Специфика гидравлического расчета

Любой выполняемый гидравлический расчет представляет собой определение параметров будущего газопровода. Эта процедура является обязательным, а также одним из важнейших этапов подготовки к строительству. От правильности исчисления зависит, будет ли газопровод функционировать в оптимальном режиме.

При осуществлении каждого гидравлического расчета производится определение:

• необходимого диаметра труб, которые обеспечат эффективную и стабильную транспортировку нужного количества газа;
• будут ли приемлемыми потери давления при перемещении требуемого объема голубого топлива в трубах заданного диаметра.

Потери давления происходят из-за того, что в любом газопроводе существует гидравлическое сопротивление. При неправильном расчете оно может привести к тому, что потребителям не будет хватать газа для нормальной работы на всех режимах или в моменты максимального его потребления.

Эта таблица является результатом гидравлического расчета, проведенного с учетом заданных значений. Для выполнения вычислений потребуется внести конкретные показатели в столбцы.

Начало участка	Конец участка	Расчетный расход м³/ч	Длина газопровода	Внутренний диаметр, см	Начальное давление, Па	Конечное давление, Па	Перепад давления, Па
1	2	31,34	120	9,74	2000,00	1979,33	20,67
2	3	31,34	150	9,74	1979,33	1953,48	25,84
3	4	31,34	180	7,96	1953,48	1872,52	80,96
4	5	29,46	90	7,96	1872,52	1836,2	36,32
5	6	19,68	120	8,2	1836,2	1815,45	20,75
6	7	5,8	100	8,2	1815,45	1813,95	1,5
4	8	9,14	140	5	1872,52	1806,38	66,14
6	9	4,13	70	5	1815,45	1809,83	5,62

Такая операция представляет собой стандартизированную государством процедуру, которая выполняется согласно формулам, требованиям, изложенным в СП 42-101–2003.

Исчисления обязан проводить застройщик. За основу принимаются данные технических условий трубопровода, которые можно получить в своем горгазе.

Государство требует, чтобы гидравлические вычисления выполнялись для всех типов трубопроводов, относящихся к системе газоснабжения. Так как процессы, происходящие при перемещении газа, всегда одинаковые.

К указанным газопроводам относятся следующие виды:

• низкого давления;
• среднего, высокого давления.

Первые предназначенны для транспортировки топлива к жилым объектам, всевозможным общественным зданиям, бытовым предприятиям. Причем в частных, многоквартирных домах, коттеджах давление газа не должно превышать 3 кПа, на бытовых предприятиях (непроизводственных) этот показатель выше и достигает 5 кПа.

Второй тип трубопроводов предназначен для питания сетей, причем всевозможных, низкого, среднего давления через газорегуляторные пункты, а также осуществляющих подвод газа к отдельным потребителям.

Это могут быть промышленные, сельскохозяйственные, различные коммунальные предприятия и даже отдельно стоящие, или пристроенные к промышленным, здания. Но в двух последних случаях будут существенные ограничения по давлению.

Перечисленные выше виды газопроводов специалисты условно делят на такие категории:

• внутридомовые, внутрицеховые, то есть транспортирующие голубое топливо внутри какого-либо здания и доставляющие его к отдельным агрегатам, приборам;
• абонентские ответвления, использующиеся для поставки газа от какой-то распределительной сети ко всем имеющимся потребителям;
• распределительные, использующиеся для снабжения газом определенных территорий, например, городов, их отдельных районов, промпредприятий. Их конфигурация бывает различной и зависит от особенностей планировки. Давление внутри сети может быть любым предусмотренным — низким, средним, высоким.

Кроме того, гидравлический расчет выполняется для газовых сетей с разным количеством ступеней давления, разновидностей которых много.

Так, для удовлетворения потребностей могут использоваться двухступенчатые сети, работающие с газом, транспортируемым при низком, высоком давлении или низком, среднем. А также нашли применение трехступенчатые и различные многоступенчатые сети. То есть все зависит только от наличия потребителей.

Гидравлическое сопротивление – это основная причина того, что необходимо выполнять данный вид расчета. Причем, оно зависит и от материала трубы

Несмотря на большое разнообразие вариантов газопроводов гидравлический расчет в любом из случаев схож. Так как для изготовления используются элементы конструкции со схожих материалов, а внутри труб происходят одинаковые процессы.

Как указывалось выше, основанием для проведения расчета является наличие в каждом газопроводе гидравлического сопротивления.

Оно действует на всю конструкцию трубопровода, а также на отдельные ее части, узлы — тройники, места существенного уменьшения диаметра труб, запорную арматуру, различные клапаны. Это приводит к потере давления транспортируемым газом.

Гидравлическое сопротивление всегда представляет из себя сумму:

• линейного сопротивления, то есть действующего по всей длине конструкции;
• местных сопротивлений, действующих у каждой составляющей части конструкции, где происходит изменение скорости транспортировки газа.

Перечисленные параметры постоянно и существенно влияют на рабочие характеристики каждого газопровода. Поэтому в результате неправильного расчета будут иметь место дополнительные и внушительные финансовые потери по причине того, что проект придется переделывать.

Структура сетей газоснабжения

Добывают газ из глубоких скважин в районах месторождений при помощи мощного насосного оборудования. В места массового потребления газ транспортируется по магистральным трубопроводам диаметром до 1420 мм под высоким давлением (свыше 25 кгс/ см2).

Проектирование газопроводов большого диаметра является сложной задачей, поскольку трасса прокладывается в различных природных условиях с множеством препятствий. Для надежной транспортировки газа предусматривается установка компрессорных станций по всей длине магистрали через каждые 100÷200 км. На ответвлениях, в непосредственной близости от крупных населенных пунктов, строятся распределительные станции (ГРС) для снижения давления в распределительных городских сетях до уровня I или II категории.

Городские линии должны обеспечивать всех потребителей газом с требуемыми характеристиками. С учетом этого, проектирование газовых сетей предусматривает применение ступенчатого питания.

Читать далее: Расчет системы отопления частного дома формулы и примеры

Если даже поверхностно ознакомиться с приведенным примером выполнения гидравлического расчета, то легко заметить, что, кроме внесенных человеком значений, присутствует большое количество других. Это все результат работы программы, так как после внесения цифр в конкретные колонки, выделенные желтым цветом, для человека работа по расчету закончена.

То есть само вычисление происходит довольно оперативно, после чего с полученными данными можно отправляться на согласование в горгаз своего города.

Классификация газопроводов

Согласно нормативам ГОСТ все газопроводы делятся на категории или классы по величине давления перемещаемой субстанции. Магистральные сооружения, осуществляющие транзитную доставку на огромные расстояния, подразделяются на две категории, первая способна транспортировать газ с параметрами от 25,0 до 100,0 кгс/см2, вторая рассчитывается на показатели от 12,0 до 25,0 кгс/см2.

Проектирование газовых сетей, осуществляющих распределительные функции в населенных пунктах, предусматривает применение для расчетных значений другие показатели газовой среды.

Применяется для поставки газа свыше 12,0 кгс/см2 в крупные городские районы или промышленные предприятия с большими объемами потребления на технологические нужды.

Используется в городских сетях при значениях от 3,0 до 6,0 кгс/ см2 для дальнейшей передачи через газорегуляторные установки (ГРП, ШРП, ГРПШ, ГСГО, ГРПШН, ПГБ, УГРШ, ГРПБ) в в сети среднего и низкого давления.

Среднее давление

От 0,05 до 3,0 кгс/ см2, сосредотачивается в районных и уличных распределительных сетях, от которых питаются потребители низкого давления или производственные предприятия с большим объемом потребления.

Низкое давление

От 0,05 кгс/ см2 и ниже, применяются для подключения газовых приборов в домах частного сектора, многоквартирных жилых домах (не выше 10-этажной застройки), общественных зданиях, предприятиях общественного питания и других сооружениях, подвод газа к которым не противоречит требованиям строительных норм и правил.

Проектирование газопроводов должно предусматривать допустимые расстояния между газовыми трубами и городскими коммуникациями, а так же выделение охранной зоны до 10,0 метров по обе стороны магистральных газопроводов, что регламентируется правилами безопасности.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

• плотность газа;
• коэффициент кинетической вязкости;
• температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия. Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа.

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Читать далее: Стяжка под тплый пол своими руками

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

• для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, — 0,007 см;
• для уже использовавшихся стальных изделий — 0,1 см;
• для новых стальных конструкций — 0,01 см.

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.

Функции газораспределительных устройств

Распределительные сети объединяются в общую систему при помощи газорегуляторных пунктов. Проектирование газовых сетей позволяет подобрать мощность, тип способ размещения таких пунктов, соответствующих конкретным параметрам.

По величине входного давления ГРП различают высокого (от 3,0 до 6,0 кгс/ см2) и среднего (от 0,05 до 3,0кгс/ см2) давления, по выходному показателю – высокого, среднего и низкого давления.

Основное назначение этих устройств заключается в регулировании давления на выходе при помощи встроенных регуляторов и обеспечение потребителей топливом с заданными параметрами. В каждом аппарате кроме регулятора предусмотрена дополнительная очистка смеси и защита от сверхнормативного давления.

Распределительные устройства конструктивно различаются по количеству ступеней понижения давления и по количеству линий редуцирования. По типу снабжения различают тупиковые и закольцованные ГРП, которые могут комплектоваться одной или несколькими резервными линиями.

К помещениям для размещения оборудования ГРП нормами предъявляются определенные требования, нарушения которых не допускается.

Наряду со встроенными пунктами, которые размещаются в отдельных помещениях, применяются закрытые шкафные установки заводской комплектации (ГРПШ). Для таких устройств отдельное помещение не требуется, хотя набор функций в шкафных установках представлен в полном объеме.

Расчет расхода на ограниченном участке

Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.

Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету.

Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):

1. Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
2. Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
3. Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
4. Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
5. Полученные суммы для котлов и плит суммируются.

Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.

Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.

А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.

Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения

В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов низкого, среднего и, конечно же, высокого давления. И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.

Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом — диаметр трубы и толщину ее стенок.

Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети

Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.

Требования к квалификации проектировщиков

Проектировщики регулярно, раз в пять лет, проходят аттестацию в ростехнадзоре в области «Б.7.6. Аттестация руководителей и специалистов организаций, осуществляющих проектирование объектов газораспределения и газопотребления», в случае успешных результатов, получают протокол решения аттестационной комиссии.

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl Enter.

Выводы и полезное видео по теме

Чтобы выполнить гидравлический расчет с помощью компьютера, как это позволяет профильный Свод правил, достаточно потратить немного времени на ознакомление с программой и сбор нужных данных.

Но практического значения все это не имеет, так как составление проекта — процедура гораздо более объемная и включает в себя множество других вопросов. Ввиду этого большинству граждан придется обращаться за помощью к специалистам.