II.3.1 Выбор, обоснование и конструирование системы газоснабжения 4 страница

8. Расчётный расход газа на участке, Q_р, м³/ч, принимается равным:

. (55)

Результаты определения расчётных расходов газа заносятся в таблицу 15.

Таблица 15 – Результаты определения расчётных расходов газа в контурах кольцевой газовой сети

№ участка	Длина участка, li,м	Удельный путевой расход, qi,м3/ч м	Расход газа, м3/ч
QП	0,5 QП	QТ	QР

Предварительные расчётные расходы по участкам сети определены верно, если отклонение расчётных расходов на головных участках ГРП от максимального часового расхода на район не превышает 10%.

Отклонение расчётных расходов на головных участках ГРП от максимального часового расхода на район, δ:

. (56)

9. Допустимые потери давления на трение с десятипроцентным запасом на местные сопротивления составляют:

. (57)

10. Определяются удельные потери давления на трение, Δ Р_УД, Па/м, на каждом из направлений по формуле

. (58)

11. По номограмме (Приложение 9) определяются диаметры для каждого из участков сети , мм.

Результаты расчёта диаметров, d, удельных перепадов давлений, перепадов давлений на участках, а также отношений заносятся в таблицу 16 (столбцы 1-9) гидравлического расчёта кольцевой сети.

Значения Δ Р / L, Q_р, Δ Р следует записывать со знаком «+», если газ движется по часовой стрелке, и со знаком «–», если газ движется против часовой стрелки.

Целесообразно по ходу расчёта оценивать возможность невязки в кольцах и учитывать их при назначении диаметров. Чем точнее будет осуществлён предварительный подбор диаметров кольцевой сети, тем меньше труда будет затрачено на увязку сети и дальнейшие расчёты.

12. Далее определяем невязку в каждом кольце, δ_к, %, по формуле:

, (59)

где к – номер соответствующего кольца;

i – условный номер участка кольца;

n – количество всех участков кольца.

Если >10%, то выполняем гидравлическую увязку колец.

13. Методика гидравлической увязки колец. Для этого, прежде всего, рассчитываются первые поправочные круговые расходы для всех колец, Δ Q ´, м³/ч, по формуле:

. (60)

14. Рассчитываются вторые поправочные расходы колец, Δ Q ´´, м³/ч, по формуле:

. (61)

15. Рассчитываются полные круговые поправочные расходы колец, Δ Q_К, м³/ч, по формуле:

. (62)

16. Определяются полные поправочные расходы участков, принадлежащие к двум смежным кольцам, Δ Q_УЧ, м³/ч, по формуле:

. (63)

17. Определяются полные поправочные расходы участков, принадлежащих одному кольцу, по формуле:

. (64)

18. Определяются новые расчётные расходы на участках в первом приближении (итерация), , м³/ч, по формуле:

. (65)

19. По номограмме (Приложение 9) определяются в первом приближении удельные перепады давления , Па/м.

20. Определяются перепады давления в первой итерации для каждого из участков по формуле:

. (66)

21. Определяется невязка (ошибка) в определении давления. Если невязка не превышает 10%, то расчёт можно ограничить первой итерацией. Если невязка превысит 10%, то расчёты следует продолжить, то есть выполнить вторую итерацию.

Результаты расчёта заносятся в таблицу 16 (столбцы 10-19).

Таблица 16 – Результаты гидравлического расчёта кольцевой газовой сети

Номер кольца	Участки	Предварительное распределение расходов
номер	номер соседнего кольца	l, м	d x s, мм	Qр, м3/ч	D P/l, Па/м	D P, Па	D P/Qр, Па·ч/м3

Продолжение табл. 16

D QI, м3/ч	Первая итерация	D QII, м3/ч	Вторая итерация
Qр, м3/ч	D P/l, Па/м	D P, Па	D P/Qр, Па ч/м3	Qр, м3/ч	D P/l, Па/м	D P, Па	D P/Qр, Па·ч/м3

II.4.3 Гидравлический расчёт сети высокого (среднего) давления

Газовые сети высокого 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 разветвлённых тупиковых сетей [21].

Расчётный перепад для сетей высокого давления определяют исходя из следующих соображений. Начальное давление принимают максимальным согласно [1]. Конечное давление принимают таким, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимально допустимое давление газа перед регуляторами. Величина этого давления складывается из максимального давления газа перед горелками, перепада давлений в абонентском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в ГРП. В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление – примерно 0,15-0,2 МПа.

При расчёте кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв следует проверять расчётом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие режимы обычно возникают при выключении головных участков сети. Для многокольцевой сети неблагоприятных режимов, которые необходимо проверить расчётом, может быть несколько.

Ввиду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отказах её элементов. Снижение качества оценивают коэффициентом обеспеченности, К_об, который зависит от категории потребителей.

Сети высокого (среднего) давления являются управляемыми, к ним присоединяют ограниченное число крупных потребителей, режимом подачи газа которых управляет диспетчерская служба.

Следствием управляемости сети является и особая постановка задачи расчёта аварийного гидравлического режима, заключающегося в том, что не только в расчётном режиме, но и в аварийных ситуациях узловые расходы газа являются заданными.

Это положение позволяет вести расчёт аварийных режимов теми же методами, какими определяют диаметр газопроводов при расчётном режиме. Отличие состоит лишь в том, что меняется геометрия сети: выключают один или несколько элементов и уменьшают узловые нагрузки в соответствии с принятыми К_об. Возможное уменьшение подачи газа ограничено нижним пределом, который устанавливают из соображений минимально допустимого давления газа перед приборами. Это минимальное давление определяется минимальной нагрузкой, которую принимают равной 50% расчётного значения. Половину нормы газообразного топлива будут получать примерно 20-30% потребителей, причём такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовлении пищи [21].

В основном это будет отражаться на качестве горячего водоснабжения. Как показывают исследования, при снижении давления после ГРП можно уменьшить максимальный расход примерно на 15-20%.

Следовательно, для коммунально-бытовых потребителей, присоединённых к сети низкого давления, коэффициент обеспеченности, К_об, можно принять равным 0,8-0,85. Учитывая кратковременность аварийных ситуаций и теплоаккумулирующую способность зданий, можно сократить подачу газа на отопительные цели. К_об для отопительных котельных можно принимать равным 0,7-0,75.

Значение К_об для промышленных предприятий определяют из следующих соображений. Если предприятие имеет резервную систему снабжения топливом, то К_об = 0. При её отсутствии допустимое сокращение подачи газа зависит от сокращения подачи теплоты на отопительные цели. Для технологических нужд сокращать подачу газа не следует. Таким образом, коэффициент К_об можно определить для всех сосредоточенных потребителей и на их основе рассчитать аварийные гидравлические режимы. После обоснования коэффициентов обеспеченности для всех потребителей решают вторую задачу, то есть определяют необходимый резерв пропускной способности сети.

Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчёту, два: при выключении головных участков слева и справа от точки питания. Так как при выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, то диаметр кольца можно определить из расчёта аварийного гидравлического режима при лимитированном газоснабжении для тупиковой линии. Рекомендуется следующий порядок расчёта однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления:

1. Расходы газа потребителями уже вычислены, данные таблицы 9. Давление газа на выходе из ГРС принимается по заданию, Приложение 1. Давление перед конечными потребителями принимается равным минимально допустимому для данной ступени давления как абсолютное значение, Р_к = 0,3 МПа.

Намечаем направление движения газа по сети и определяем резервирующую перемычку – это будет участок, лежащий на противоположном конце кольца относительно ГРС.

2. Определяем, по возможности, равновеликий диаметр кольца в зависимости от расчётного расхода, Q_р, м³/ч, и среднеквадратичной потери давления газа, А_ср, кПа²/м:

. (67)

, (68)

где – расчётный расход газа по кольцу, м³/ч;

– коэффициент обеспеченности потребителя газом при аварийной ситуации (таблица 17);

– расчётные расходы газа потребителями, м³/ч;

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

L_K – протяжённость кольца, м (коэффициент 1,1 учитывает местные сопротивления);

Р ₀ – атмосферное давление, Р ₀ =101,325 кПа;

l – коэффициент гидравлического трения;

l – расчётная длина газопровода постоянного диаметра, м;

r₀ – плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

d – внутренний диаметр газопровода, определяется согласно формуле (45) пункта II.4.1.настоящего пособия, см.

Таблица 17 – Значения коэффициентов обеспеченности газом при
аварийной ситуации для промышленных предприятий

Потребители	Коэффициент обеспеченности газом,
1. ГРП	0,82-0,85
2. Хлебозавод	0,6
3. Котельная	0,7-0,75
4. Прачечная	0,6
5. Бани	0,6
6. ТЭЦ, РОК	0,5*
7. Больница	0,6
8. Промышленные предприятия	0,7-0,9
9. Мясокомбинат	0,7
10. Автохозяйство	0,5

* – при наличии резервного топлива.

Целесообразно принимать постоянный диаметр кольца. Если такой диаметр подобрать не удастся, то участки газопроводов, расположенные диаметрально противоположно точке питания, следует прокладывать меньшего диаметра, но не менее чем 0,75 диаметра головного участка.

3. Рассчитывают аварийные режимы при выключенном головном участке справа, затем слева от начальной точки конца. Стремление использовать весь перепад давления, , в обоих режимах требует корректировки первоначально принятых диаметров по кольцу.

Изменение диаметров (увеличение протяжённости большего или меньшего их значения) в одном режиме требует внесения изменения во втором режиме и наоборот. В результате этого расчёта диаметры по кольцу принимаются окончательно.

4. Затем считают нормальный режим при уже известных диаметрах по кольцу и снабжении газом всех потребителей на 100%. В результате расчёта нормального режима определяют резерв давления в точке встречи потоков, минимально необходимый для нормального снабжения газом всех потребителей при самых сложных аварийных ситуациях, а также давления в каждой точке подсоединения потребителей, что позволяет разрабатывать проект газоснабжения каждого из них.

5. По завершении расчёта конечных давлений во всех узловых точках кольца проверяется увязка потерь давления в полукольцах (от точки разветвления до точки схода).

В результате расчёта кольца, исходя из предварительного распределения потоков, определяем невязку, δ, %, в кольце по формуле:

. (69)

Невязка по давлению при расчёте нормального режима не должна превышать 10%, если данное условие не соблюдается, то вводим круговой поправочный расход (м³/ч).

В соответствии с методом Якоби поправочный расход, Δ Q_к, м³/ч, определяется по формуле:

. (70)

Поправочные расходы , м³/ч, определяют по формулам

, (71)

. (72)

Затем вычитаем круговой поправочный расход с перегруженной ветви и прибавляем к расходам на противоположной ветви тот же круговой поправочный расход.

При известном диаметре и новых расходах определяем потери давления на каждом участке. После чего определяем невязку заново по формуле (69).

Результаты расчёта сводятся в таблицы 18, 19.

Таблица 18 – Результаты гидравлического расчёта аварийных режимов сети высокого давления

Отказал участок 1-2	Отказал участок 1-19
Показатели участка	(Рн 2 – Рк 2)/ L, Па2/м	Рн2 – Рк 2, Па2	Показатели участка	(Рн 2 – Рк 2)/ L, Па2/м	Рн 2 – Рк 2, Па2
№ уч-ка	dнxS, мм	Lу, м	Qу, м3/ч	№ уч-ка	dнxS, мм	Lу, м	Qу, м3/ч
				Σ Рн 2 – Рк 2=					Σ Рн 2 – Рк 2=

Таблица 19 – Потокораспределение при нормальном гидравлическом режиме

Показатели участка	Предварительное распределение	Окончательное распределение расходов
№ уч-ка	dнxS, мм	Lу, м	Qу, м3/ч	(Рн 2 – Рк 2)/ L, Па2/м	Рн 2 – Рк 2, Па2	(Рн 2 – Рк 2)/ Qуч, Па2	Qу, м3/ч	(Рн 2 – Рк 2)/ L, Па2/м	Рн 2 – Рк 2, Па2	1,1(Рн 2 – Рк 2), Па2
	Σ Рн 2 – Рк 2=				Σ Рн 2 – Рк 2=
Σ | Рн 2 – Рк 2|=				Σ | Рн 2 – Рк 2|=

II.5 Подбор оборудования ГРП

II.5.1 Подбор регуляторов давления

Для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне в системах газоснабжения должны предусматриваться газорегуляторные пункты (ГРП, ГРПБ, ШРП) или газорегуляторные установки (ГРУ) [22].

По давлению газа ГРП, ГРПБ подразделяются на:

- с входным давлением до 0,6 ΜПа;

- с входным давлением свыше 0,6 МПа до 1,2 МПа.

По давлению газа ШРП подразделяются на:

- с входным давлением газа до 0,3 МПа;

- с входным давлением газа свыше 0,3 МПа до 0,6 МПа;

- с входным давлением газа свыше 0,6 МПа до 1,2 МПа.

Размещают ГРП, как правило, в специальных отдельно стоящих зданиях или шкафах на несгораемых опорах. Отдельно стоящие ГРП, ГРПБ и ШРП размещают с учётом исключения их повреждения от наезда транспорта, стихийных бедствий, урагана и др. Рекомендуется в пределах охранной зоны ГРП, ГРПБ и ШРП устанавливать ограждения, например из металлической сетки, высотой 1,6 м.

При размещении отдельно стоящих, пристроенных и встроенных ГРП обеспечивают свободные подъездные пути с твёрдым покрытием для транспорта, в том числе аварийных и пожарных машин. Для отдельно стоящих ГРП и ГРПБ, размещаемых вблизи зданий, особенно повышенной этажности, учитывают зону ветрового подпора при устройстве вентиляции. Вентиляция помещений ГРУ должна соответствовать требованиям основного производства.

Размещение ШРП с входным давлением газа свыше 0,6 до 1,2 МПа на наружных стенах здания не допускается.

ШРП с входным давлением газа до 0,6 МПа допускается устанавливать на наружных стенах газифицируемых производственных зданий не ниже III степени огнестойкости класса СО, зданий котельных, общественных и бытовых зданий производственного назначения, а также на наружных стенах действующих ГРП. Отдельно стоящие ГРП – в садах, скверах, внутри жилых кварталов, на территориях производственных и коммунальных предприятий с давлением газа на входе до 0,6 МПа – устанавливают на расстоянии, не менее указанных в [1].

ГРУ размещают в свободных для доступа обслуживающего персонала местах с естественным или искусственным освещением. Основной проход между выступающими ограждениями и ГРУ должен быть не менее 1 м.

На промышленных предприятиях при наличии в них собственных газовых служб допускается подача газа одинакового давления от ГРУ, расположенного в одном здании, к другим отдельно стоящим зданиям.

При размещении ГРУ на площадках, расположенных выше уровня пола более 1,5 м, на площадку обеспечивают доступ с двух сторон по отдельным лестницам.

Оборудование, размещаемое в помещениях ГРП, должно быть доступно для ремонта и обслуживания, ширина основных проходов между оборудованием и другими предметами должна быть не менее 0,8 м, а между параллельными рядами оборудования – не менее 0,4 м.

В помещениях категории А полы должны быть безыскровыми, конструкции окон и дверей должны исключать образование искр.

Стены, разделяющие помещения ГРП, необходимо предусматривать противопожарного типа, газонепроницаемыми, они должны опираться на фундамент. Швы сопряжения стен и фундаментов всех помещений ГРП перевязываются.

Вспомогательные помещения оборудуются самостоятельным выходом наружу из здания, не связанным с технологическим помещением.

Двери ГРП и ГРПБ предусматривают противопожарными и открывающимися наружу.

Устройство дымовых и вентиляционных каналов в разделяющих стенах, а также в стенах зданий, к которым пристраиваются ГРП (в пределах примыкания ГРП), не допускается. Помещения, в которых расположены узлы редуцирования с регуляторами давления, отдельно стоящие, пристроенные и встроенные ГРП и ГРПБ должны отвечать требованиям СНиП 2.09.03 и СНиП 21-01 для помещений категории А.

При выносе из ГРП части оборудования наружу оно должно находиться в ограде ГРП высотой не менее 2 м.

Необходимость отопления помещений ΓΡΠ, ГРПБ и вид теплоносителя определяются в соответствии с требованиями СНиП 2.04.05 с учётом климатического исполнения и категорий применяемых изделий и оборудования по ГОСТ 15150.

При устройстве местного отопления ГРП и ГРПБ от газовых водонагревателей узел редуцирования на отопительную установку размещается в основном технологическом помещении. При размещении в ГРП смежных с регуляторным залом помещений, где размещаются отопительные приборы, приборы КИП и др., отверстия для прохода коммуникаций из зала в смежные помещения при прокладке в них труб должны иметь уплотнения, исключающие возможность проникновения газовоздушной смеси из технологического помещения.

Размещать ГРП в подвальных и полуподвальных помещениях, а также в колодцах запрещено, так как в этих условиях трудно организовать хорошую вентиляцию, необходимую даже при незначительных утечках газа.

В состав оборудования ГРП, ГРУ, ГРПБ и ШРП входят:

- запорная арматура;

- регуляторы давления;

- предохранительно-запорные клапаны (далее – ПЗК);

- предохранительные сбросные клапаны (далее – ПСК);

- приборы замера расхода газа;

- приборы КИП.

Запорная арматура выбирается согласно требованиям раздела 7 «Запорная арматура» [1].

В качестве регулирующих устройств могут применяться:

- регуляторы давления газа с односедельным клапаном;

- клапаны регулирующие двухседельные;

- поворотные заслонки с электронным регулятором и исполнительным механизмом. Для прекращения подачи газа к потребителям при недопустимом повышении или понижении давления газа за регулирующим устройством применяются ПЗК различных конструкций (рычажные, пружинные, с соляноидным приводом и др.), отвечающие приведённым ниже требованиям:

- ПЗК рассчитывают на входное рабочее давление, МПа, по ряду: 0,05; 0,3; 0,6; 1,2; 1,6 с диапазоном срабатывания при повышении давления, МПа, от 0,002 до 0,75, а также с диапазоном срабатывания при понижении давления, МПа, от 0,0003 до 0,03;

- конструкция ПЗК должна исключать самопроизвольное открытие запорного органа без вмешательства обслуживающего персонала;

- герметичность запорного органа ПЗК должна соответствовать классу «А» по ГОСТ 9544;

- точность срабатывания должна составлять, как правило, ± 5% заданных величин контролируемого давления для ПЗК, устанавливаемых в ГРП, и ± 10% для ПЗК в ШРП и ГРУ.