mit einem bestimmten Durchmesser, bei der der Druckverlust aufgrund der Reibung gleich dem lokalen Widerstandsverlust bei ist.

Verwandte Informationen.

Um Berechnungen auf Basis der Formeln (VI.19) – (VI.22) zu erleichtern, wurden Tabellen und Nomogramme entwickelt. Daraus ermitteln sie mit ausreichender Genauigkeit für praktische Zwecke: basierend auf einem gegebenen Durchfluss und Druckverlust den erforderlichen Durchmesser der Gasleitung; für einen bestimmten Durchmesser und Verluste - der Durchsatz der Gasleitung; für einen bestimmten Durchmesser und eine bestimmte Durchflussrate - Druckverlust; nach bekannten örtlichen Widerständen - äquivalente Längen. Jede Tabelle und jedes Nomogramm wird für Gase mit einer bestimmten Dichte und Viskosität und separat für niedrigen bzw. mittleren und hohen Druck erstellt. Zur Berechnung von Niederdruck-Gasleitungen werden am häufigsten Tabellen verwendet, deren Aufbau in der Tabelle gut dargestellt ist. VI.2. Der darin enthaltene Rohrbereich wird durch den Außendurchmesser d„ und die Wandstärke charakterisiert S und Innendurchmesser D. Jeder Durchmesser entspricht einem spezifischen Druckverlust D R und äquivalente Länge Z 3KB, abhängig von einem bestimmten Gasfluss V. Nomogramme (Abb. VI.3 - VI.7) sind das grafische Äquivalent der in den Tabellen angegebenen Daten.

Tabelle VI.2

Druckverlust Ar und äquivalente Längen in für Erdgas (p = 0,73 kg/m 3, v = 14,3 * 10 "* m 2 / Sek., Wasser- und Gasrohre aus Stahl gemäß GOST 3262-62)

d H X« (d), mm
21,3X2,8 (15,7)	26,8X2,8 (21,2)	33,5X3,2 (27,1)	42,3X3,2 (35,9)	48,0X3,5 (41,0)

Notiz. Der Zähler zeigt den Druckverlust, kgf/m* pro 1 u, und der Nenner ist die invalente Länge, u.

A- natürlicher Schuss, p - 0,73 kg/m*, v = 14,3‘Yu - * m*/s; b – Propangas, p?= 2 Kf/m *, v "= 3,7* 10~* m"/Sek.

Beispiel 17. Durch ein Rohr (GOST 3262-62) dH X S= 26,8 x 2,8 mm lang Ich = Es werden 12 m Erdgas mit niedrigem Druck mit p = 0,73 kg/m 9 in Mengen geliefert V= 4 m 3 / h. An der Gasleitung wird ein Kükenventil und zwei um 90° gebogene Bögen installiert. Druckverlust in der Gasleitung ermitteln.

Lösung. G1o-Tisch VJ.2 finden wir bei Flow V= 4 m 9 /h spezifische Reibungsverluste Ar - 0,703 kg/m2 pro 1 m und die entsprechende Länge? Ek p = = 0,52 m. Laut Pas-Daten. 108 finden wir die lokalen Widerstandskoeffizienten: Für ein Kükenventil = 2,0 und für einen gebogenen Winkel 90°? 2 = 0,3. Berechnete Länge der Gasleitung nach Formel (VI.29) / berechnet = 12 + (2,0 + 2-0,3) X 0,52 = = 13,5 m. Erforderlicher Gesamtdruckverlust Dr Summe - 13,5-0,703 = = 9,52 kg/m2.

Beispiel 18. Entlang einer aus Rohren zusammengesetzten Niederdruck-Gasverteilungsleitung aus Stahl dH X S= 114 x 4 mm, lang Ich = 250 m Erdgas werden mit einer Menge von p = 0,73 kg/m 9 geliefert V- 200 m 3 /h. Die geodätische Höhe der Endgasleitung ist 18 m höher als die ursprüngliche. Bestimmen Sie den Druckverlust in der Gasleitung.

Lösung. Nach dem Nomogramm in Abb. VI.3 finden wir, dass bei einem Durchfluss V = = 200 m 3 / h der spezifische Druckverlust durch Reibung in der Gasleitung d H Xs = 114 X X 4 mm A beträgt R - 0,35 kg/m2 pro 1 m. Um Druckverluste bei lokalen Widerständen zu berücksichtigen, erhöhen wir die tatsächliche Länge der Gasleitung um 10 %. T.V. ICH Rennen Ch = 1,1 1fact = 1,1 *250 = 275 m. Gesamtdruckverlust aufgrund von Reibung und lokalem Widerstand Lr SuI = 0,35-275 = 96 kg/m 2.

Das transportierte Gas ist leichter als Luft, daher entsteht in der Gasleitung hydrostatischer Druck. Nach Formel (VI.24) Ar g ~ 18 (1,293 - 0,73)

*=“10 kg/m2. Dann beträgt der erforderliche Druckverlust in der Gasleitung Ap* aKX = 96 - - 10 = 86 kgf/cm 2.

Beispiel 19. Durch eine Niederdruck-Stahlgasleitung d H X s = = 21,3-2,8 mm und Länge Ich = 10 m Propan werden in der Menge geliefert V== 1,2’m 8 /h. An der Gasleitung ist ein Kükenventil installiert und es gibt einen um 90° gebogenen Winkel. Druckverlust in der Gasleitung ermitteln.

Lösung. Nach dem Nomogramm in Abb. VI.4 finden wir beim Gasfluss

V= 1,2 m 3 /h spezifische Reibungsverluste Ar= 0,75 kg/m2 pro 1 m. Gemäß dem Nomogramm in Abb. VI.5, B für diese Bedingungen beträgt die äquivalente Länge der Gasleitung /ekp = 0,41 m. Nach den Angaben auf S. 108 lokale Widerstandsbeiwerte: für ein Kükenventil?, = 2,0, für einen gebogenen Bogen 90 s ? 2 = 0,3.

Berechnete Länge der Gasleitung nach Formel (VI.29) 1 raS h = 10 + 0,41 (2,0 + + 0,3) = 10,94 · 11 m. Der erforderliche Gesamtdruckverlust Dr Summe = 11 X

X 0,75 = 8,25 kg/m2.

Beispiel 20. Durch eine Stahlgasleitung Dy= 200 mm, 1600 m lang, Erdgas mit einer Dichte p = 0,73 kg/m 3 wird in einer Menge von 5000 m 8 /h geliefert. Bestimmen Sie den Überdruck am Ende der Gasleitung, wenn er am Anfang der Gasleitung 2,5 kgf/cm 2 beträgt.

Lösung. Nach dem Nomogramm in Abb. VI.7 finden wir das beim Gasverbrauch

V- 5000 m 3 /h für Gaspipeline Dy= 200 mm (p - pl)IL= 1,17. Daher der absolute Druck am Ende der Gasleitung

kgf/cm2. Übermäßiger Druck am Ende der Gasleitung R,-= 2,22 kgf/cm 8,

Vom Lieferanten bis zum Verbraucher kommen Rohrleitungen und andere Sonderkonstruktionen und -komplexe zum Einsatz, die in unterschiedlichen Größen und Ausführungen erhältlich sind. Damit die Gasleitung in allen Abschnitten zuverlässig und effizienter arbeitet, muss eine hydraulische Berechnung der Gasleitung mit Auswahl ihrer optimalen Betriebsart für die gegebenen Betriebsbedingungen durchgeführt werden.

Warum ist es notwendig, eine Gasleitung zu berechnen?

In allen Abschnitten der Gasleitung werden Berechnungen durchgeführt, um Stellen zu identifizieren, an denen möglicherweise ein Widerstand in den Rohren auftritt, der die Kraftstoffzufuhrrate verändert.

Wenn alle Berechnungen korrekt durchgeführt wurden, können Sie die am besten geeignete Ausrüstung auswählen und einen wirtschaftlichen und effizienten Entwurf für die gesamte Gassystemkonstruktion erstellen.

Dadurch entfallen unnötige, überhöhte Kennzahlen im Betrieb und Baukosten, die bei der Planung und Installation der Anlage ohne hydraulische Berechnungen der Gasleitung entstehen könnten.

Es besteht eine bessere Möglichkeit, die erforderlichen Querschnittsgrößen und Rohrmaterialien auszuwählen, um die geplanten Punkte des Gasleitungssystems effizienter, schneller und stabiler mit blauem Kraftstoff zu versorgen.

Der optimale Betriebsmodus der gesamten Gasleitung ist gewährleistet.

Entwickler erhalten finanzielle Vorteile durch Einsparungen beim Kauf von technischer Ausrüstung und Baumaterialien.

Die Gasleitung wird unter Berücksichtigung des maximalen Kraftstoffverbrauchs in Zeiten des Massenverbrauchs korrekt berechnet. Alle industriellen, kommunalen, individuellen und haushaltsbezogenen Bedürfnisse werden berücksichtigt.

Klassifizierung von Gaspipelines

Moderne Gaspipelines sind ein ganzes System von Strukturkomplexen, die brennbare Brennstoffe von den Produktionsorten zu den Verbrauchern transportieren sollen. Daher sind sie entsprechend ihrem Zweck:

– für den Transport über große Entfernungen von Produktionsstandorten zu Zielorten.
Lokal – zum Sammeln, Verteilen und Liefern von Gas an Siedlungen und Unternehmen.

Entlang der Hauptstrecken werden Kompressorstationen gebaut, die benötigt werden, um den Arbeitsdruck in den Rohren aufrechtzuerhalten und Gas in den erforderlichen, im Voraus berechneten Mengen an bestimmte Punkte an die Verbraucher zu liefern. In ihnen wird das Gas gereinigt, getrocknet, komprimiert und gekühlt und dann mit einem bestimmten Druck, der für einen bestimmten Abschnitt des Kraftstoffkanals erforderlich ist, in die Gasleitung zurückgeführt.

Alle Gaspipelines sind komplexe Strukturen, die mit automatisierten Steuerungssystemen für alle technologischen Prozesse ausgestattet sind. Ihre Tätigkeit basiert auf technischer Forschung, einschließlich der Ergebnisse hydraulischer Berechnungen von Rohrleitungen.

Lokale Gaspipelines in besiedelten Gebieten werden klassifiziert:

Abhängig von der Art des Gases kann es transportiert werden: natürlich, verflüssigter Kohlenwasserstoff, gemischt usw.
Durch Druck – in verschiedenen Bereichen kann Gas einen niedrigen, mittleren und hohen Druck haben.
Nach Standort - extern (Straße) und oberirdisch und unterirdisch.

Das Funktionsprinzip der Gaspipeline

Zu den städtischen Systemen gehören:

Quelle der Gasversorgung;
Gasverteilungsstationen;
Gasleitungen unterschiedlicher Druckniveaus;
Tankstellen;
GRU und GRP;
Telemechanisierung bedeutet.

Bei der hydraulischen Berechnung werden alle diese Objekte berücksichtigt, da jedes von ihnen seinen eigenen Einfluss auf die Geschwindigkeit und Menge des transportierten Kraftstoffs hat. Für einzelne Abschnitte werden Berechnungen durchgeführt und anschließend aufsummiert.

Das innerstädtische Gasleitungsnetz ist mit speziellen Gasverteilungssystemen (Stationen) ausgestattet, die sich am Ende aller dieser Leitungen befinden.
Wenn Gas in eine solche Station gelangt, wird sein Druck reguliert und neu verteilt, und der Versorgungsdruck wird auf akzeptable Werte reduziert.
Anschließend gelangt das Gas zu einem Regelpunkt, von wo aus es weiter ins Netz geleitet wird, wo der Druck wieder ansteigt.
Rohrleitungen mit den höchsten Druckniveaus sind an Systeme angeschlossen, die in unterirdischen Speicheranlagen liegen.
Um den Gasverbrauch in jedem Tageszeitraum zu kontrollieren, werden spezielle Tankstellen gebaut.
Gas mit hohem und mittlerem Druck wird in Rohren transportiert, die als eine Art Nachspeisung für Rohrleitungen mit niedrigem Gasdruck dienen. Um die Druckabfallprozesse zu kontrollieren, sind spezielle Einstellpunkte installiert.
Um den Druckverlust während des Gastransports und den Durchfluss des gesamten geplanten Volumens zum vorgesehenen Punkt genau zu berücksichtigen, wird der optimale Durchmesser der Rohre mithilfe der hydraulischen Berechnungsmethode ermittelt, um eine geeignete Größe zu installieren.

Hydraulische Berechnung einer Niederdruck-Gasleitung

Zunächst wird ungefähr berücksichtigt, wie viele Menschen in einem bestimmten Gebiet leben, wie viele Industrie- und öffentliche Einrichtungen es gibt, und dann wird die ungefähre Gasmenge ermittelt, die für den häuslichen und industriellen Bedarf ausgegeben werden muss.

Anschließend wird der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch über einen bestimmten Zeitraum (in der Regel 1 Stunde) berechnet.

Es ist notwendig, Gasverteilungspunkte zu berücksichtigen – ihre Anzahl wird berechnet, ebenso wie ihr Standort, um zu wissen, wie lange die Pipeline gebaut werden muss, welcher Rohrdurchmesser und welche Baumaterialien zu wählen sind.

Aufgrund der unterschiedlichen Indikatoren werden nicht nur die allgemeinen Druckverluste der gesamten Rohrleitung berechnet, sondern auch an Verteilungspunkten, Gasleitungen innerhalb von Gebäuden und allen Teilnehmerzweigen.

Bei unterschiedlichen Rohrgrößen wird die Fläche jedes identischen Abschnitts gemessen, der Gasverbrauch für alle diese Indikatoren separat berechnet und dann aufsummiert.

Die Berechnungsarbeit wird unter Berücksichtigung mehrerer Faktoren durchgeführt: berechnete Daten für einen Abschnitt einer Gasleitung, tatsächliche Indikatoren aus dem gesamten Abschnitt und äquivalente Messwerte.

Als Ergebnis werden Knoten- und spezifische Reisekosten berechnet. Die Kreuzung konzentriert sich auf einen bestimmten Punkt der Autobahn und die spezifische Spur wird auf die Kreuzungspunkte verteilt.

Hydraulische Berechnung einer Gasleitung mit Mitteldruck

Berücksichtigt werden die Messwerte des Kraftstoffdrucks zu Beginn der Zufuhr. Dieser Abschnitt reicht vom Hauptgasverteilungspunkt bis zum Ort des Übergangs von hohem Druck zu mittlerem Druck. Das Druckniveau in diesem Abschnitt sollte so sein, dass die Indikatoren auch in Zeiten höchster Belastung der Hauptleitung immer über den minimal zulässigen Werten liegen.

Die Berechnungen basieren auf dem Prinzip der Druckänderungen unter Berücksichtigung einer bestimmten Länge der Rohrleitung.
Zunächst werden die im Hauptabschnitt der Rohrleitung auftretenden Druckverluste und anschließend der Kraftstoffverbrauch berechnet.
Basierend auf diesen Durchschnittsindikatoren werden die erforderlichen Dicken und Durchmesser der Rohre ausgewählt.
Alle möglichen Größen werden ausgewählt und anschließend anhand des Nomogramms die Höhe der Verluste für jede Option bestimmt.
Bei korrekter hydraulischer Berechnung entspricht der Druckverlust in solchen Bereichen immer einem konstanten Niveau.

Die Berechnungen werden unter Berücksichtigung des höchsten Gasdrucks sowie aller Spezifikationen einer bestimmten Gasleitung durchgeführt. Daher werden Baumaterialien und Rohrtypen mit solchen technischen Eigenschaften ausgewählt, dass die normale Funktion des Gasleitungssystems entlang der gesamten Pipeline gewährleistet ist. Alle Umgebungsbedingungen am Ort der Verlegung der Gasleitung müssen berücksichtigt werden. Das Gebiet wird gründlich untersucht und ein genauer Plan erstellt. Weiter:

Hydraulische Berechnung von Gasleitungen und Durchschnittsdruck

Es wird ein Projektdiagramm mit klar gekennzeichneten Abzweigungen zu Verbrauchsorten erstellt.
Die minimale Pfadlänge wird ausgewählt und die Position entlang des Rings ist erforderlich.
Die Berechnungen basieren auf Messungen aller Flächen unter Berücksichtigung des Maßstabs.
Die Ergebnisse der Ablesungen erhöhen sich – dadurch wird die berechnete Länge jedes Abschnitts um 10 % größer.
Die hydraulischen Berechnungen der einzelnen Abschnitte werden aufsummiert, um den Gesamtkraftstoffverbrauch zu ermitteln.
Anschließend wird die optimale Innenrohrgröße ermittelt.

Was wird bei der Berechnung einer Gasleitung noch berücksichtigt?

Durch die Reibung an den Wänden variiert die Gasgeschwindigkeit über den Rohrquerschnitt – in der Mitte ist sie schneller. Der für die Berechnungen verwendete durchschnittliche Indikator ist jedoch eine bedingte Geschwindigkeit.

Es gibt zwei Arten der Bewegung durch Rohre: laminar (Strahl, charakteristisch für Rohre mit kleinem Durchmesser) und turbulent (hat eine ungeordnete Bewegung mit der unwillkürlichen Bildung von Wirbeln überall in einem breiten Rohr).

Gas bewegt sich nicht nur aufgrund des auf es ausgeübten äußeren Drucks. Seine Schichten üben untereinander Druck aus. Daher wird auch der Wassersäulenfaktor berücksichtigt.

Rohrmaterialien beeinflussen auch die Bewegungsgeschwindigkeit. So nimmt bei Stahlrohren im Betrieb die Rauheit der Innenwände zu und die Achsen verengen sich durch Überwucherung. Im Gegensatz dazu nimmt der Innendurchmesser von Polyethylenrohren mit abnehmender Wandstärke zu. All dies wird bei der Druckberechnung berücksichtigt.

Zur Berechnung der Gasbewegung durch Rohre werden Rohrdurchmesser, Kraftstoffverbrauch und Druckverlust herangezogen. Berechnet je nach Art der Bewegung. Bei Laminar-Berechnungen erfolgt die Berechnung streng mathematisch nach der Formel:

Р1 – Р2 = ∆Р = (32*μ*ω*L)/D2 kg/m2 (20), wobei:

∆Р – kgm2, Druckverlust durch Reibung;
ω – m/s, Geschwindigkeit der Kraftstoffbewegung;
D – m, Rohrleitungsdurchmesser;
L – m, Rohrleitungslänge;
μ - kg s/m2, Flüssigkeitsviskosität.

Bei turbulenter Bewegung ist es aufgrund der chaotischen Natur der Bewegung unmöglich, präzise mathematische Berechnungen durchzuführen. Daher werden experimentell ermittelte Koeffizienten verwendet.

Berechnet nach der Formel:

Р1 – Р2 = (λ*ω2*L*ρ)/2g*D (21), wobei:

P1 und P2 – Druck am Anfang und Ende der Rohrleitung, kg/m2;
λ – dimensionsloser Widerstandskoeffizient;
ω – m/s, durchschnittliche Gasgeschwindigkeit über den Rohrquerschnitt;
ρ – kg/m3, Brennstoffdichte;
D – m, Rohrdurchmesser;
g – m/sec2, Erdbeschleunigung.

Video: Grundlagen der hydraulischen Berechnung von Gasleitungen

Die Hauptaufgabe hydraulischer Berechnungen besteht darin, die Durchmesser von Gasleitungen zu bestimmen. Aus methodischer Sicht lassen sich hydraulische Berechnungen von Gasleitungen in folgende Typen einteilen:

· Berechnung von Hoch- und Mitteldruck-Ringnetzen;

· Berechnung von Sackgassennetzen mit hohem und mittlerem Druck;

· Berechnung von Mehrring-Niederdrucknetzen;

· Berechnung von Niederdruck-Dead-End-Netzen.

Um hydraulische Berechnungen durchführen zu können, müssen Sie über folgende Ausgangsdaten verfügen:

· Entwurfsdiagramm der Gasleitung mit Angabe der Anzahl und Länge der Abschnitte;

· stündliche Gaskosten für alle an dieses Netz angeschlossenen Verbraucher;

· zulässige Gasdruckverluste im Netz.

Das Auslegungsschema der Gasleitung wird in vereinfachter Form nach dem Plan des vergasten Gebietes erstellt. Alle Abschnitte von Gasleitungen sind sozusagen begradigt und in ihrer vollen Länge mit allen Biegungen und Windungen angegeben. Die Standorte der Gasverbraucher auf der Planke werden durch die Standorte der entsprechenden Gasverteilungszentren bzw. Gasverteilungseinheiten bestimmt.

12.1 Hydraulische Berechnung von Hoch- und Mitteldruck-Ringnetzen.

Die hydraulische Betriebsart von Hoch- und Mitteldruck-Gasleitungen wird anhand der Bedingungen des maximalen Gasverbrauchs zugewiesen.

Die Berechnung solcher Netzwerke besteht aus drei Schritten:

· Berechnung im Notfallmodus;

· Berechnung für normale Strömungsverteilung;

· Berechnung der Abzweigungen einer Ringgasleitung.

Das Konstruktionsdiagramm der Gasleitung ist in Abb. dargestellt. 2. Die Längen der einzelnen Abschnitte werden in Metern angegeben. Die Anzahl der Siedlungsgebiete wird durch Zahlen in Kreisen angegeben. Der Gasverbrauch einzelner Verbraucher wird mit dem Buchstaben V bezeichnet und hat die Dimension m 3 /h. Die Stellen, an denen sich der Gasfluss auf dem Ring ändert, werden durch die Nummern 0, 1, 2, ... usw. angezeigt. Die Gasstromversorgung (GDS) ist an Punkt 0 angeschlossen.

Die Hochdruck-Gasleitung hat am Startpunkt einen Gasüberdruck von 0 Р Н =0,6 MPa. Endgültiger Gasdruck R K = 0,15 MPa. Dieser Druck muss für alle an diesem Ring angeschlossenen Verbraucher unabhängig von ihrem Standort gleich gehalten werden.

Die Berechnungen verwenden den absoluten Gasdruck, also die berechneten Р Н =0,7 MPa und R K = 0,25 MPa. Die Längen der Abschnitte werden in Kilometer umgerechnet.

Um mit der Berechnung zu beginnen, ermitteln wir die durchschnittliche spezifische Druckdifferenz im Quadrat:

A CP = (P 2 n - P 2 k) / 1.1 å l i

Wo å l i- die Summe der Längen aller Abschnitte in der berechneten Richtung, km.

Ein Multiplikator von 1,1 bedeutet eine künstliche Verlängerung der Gasleitung, um verschiedene lokale Widerstände (Windungen, Ventile, Kompensatoren usw.) auszugleichen.

Als nächstes verwenden wir den Durchschnitt Ein SR und der berechnete Gasverbrauch im entsprechenden Gebiet gemäß dem Nomogramm in Abb. 11.2 bestimmen wir den Durchmesser der Gasleitung und geben mit demselben Nomogramm den Wert an A für den gewählten Standard-Gasleitungsdurchmesser. Dann entsprechend dem angegebenen Wert A und geschätzter Länge ermitteln wir den genauen Wert der Differenz R 2 n - R 2 k Standort auf. Alle Berechnungen sind tabellarisch aufgeführt.

12.1.1 Berechnung im Notfallmodus.

Notbetriebe einer Gasleitung liegen vor, wenn an den Versorgungspunkt 0 angrenzende Abschnitte der Gasleitung ausfallen. In unserem Fall sind dies die Abschnitte 1 und 18. Die Stromversorgung der Verbraucher im Notbetrieb muss über ein Sackgassennetz erfolgen mit der Bedingung, dass der Gasdruck am letzten Verbraucher aufrechterhalten werden muss R K = 0,25 MPa.

Die Berechnungsergebnisse sind in der Tabelle zusammengefasst. 2 und 3.

Der Gasverbrauch in Gebieten wird durch die Formel bestimmt:

V P = 0,59 S (K OB i V i)(m3/h),

Wo ZU OB ich- Versorgungskoeffizient verschiedener Gasverbraucher;

V i- stündlicher Gasverbrauch des entsprechenden Verbrauchers, m 3 / h.

Der Einfachheit halber wird der Versorgungskoeffizient für alle Gasverbraucher mit 0,8 angenommen.

Die geschätzte Länge der Gasleitungsabschnitte wird durch die Gleichung bestimmt:

l P = 1,1 l G(km),

Die durchschnittliche quadratische Differenz des spezifischen Drucks im ersten Notfallmodus beträgt:

Ein SR = (0,7 2 - 0,25 2) / 1,1 6,06 = 0,064 (MPa 2/km),

å l i = 6,06(km),

Abschnitt 1 lehnte ab
Konto Nr.	d У mm	l Р km	V R m 3 / h	R 2 n-R 2 k l P	R 2 n-R 2 k, MPa 2

		0,077	10053,831	0,045	0,003465
		1,848	9849,4501	0,04	0,07392
		0,407	9809,2192	0,04	0,01628
		0,726	9796,579	0,04	0,02904
		0,077	9787,3632	0,19	0,01463
		0,473	9785,6909	0,19	0,08987
		0,253	9745,46	0,18	0,04554
		0,044	2566,8403	0,1	0,0044
		0,121	2554,2002	0,1	0,0121
		0,22	1665,1787	0,053	0,01166
		0,121	1663,5064	0,053	0,006413
		0,176	1459,1257	0,045	0,00792
		0,154	1449,9099	0,045	0,00693
		0,913	1437,2697	0,045	0,041085
		0,451	903,3339	0,045	0,020295
		0,154	901,6616	0,2	0,0308
		0,363	12,64016	0,031	0,011253
		ål Р =6,578			å(P 2 n-P 2 k)=0,425601

P K= Ö(0,7 2 - 0,425601) - 0,1 = 0,1537696 Fehler: 1,5 % <5 %

Wir fahren mit der Berechnung im zweiten Notfallmodus fort.

Station 18 lehnte ab
Konto Nr.	d У mm	l Р km	V R m 3 / h	R 2 n-R 2 k l P	R 2 n-R 2 k, MPa 2

		0,22	10053,831	0,045	0,0099
		0,231	10041,191	0,045	0,010395
		0,154	9152,1692	0,038	0,005852
		0,451	9150,4969	0,038	0,017138
		0,913	8616,5611	0,1	0,0913
		0,154	8603,9209	0,1	0,0154
		0,176	8594,7051	0,1	0,0176
		0,121	8390,3244	0,1	0,0121
		0,22	8388,6521	0,1	0,022
		0,121	7499,6307	0,085	0,010285
		0,044	7486,9905	0,085	0,00374
		0,253	308,37082	0,085	0,021505
		0,473	268,1399	0,06	0,02838
		0,077	266,4676	0,06	0,00462
		0,726	257,2518	0,06	0,04356
		0,407	244,61169	0,06	0,02442
		1,903	204,38072	0,045	0,085635
		ål Р =6,644			å(P 2 n-P 2 k)=0,42383

P K= Ö(0,7 2 - 0,42383) - 0,1 = 0,1572353 Fehler: 2,9 % <5 %

Daraus folgt, dass die Berechnung korrekt durchgeführt wurde.

Damit ist die Berechnung im zweiten Notbetrieb abgeschlossen.

Da wir den Druckverlust in jedem Abschnitt kennen, bestimmen wir den absoluten Druck an jedem Punkt in beiden Notfallmodi:

P i = Ö P 2 N - S(P 2 N - P 2 K) i,

Wo S(P 2 N - P 2 K)- die Summe der Differenz der Druckquadrate in den Abschnitten vor dem Druckbestimmungspunkt.

Alle Berechnungen zur Bestimmung der Drücke an verschiedenen Stellen des Rings können in einer Tabelle zusammengefasst werden.

Punktnummer auf dem Ring	Abschnitt 1 lehnte ab	Station 19 lehnte ab
	Gasdruck, MPa	Gasdruck, MPa
	0,7	0,7
	0,2537696	0,6928925
	0,2750491	0,6853503
	0,3262698
	0,3560154	0,6683674
	0,409673	0,5961669
	0,418055	0,5831081
	0,4274131	0,567816
	0,4348505	0,5570592
	0,4480569	0,5369497
	0,4613621	0,5272855
	0,4661062	0,523727
	0,5126353	0,5027773
	0,593856	0,473714
	0,6060487	0,4688123
	0,6295514	0,4197916
	0,6423512	0,3896216
	0,6975206	0,2572353

Um bei der hydraulischen Berechnung des Verbraucherrings die Durchmesser der Abzweige bestimmen zu können, muss der Gasdruck an den Verbindungsstellen zum Verbraucherring bekannt sein.

12.1.2 Berechnung der Filialen.

Bei dieser Berechnung werden die Durchmesser der Gasleitungen bestimmt, die Gas von der Ringgasleitung zu den Verbrauchern V 1, V 2, ... usw. liefern. Zu diesem Zweck erfolgt die Berechnung des Drucks an den Strömungsänderungspunkten 1 , 2, 3, ... wird verwendet. .17 tabellarisch? . Die Druckdifferenz am Anschlusspunkt der Stichgasleitung an die Ringgasleitung und der vorgegebene Enddruck am Verbraucher.

Um den Anfangsdruck aus Tabelle 2.3 für denselben Punkt zu bestimmen, wählen wir den niedrigsten absoluten Gasdruck. Als nächstes wird die spezifische quadratische Druckdifferenz in der Fläche bestimmt:

A = (P 2 N - P 2 K) / 1,1 l G i, (MPa 2 / km),

Laut Nomogramm Abb. 11.2 aus bestimmen wir den Durchmesser der Gasleitung.

Alle Berechnungen zur Bestimmung der Durchmesser von Ästen sind in der Tabelle zusammengefasst:

A 19 = 0,0145;

A 20 = 0,1085;

A 21 = 0,4997;

A 22 = 0,3649;

A 23 = 2,3944;

A24 = 0,8501;

A25 = 1,5606;

A 26 = 1,1505;

A 27 = 0,8376;

A 28 = 0,9114;

A 29 = 2,3447;

A 30 = 2,4715;

A 31 = 0,8657;

A 32 = 1,7872;

A 33 = 1,2924;

A 34 = 1,3528;

A 35 = 0,0664;

Zweig-Nummer.	Anfangsdruck, MPa	Enddruck, MPa	Abschnittslänge, km	Gasverbrauch, m3/h	Konventioneller Durchmesser, mm
	0,2538	0,25	0,12	26,78
	0,275	0,25	0,11	1883,52
	0,3263	0,25	0,08	3,543
	0,356	0,25	0,16	1131,22
	0,4097	0,25	0,04	26,78
	0,418	0,25	0,12	19,525
	0,4274	0,25	0,07	433,01
	0,4348	0,25	0,1	3,543
	0,448	0,25	0,15	1883,52
	0,4614	0,25	0,15	26,78
	0,4661	0,25	0,06	15208,94
	0,5028	0,25	0,07	85,235
	0,4737	0,25	0,17	3,543
	0,4688	0,25	0,08	19,525
	0,4198	0,25	0,08	26,78
	0,3896	0,25	0,06	85,235
	0,2572	0,25	0,05	433,01

12.1.3 Berechnung für normale Strömungsverteilung.

Bei der normalen Strömungsverteilung bewegt sich Gas aus der Ringversorgung in beide Richtungen.

Der Konvergenzpunkt beider Gasströme sollte irgendwo auf dem Ring liegen. Dieser Punkt wird aus den folgenden Bedingungen bestimmt: Die Gasströme in beide Richtungen des Rings sollten ungefähr gleich sein.

Es empfiehlt sich, Berechnungen zur Normalströmungsverteilung in einer Tabelle zusammenzufassen.

Tabelle 6.

N Über die Website.	Verbrauch vor Ort, m 3 / h	Durchmesser der Gasleitung, mm	Abschnittslänge, km	P 2 N -P 2 K /l, MPa 2 /km	R 2 N -R 2 K, MPa 2	R 2 N -R 2 K /V UCH, 10 -6

	-10650,2445		0,2	0,052	0,0104	0,976
	-10623,4645		0,21	0,052	0,01092	1,026
	-8739,9445		0,14	0,034	0,00476	0,545
	-8736,4015		0,41	0,034	0,01394	1,596
	-7605,1815		0,83	0,085	0,07055	9,277
	-7578,4015		0,14	0,085	0,0119	1,57
	-7558,8765		0,16	0,085	0,0136	1,799
	-7125,8665		0,11	0,075	0,00825	1,158
	-7122,3235		0,2	0,075	0,015	2,106
	-5238,8035		0,11	0,039	0,00429	0,819
	-5212,0235		0,04	0,039	0,00156	0,299
	+9996,9165		0,23	0,122	0,02806	2,807
	+10082,1515		0,43	0,122	0,05246	5,203
	+10085,6945		0,07	0,122	0,00854	0,847
	+10105,2195		0,66	0,045	0,0297	2,939
	+10131,9995		0,37	0,045	0,01665	1,643
	+10217,2345		1,68	0,045	0,0756	7,399
	+10650,2445		0,07	0,05	0,0035	0,329
					S= 0,37968	S= 42,34 · 10 -6
					+0,04934

* Die Zeichen „+“ und „-“ bedeuten die bedingte Aufteilung der Gasströme in positiv (im Uhrzeigersinn) und negativ (Bewegung gegen den Uhrzeigersinn).

Um den Fehler zu ermitteln, müssen Sie alle Zahlen in Spalte 6 modulo summieren und die Differenz zwischen positiven und negativen Zahlen in derselben Spalte mithilfe der folgenden Formel schätzen

Der Fehler ist: 0,04934 100 / 0,5 0,37968 = 25,99 %

Die Durchmesser der Gasleitungsabschnitte in diesem Modus werden aus der Berechnungstabelle im Notfallmodus ausgewählt. Für jeden Abschnitt wird der größere der beiden Durchmesser genommen. In diesem Fall sind die Durchmessergrößen an den Kopfabschnitten des Rings am größten. Darüber hinaus nehmen die Durchmesser in Richtung des Strömungskonvergenzpunkts monoton ab.

Um die spezifische quadratische Druckdifferenz in einem Abschnitt zu bestimmen, verwenden Sie das Nomogramm in Abb. 11.2. . Sie werden anhand bekannter Durchmesser und Durchflussraten ermittelt und in Spalte 5 der Tabelle eingetragen. Wenn Sie die geschätzten Längen der Abschnitte kennen, berechnen Sie die Differenzen der Druckquadrate in den Abschnitten und tragen Sie sie in Spalte 6 der Tabelle ein.

Das Kriterium für die Richtigkeit der Berechnung ist die Gleichheit der Summen der positiven und negativen Werte P 2 n – P 2 k. Liegt keine Gleichheit vor, sollte die Differenz zwischen diesen Werten 10 % der Hälfte nicht überschreiten der absolute Wert der Summe der Zahlen in Spalte 6 der Tabelle. In unserem Beispiel beträgt dieser Unterschied 25,99 %, was zu viel ist.

Daher muss die Berechnung wiederholt werden.

DV = å(P 2 n - P 2 k) 10 6 / 2 å(P 2 n - P 2 k) / Vi.

DV= 0,04934 10 6 / 2 42,34 = 582,66 » 600(m3/h),

Der Betrag im Nenner dieser Formel wird der Spalte 7 der Tabelle 6 entnommen.

Erhöhen wir alle positiven Kosten um 600 m 3 /h und reduzieren wir alle negativen Kosten um 600 m 2 /h. Wiederholen wir die Berechnung mit neuen Werten der Durchflussraten in den Gebieten

Tabelle 7.

N Über die Website.	Verbrauch vor Ort, m 3 / h	Durchmesser der Gasleitung, mm	Abschnittslänge, km	P 2 N -P 2 K /l, MPa 2 /km	R 2 N -R 2 K, MPa 2	R 2 N -R 2 K /V UCH, 10 -6

	-11250,2445		0,2	0,06	0,012	0,976
	-11223,4645		0,21	0,06	0,0126	1,026
	- 9339,9445		0,14	0,037	0,00518	0,545
	-9336,4015		0,41	0,037	0,01517	1,596
	-8205,1815		0,83	0,1	0,083	9,277
	-8178,4015		0,14	0,1	0,014	1,57
	-8158,8765		0,16	0,1	0,016	1,799
	-7125,8665		0,11	0,085	0,00935	1,158
	-7725,3235		0,2	0,085	0,017	2,106
	-5838,8035		0,11	0,048	0,00528	0,819
	-5812,0235		0,04	0,048	0,00192	0,299
	+9396,9165		0,23	0,117	0,02691	2,807
	+9482,1515		0,43	0,117	0,05031	5,203
	+9485,6945		0,07	0,117	0,00819	0,847
	+9505,2195		0,66	0,038	0,02508	2,939
	+9531,9995		0,37	0,038	0,01406	1,643
	+9617,2345		1,68	0,038	0,06384	7,399
	+10050,2445		0,07	0,045	0,00315	0,329
					S= 0,38304	S= 43,5 · 10 -6
					+0,00004

Der Fehler ist: 0,00004 100 / 0,5 0,38304 = 0,02 %,

Nach Einführung der Kreisströmung verringerte sich der Fehler auf 0,02 %, was akzeptabel ist.

Damit ist die hydraulische Berechnung der Hochdruckgasleitung abgeschlossen.

12.2. Hydraulische Berechnung von Mehrring-Niederdruck-Gasnetzen.

Bei der hydraulischen Berechnung von Niederdruck-Gasleitungen (bis 5 kPa) geht es um die Lösung des Transportproblems mit anschließender Optimierung.

Ausgangsdaten zur Berechnung:

1. Gesamtgasfluss durch das hydraulische Fracking-System, das das Niederdrucknetz speist:

V0 = 1883,52(m3/h).

2. Designdiagramm: Abb. 3.

3. Geschätzter Druckabfall im Netzwerk:

DP = 1200(Pa).

Die Aufgabe der hydraulischen Berechnung eines Niederdrucknetzes besteht darin, die Durchmesser aller seiner Abschnitte unter Einhaltung der vorgegebenen Werte zu bestimmen D.P.. Der Mindestdurchmesser der Rohre im Netzwerk muss gleich sein 50 mm.

Die Gasreisekosten an den Standorten werden nach der Formel ermittelt:

V PUT = l PR i V 0 / Sl PR i

Wo l PR i- reduzierte Länge des Abschnitts, m

l PR i = l R K E K Z

l R - geschätzte Länge des Abschnitts ( l P = 1,1 l G), M;

l G- geometrische Länge des Abschnitts gemäß dem Vergasungsflächenplan, m;

K E- Koeffizient der Anzahl der Stockwerke unter Berücksichtigung des Vorhandenseins von Gebäuden mit unterschiedlicher Anzahl von Stockwerken;

K Z- Entwicklungskoeffizient unter Berücksichtigung der Dichte der Wohnbebauung entlang der Gaspipelinetrasse.

Die Berechnung der Gasreisekosten fassen wir in Tabelle 8 zusammen.

Grundstücksnummer	Geometrisch Länge, m	Geschätzte Länge, m	Koeff. Böden	Koeff. Entwicklungen	Gegebene Länge, m	Reisedurchfluss, m3/h

0-1
1-2						48,29538
2-3						96,59077
1-4						144,8862
4-5						144,8862
2-6						144,8862
3-7						144,8862
5-6						193,1815
6-7						96,59077
7-8						96,59077
6-9						96,59077
4-10						144,8862
3-12						144,8862
10-14						96,59077
10-11						96,59077
12-13						96,59077
12-14						96,59077
					Sl PR = 5940

Wir ermitteln die Knotengaskosten:

V Knoten i = 0,5 S V PUT i, (m 3 / h),

Wo S V PUT i - Summe der Gastransportkosten in den an den Knoten angrenzenden Gebieten (m 3 /h),

V-Knoten 1= 96,59077 (m3/h),

V KZL 2 = 144,8862(m3/h),

V-Knoten 3 = 193,1815(m3/h),

V KZL 4 = 217,3292(m3/h),

V KZL 5 = 169,0338(m3/h),

V-Knoten 6 = 265,6246(m3/h),

V KZL 7 = 169,0338(m3/h),

V-Knoten 8 = 48,0338(m3/h),

V KZL 9 = 48,29538(m3/h),

V KZL 10 = 169,0338(m3/h),

V KZL 11 = 48,29538(m3/h),

V KZL 12 = 169,0338(m3/h),

V-Knoten 13 = 48,29538(m3/h),

V KZL 14 = 96,59077(m3/h),

Wir ermitteln den voraussichtlichen Gasverbrauch an den Standorten.

Bei der Berechnung des geschätzten Gasflusses wird die erste Kirchhoff-Regel für Netzwerke verwendet, die wie folgt formuliert werden kann: Die algebraische Summe aller Gasflüsse in einem Knoten ist gleich Null.

Der Mindestwert des berechneten Gasverbrauchs am Standort sollte der Hälfte des Reiseverbrauchs entsprechen. Um die Effizienz des Systems sicherzustellen, sollten die Hauptrichtungen identifiziert werden, in denen der Großteil des Gases transportiert wird.

Diese Anweisungen werden sein:

In diesen Richtungen ist es möglich, Bereiche zu identifizieren, entlang derer Transitgasströme auftreten. Das sind die Bereiche:

1-2; 2-6; 2-3; 3-12; 1-4; 4-10.

Dabei wird der berechnete Durchfluss nach der Kirchhoffschen Regel ermittelt.

In Gebieten, in denen es keine Transitgasströme gibt:

V P = 0,5 V PUT(m3/h),

V P 0-1 = 1786,929 (m3/h)

V P 1-2 = 1134,942 (m3/h)

V P 2-3 = 531,2492 (m3/h)

V P 1-4 = 555,3969 (m3/h)

V P 4-5 = 72,44308 (m3/h)

V P 2-6 = 458,8062 (m3/h)

V P 3-7 = 72,44308 (m3/h)

V P 5-6 = 96,59077 (m3/h)

V P 6-7 = 48,29538 (m3/h)

V P 7-8 = 48,29538 (m3/h)

V P 6-9 = 48,29538 (m3/h)

V P 4-10 = 265,6246 (m3/h)

V P 3-12 = 265,6246 (m3/h)

VR 10-14 = 48,29538 (m3/h)

V R 10-11 = 48,29538 (m3/h)

VR 12-13 = 48,29538 (m3/h)

VR 12-14 = 48,29538 (m3/h)

Bestimmen Sie die Durchmesser der Abschnitte:

Berechnen Sie dazu anhand des gegebenen Druckabfalls DP den durchschnittlichen anfänglichen spezifischen Druckverlust in den Hauptrichtungen:

A = DP / S l Р i(Pa/m)

Wo S l Р i - die Summe der berechneten Längen der Abschnitte, die in einer bestimmten Hauptrichtung enthalten sind.

Basierend auf dem Wert von A und der geschätzten Gasdurchflussrate in jedem Abschnitt werden die Durchmesser der Gasleitung mithilfe des Nomogramms in Abb. 11.4 bestimmt. Der tatsächliche Wert des spezifischen Druckverlusts in der Fläche wird durch die Wahl des Standardwerts des Nenndurchmessers nach demselben Nomogramm ermittelt. Der tatsächliche Wert des spezifischen Verlusts im Abschnitt wird mit der geschätzten Länge des Abschnitts multipliziert und so der Druckverlust in diesem Abschnitt berechnet. Der Gesamtdruckverlust in allen Abschnitten der Hauptrichtung sollte den angegebenen Wert nicht überschreiten DP.

Alle Berechnungen zur Bestimmung der Durchmesser von Niederdruck-Gasleitungsabschnitten sind in einer Tabelle zusammengefasst.

Grundstücksnummer	Berechnet. Durchflussmenge, m 3 / h	Berechnungslänge, m	Durchschnittlicher Druckverlust, Pa/m	Durchmesser konventionell, mm	Gültig Spezifischer Druckverlust, Pa/m	Druckverlust in der Umgebung, Pa	Davl. Am Ende der Seite, Pa

0-1	1786,92		1,33	325'8	1,1	24,2	4975,8
1-2	1134,94		1,33	273'7			4865,8
2-3	531,25		1,33	219'6	0,7		4711,8
3-7	72,44		1,33	108'4	0,9		4414,8
7-8	48,29		1,33	88,5'4	1,38	303,6	4111,2
2-6	458,81		1,33	219'6	0,47	155,1	4710,7
6-7	48,29		1,33	88,5'4	1,38	303,6	4407,1
Residuum an Knoten 7: (4414,8-4407,1) / 4414,8 100 % = 0,17 %
3-12	265,62		1,33	159'4	1,1		4348,8
12-14	48,29		1,33	88,5'4	1,3		4062,8
1-4	555,4		1,33	219'6	0,75	247,5	4728,3
4-10	265,62		1,33	159'4	1,1		4365,3
10-14	48,29		1,33	88,5'4	1,38	303,6	4061,7
Rest am Knoten 14: (4062,8-4061,7)/4062,8 100 % = 0,03 %
5-6	96,59		1,33	114'4	1,2		4182,7
4-5	72,44		1,76	89´3	1,8		4117,8
Residuum an Knoten 5: (4182,7-4117,8)/4182,7 100 % =1,55 %
6-9	48,29		1,76	88,5'4	1,38	303,6	4407,1
10-11	48,29		1,33	88,5'4	1,38	303,6	4061,7
12-13	48,29		1,33	88,5'4	1,38	303,6	4045,2

Das erste Kriterium für die Richtigkeit der Berechnung ist die Druckdifferenz an den Knotenpunkten, die nicht mehr als 10 % betragen sollte. Der Druck an den Knotenpunkten wird bestimmt, indem die Druckverluste in den Bereichen vom Anfangsdruck aus der hydraulischen Frakturierung abgezogen werden, wenn sich der Gasstrom auf dem kürzesten Weg zum betreffenden Knoten bewegt. Der Druckunterschied entsteht durch unterschiedliche Richtungen der Gasannäherung an den Knoten.

Das zweite Kriterium ist die Beurteilung der Druckverluste durch Hydrofracking zu den entferntesten Verbrauchern. Dieser Verlust sollte nicht größer sein als der berechnete Druckabfall von 1200 Pa und nicht mehr als 10 % davon abweichen.

Die Voraussetzungen für die Korrektheit der Berechnung sind erfüllt und hier endet die Berechnung von Mehrring-Niederdrucknetzen.

12.3 Hydraulische Berechnung von Niederdruck-Dead-End-Gasleitungen.

Sackgassen-Niederdruck-Gasleitungen werden in Wohngebäuden, in Produktionshallen und in kleinen ländlichen Siedlungen verlegt.

Die Energiequelle für solche Gaspipelines ist Niederdruck-Hydraulikfracking.

Hydraulische Berechnungen von Sackgassen-Gasleitungen werden gemäß dem Nomogramm in Abb. durchgeführt. 11.4. von .Die Besonderheit der Berechnung besteht hier darin, dass bei der Ermittlung von Druckverlusten in vertikalen Abschnitten zusätzlicher Überdruck aufgrund der unterschiedlichen Dichte von Gas und Luft berücksichtigt werden muss

DP D = ± h (r B - r G) g,

Wo H-

r B, r G -

Für Erdgas, das leichter als Luft ist, beträgt der Wert, wenn es sich durch eine Gasleitung nach oben bewegt DP wird negativ sein, und bei einer Abwärtsbewegung wird es positiv sein.

Lokale Widerstände können durch die Einführung von Reibungszuschlägen berücksichtigt werden

l P = l G * (1 + a/100), (M),

Wo A- prozentuale Erhöhung.

auf Setzstufen - 20 %;

mit einer Länge von 1-2 m - 450%,

mit einer Länge von 3-4 m. - 200%,

mit einer Länge von 5-7 m. - 120%,

bei einer Länge von 8-12 m - 50 %.

Druckverlust DP In Dead-End-Niederdruck-Gasleitungen wird er durch den Anfangsdruck nach dem hydraulischen Brechen oder der Gasverteilung bestimmt, der 4–5 kPa beträgt, und durch den Druck, der für den Betrieb von Gasbrenneranlagen oder Gasgeräten erforderlich ist. Druckverlust DP, gemäß den Empfehlungen der Tabelle 11.10. nimm gleich 350 Pa.

1. Erstellen Sie ein Entwurfsdiagramm der Gasleitung: Abb. 4.

2. Wir legen eine Hauptrichtung fest.

3. Wir ermitteln den geschätzten Gasverbrauch für jeden Abschnitt der Hauptstrecke anhand der Formel:

V R = V STUNDE BIS OD, (m 3 / h),

wo ist der maximale stündliche Gasverbrauch des entsprechenden Verbrauchers, m 3 / h,

V STUNDE = 1,17 (m3/h),

CODE- Gleichzeitigkeitskoeffizient unter Berücksichtigung der Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Betriebs aller Verbraucher.

4. Bestimmen Sie die geschätzte Länge der Abschnitte der Hauptstrecke ( l Р i) nach der Formel,

l P = l G (1 + a/100), (M),

Wo A- prozentuale Erhöhung.

an Gasleitungen vom Eingang des Gebäudes bis zur Steigleitung - 25 %;

auf Setzstufen - 20 %;

zur wohnungsinternen Verkabelung:

mit einer Länge von 1-2 m - 450%,

mit einer Länge von 3-4 m. - 200%,

mit einer Länge von 5-7 m. - 120%,

bei einer Länge von 8-12 m - 50 %.

5. Wir berechnen die geschätzte Länge der Hauptstrecke in Metern und summieren alle geschätzten Längen ihrer Abschnitte ( S l Р i).

6. Bestimmen Sie den spezifischen Druckabfall in der Hauptrichtung

A = DP / S l Р i, (Pa/m).

A = 8,1871345(Pa/m).

7. Unter Verwendung des Diagramms in Abb. 11.4. Wir ermitteln die Durchmesser der Hauptabschnitte der Gasleitung und geben den spezifischen Druckabfall an jedem Abschnitt entsprechend dem gewählten Standarddurchmesser an.

8. Wir ermitteln den tatsächlichen Gasdruckabfall in jedem Abschnitt, indem wir den spezifischen Druckabfall mit der geschätzten Länge des Abschnitts multiplizieren.

9. Fassen wir alle Verluste in einzelnen Abschnitten der Hauptstrecke zusammen.

10. Zusätzlichen Überdruck in der Gasleitung ermitteln,

DP D = ± h (r B - r G) g,

DP D = 110,26538

Wo H- Unterschied in den geometrischen Markierungen am Ende und Anfang der Gasleitung, m;

r B, r G - Dichte von Luft und Gas unter normalen Bedingungen, kg/m 3 ;

G- Beschleunigung im freien Fall, m/s 2.

h = 20,7(M) ,

11. Wir berechnen die algebraische Summe aus Druckverlust in der Rohrleitung und zusätzlichem Überdruck und vergleichen sie mit dem zulässigen Druckverlust in der Gasleitung DР.

Das Kriterium für die Richtigkeit der Berechnung wird die Bedingung sein

(SР i ± DP Ä + DP ARR) £ DP,

Wo SDP i- die Summe der Druckverluste in allen Abschnitten der Rohrleitung, Pa;

DP D- zusätzlicher Überdruck in der Gasleitung, Pa;

DP ANKUNFT- Gasdruckverlust in einem gasverbrauchenden Gerät, Pa;

DP- spezifizierter Druckabfall, Pa.

(SDP i ± DP D + DP ARR) = 338,24462 Der Rest ist 3,36%.

Abweichung (SDP i ± DP D + DP ARR) aus DP sollte nicht mehr als 10 % betragen.

Die Berechnung wurde korrekt durchgeführt.

Wir fassen alle Berechnungen zur Bestimmung von Gasleitungsdurchmessern in einer Tabelle zusammen.

KEIN Grundstück	Gasverbrauch, m 3 / h	Koeff. einmal	Berechnung. Durchflussmenge, m 3 / h	Abschnittslänge m	Nadb. für einen Monat Widerstand	Berechnung. Länge, m	Bedingt Durchm. mm	Druckverlust Pa
								bei 1 m	in der Schule

10-15	1,17	0,65	1,17			13,2	21,3´2,8	2,2	29,04
9-10	0,34	0,45	1,521			3,6	21,3´2,8		14,4
8-9	3,51	0,35	1,5795			3,6	21,3´2,8	4,2	15,12
7-8	4,68	0,29	1,638			3,6	21,3´2,8	4,5	16,2
6-7	5,85	0,26	1,6965			8,75	21,3´2,8		43,75
1-6	11,7	0,255	3,042				21,3´2,8
0-1	17,55		4,47525				21,3´2,8
						S42.75			S388.51

In den Hauptabschnitten akzeptieren wir abschließend folgende Gasleitungsdurchmesser:

10-15: 21,3 x 2,8 mm

9-10: 21,3 x 2,8 mm

8-9: 21,3 x 2,8 mm

7-8: 21,3 x 2,8 mm

6-7: 21,3 x 2,8 mm

1-6: 21,3 x 2,8 mm

0-1: 21,3 x 2,8 mm

Die anderen beiden Tragegurte tragen eine ähnliche Last und sind im Design mit dem Design identisch. Daher gehen wir davon aus, dass die Durchmesser der Gasleitung auf diesen Steigleitungen mit den berechneten übereinstimmen.

Ausgenommen sind lediglich die Abschnitte der Gasversorgungsleitungen 1-2, 6-11. Wir ermitteln die Durchmesser von Gasleitungen in diesen Abschnitten:

1. Geschätzte Längen der Zweige: 0-1-6-11-12-13-14, 0-1-2-3-4-5, jeweils L P 6-11 = 40,25, L P 1-2 = 41,5 (M).

2. Geschätzte Gaskosten:

Abschnitt 1-2 V R= 1,6965 (m3/h)

Abschnitt 6-11 V R= 1,6965 (m3/h).

3. Durchschnittlicher spezifischer Verlust

I. Arten von Netzwerkberechnungen:

1) Optimierung und technische und wirtschaftliche Berechnungen lösen das Problem der Auswahl der wichtigsten Parameter, die in die Entwurfsaufgabe einbezogen werden, insbesondere: Auswahl der optimalen Richtung und Bedingungen für die Verlegung der Pipeline, Bestimmung des effizientesten technologischen Transportschemas und der Pipeline-Parameter, Bestimmung der geeigneten Grad der Redundanz in Systemelementen und anderen

2) Technologische Berechnungen umfassen die Wahl der Technologie und des technologischen Transportschemas, die Begründung der technologischen Struktur der Pipeline, die Bestimmung der Zusammensetzung und Art der verwendeten Ausrüstung, ihrer Betriebsarten und andere

3) Bei hydraulischen Berechnungen werden der Druck und die Geschwindigkeit des durch die Rohrleitung fließenden Mediums in verschiedenen Abschnitten der Rohrleitung sowie der Druckverlust der sich bewegenden Strömung bestimmt

4) Zu den thermischen Berechnungen gehören die Bestimmung der Temperatur des transportierten Produkts, die Beurteilung der Temperatur der Wände von Rohrleitungen und Geräten sowie des Wärmeverlusts von Rohrleitungen und ihrer Wärmewiderstände

5) Bei mechanischen Berechnungen werden die Festigkeit, Stabilität und Verformung von Rohrleitungen, Bauwerken, Anlagen und Geräten unter dem Einfluss von Temperatur, Druck und anderen Belastungen beurteilt und Parameterwerte ausgewählt, die einen zuverlässigen Betrieb unter gegebenen Bedingungen gewährleisten

6) Die Berechnung äußerer Einflüsse auf den Transportprozess umfasst die Bestimmung der Umgebungstemperatur, des Windes, des Schnees und anderer mechanischer Belastungen, die Bewertung der Seismizität und andere

7) Die Berechnung der Eigenschaften des transportierten Mediums umfasst die Bestimmung physikalischer, chemischer, thermodynamischer und anderer Eigenschaften, die für die Auslegung von Rohrleitungen und die Vorhersage ihrer Betriebsmodi erforderlich sind

II. Zweck der hydraulischen Berechnung

Die direkte Aufgabe bei der Planung von Gasleitungen besteht darin, den Innendurchmesser der Rohre zu bestimmen, wenn die erforderliche Gasmenge bei für bestimmte Bedingungen akzeptablen Druckverlusten geleitet wird.

Das umgekehrte Problem besteht darin, den Druckverlust bei einer gegebenen Durchflussrate, einem gegebenen Durchmesser der Gasleitung und einem gegebenen Druck zu bestimmen.

III. Gleichungen, die die Grundlage für die Ableitung hydraulischer Berechnungsformeln bilden

Bei den meisten Problemen bei der Berechnung von Gasleitungen kann die Gasbewegung als isotherm betrachtet werden, wobei angenommen wird, dass die Temperatur der Leitung gleich der Temperatur des Bodens ist. Daher sind die bestimmenden Parameter: Gasdruck p, seine Dichte ρ und Geschwindigkeit ω. Um sie zu bestimmen, benötigen wir ein System aus 3 Gleichungen:

1) Darcy-Gleichung in Differentialform, die den Druckverlust zur Überwindung des Widerstands bestimmt:

Wo ist der Reibungskoeffizient, d ist der Innendurchmesser

2) Zustandsgleichung zur Berücksichtigung von Dichteänderungen aufgrund von Druckänderungen:

3) Kontinuitätsgleichung:

Dabei ist M der Massenstrom und Q 0 der auf Normalbedingungen reduzierte Volumenstrom

Durch die Lösung des Systems erhalten wir die Grundgleichung zur Berechnung von Hoch- und Mitteldruck-Gasleitungen:

Um städtische Gasleitungen T≈T 0 zu berechnen, gilt daher:

Um den Unterdruck zu berechnen, ersetzen wir , und da ≈P 0 ist, sieht die Formel wie folgt aus:

IV. Die Hauptkomponenten des Gasbewegungswiderstands

· Linearer Reibungswiderstand über die gesamte Länge der Gasleitung

· Lokaler Widerstand an Stellen, an denen sich Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung ändern

Basierend auf dem Verhältnis von lokalen Verlusten und Druckverlusten über die Länge des Netzwerks ergeben sich:

Kurz – lokale Verluste entsprechend den Verlusten entlang der Länge

Lang – lokale Verluste sind im Verhältnis zum Verlust entlang der Länge vernachlässigbar (5–10 %).

V. Grundformeln für hydraulische Berechnungen nach
SP 42-101-2003

1. Der Druckabfall in einem Abschnitt des Gasnetzes kann mit den Formeln ermittelt werden:

a) Für Mittel- und Hochdruck:

P n – absoluter Druck am Anfang der Gasleitung, MPa;

P k – absoluter Druck am Ende der Gasleitung, MPa;

P 0 = 0,101325 MPa;

Koeffizient der hydraulischen Reibung;

l ist die geschätzte Länge einer Gasleitung mit konstantem Durchmesser, m;

d – Innendurchmesser der Gasleitung, cm;

Gasdichte unter normalen Bedingungen, kg/m 3 ;

Q 0 - Gasdurchfluss, m 3 / h, unter normalen Bedingungen;

b) Bei niedrigem Druck:

P n – Überdruck am Anfang der Gasleitung, Pa;

P k - Überdruck am Ende der Gasleitung, Pa

c) In Rohrleitungen der Flüssigphase von Flüssiggas:

V – durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Flüssiggasen, m/s: in Saugleitungen – nicht mehr als 1,2 m/s; in Druckleitungen – nicht mehr als 3 m/s

2. Art der Gasbewegung durch eine Gasleitung, gekennzeichnet durch die Reynolds-Zahl:

wobei ν der Koeffizient der kinematischen Viskosität des Gases unter normalen Bedingungen ist, 1,4 · 10 -6 m 2 /s

Voraussetzung für die hydraulische Glätte der Innenwand der Gasleitung:

n ist die äquivalente absolute Rauheit der Innenfläche der Rohrwand, gleich angenommen für neuen Stahl – 0,01 cm, für gebrauchten Stahl – 0,1 cm, für Polyethylen, unabhängig von der Betriebszeit – 0,0007 cm/

3. Der hydraulische Reibungskoeffizient λ wird in Abhängigkeit vom Wert von Re bestimmt:

a) für laminare Gasbewegung Re ≤ 2000:

b) für den kritischen Modus der Gasbewegung 2000≤ Re ≤ 4000:

c) für Re > 4000 – abhängig von der Erfüllung der Bedingung der hydraulischen Glätte der Innenwand der Gasleitung:

Für eine hydraulisch glatte Wand:

· bei 4000< Re < 100000:

· bei Re > 100000:

Für raue Wände:

4. Vorläufige Auswahl der Durchmesser der Netzwerkabschnitte

, Wo

· d p - Designdurchmesser [cm]

· A, B, m, m1 – Koeffizienten, die gemäß den Tabellen 6 und 7 SP 42-101-2003 in Abhängigkeit von der Netzkategorie (Druck) und dem Material der Gasleitung bestimmt werden

· - Auslegungsgasverbrauch, m 3 /h, unter normalen Bedingungen;

· ΔPsp – spezifischer Druckverlust (Pa/m – für Niederdrucknetze, MPa/m – für Mittel- und Hochdrucknetze)

5. Bei der Berechnung von Niederdruck-Gasleitungen wird die hydrostatische Förderhöhe Hg, daPa, berücksichtigt, bestimmt durch die Formel:

wobei g die Erdbeschleunigung ist, 9,81 m/s 2 ;

h ist der Unterschied in den absoluten Höhen des Anfangs- und Endabschnitts der Gaspipeline, m;

ρ a – Luftdichte, kg/m 3, bei einer Temperatur von 0 °C und einem Druck
0,10132 MPa;

ρ 0 - Gasdichte unter normalen Bedingungen, kg/m 3

6. Lokale Widerstände:

Für externe oberirdische und interne Gasleitungen wird die geschätzte Länge der Gasleitungen durch die Formel bestimmt:

wobei l 1 die tatsächliche Länge der Gasleitung ist, m;

Σξ – Summe der lokalen Widerstandskoeffizienten des Abschnitts der Gasleitung

Der Druckabfall an örtlichen Widerständen (Bögen, T-Stücke, Absperrventile usw.) kann durch eine Vergrößerung der tatsächlichen Länge der Gasleitung um 5 - 10 % berücksichtigt werden.

Bei der Berechnung interner Niederdruck-Gasleitungen für Wohngebäude dürfen Gasdruckverluste aufgrund des örtlichen Widerstands in Höhe von: ermittelt werden.

Auf Gasleitungen von Eingängen in das Gebäude:

· zur Steigleitung – 25 % der linearen Verluste

· an Steigleitungen – 20 % lineare Verluste

Zur internen Verkabelung:

· bei einer Leitungslänge von 1 - 2 m – 450 % der linearen Verluste

· bei einer Leitungslänge von 3 - 4 m – 300 % lineare Verluste

· bei einer Leitungslänge von 5 - 7 m – 120 % lineare Verluste

· bei einer Leitungslänge von 8 - 12 m – 50 % der linearen Verluste

Detailliertere Daten zum Wert von ξ finden Sie im Nachschlagewerk von S.A. Rysin:

7. Die Berechnung von Ringnetzen von Gasleitungen sollte durch Verknüpfung der Gasdrücke an den Knotenpunkten der Berechnungsringe erfolgen. Die Differenz zwischen dem Druckverlust im Ring darf bis zu 10 % betragen. Bei hydraulischen Berechnungen von oberirdischen und internen Gasleitungen sollten unter Berücksichtigung des durch die Gasbewegung verursachten Lärms die Gasbewegungsgeschwindigkeiten bei Niederdruck-Gasleitungen nicht mehr als 7 m/s und bei Mitteldruck-Gasleitungen 15 m/s betragen -Druckgasleitungen, 25 m/s für Hochdruckgasleitungen.

VI. Je nach Netzwerkkonfiguration gibt es:

1) Einfach: Rohrleitungen mit konstantem Durchmesser und ohne Abzweigungen

2) Komplex: mindestens eine Verzweigung vorhanden

a) Sackgasse (normalerweise Niederdrucknetze, sie ermöglichen die Einsparung von Rohrleitungen, da sie eine Mindestlänge haben)

b) Ringnetze (in der Regel Hoch- und Mitteldrucknetze, verfügen über die Möglichkeit der Redundanz, d. h. die weitere Gasversorgung der Anlagen im Falle eines Unfalls in einem der Abschnitte durch Umverteilung der Ströme)

c) Gemischt (kombinieren Sie die Fähigkeiten von Stub- und Ringnetzwerken, die normalerweise aus Stub-Netzwerken durch Schleifen erhalten werden – Hinzufügen einer Brücke zwischen strategisch wichtigen Punkten)