Гидравлический расчет сложных газопроводов
Расчет пропускной способности сложного газопровода природного газа. Вычисление давления в узловых точках основной магистрали с учетом удельных потерь. Определение коэффициента кинематической вязкости. Главный анализ развертки трубопроводной системы.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.02.2016 |
| Размер файла | 317,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 'ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ГОУВПО «ВГТУ»)
Заочный факультет
Кафедра нефтегазового оборудования и транспортировки
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Основы теории и проектирования энергетических систем газонефтепроводов и газонефтехранилищ»
Тема: «Гидравлический расчет сложных газопроводов»
Введение
В настоящее время, когда уровень энергопотребления со-временного общества все возрастает на первое место выходит энергетика и источники получения этой энергии. Высокое удельное содержание энергии в нефти и газе, широкий спектр возможностей по утилизации этого вида топлива, огромный рынок потребителей и относительная простота пользования нефтью и газом для получения энергии, по сравнению, на-пример, с атомной энергетикой, делает незаменимыми нефть и газ на современном этапе развития нашей страны и челове-чества в целом. Исходя из вышесказанного понятна огромная роль и значимость умелого использования знаний об энерге-тическом оборудовании при добыче нефти и газа, подготовке его к транспорту, хранению, переработке, использованию и утилизации отходов. Поэтому, для успешного решения задач энергетики, необходимо глубокое понимание основ теории и проектирования энергетических систем газонефтепроводов (ГНП) и газонефтехранилищ (ГНХ).
Основное энергетическое оборудование и вспомогатель-ные системы для транспортировки продуктов требуют к себе повышенного внимания на этапе проектирования, строитель-ства, эксплуатации, утилизации и рекультивации используе-мых земель, т.к. проблемы экологической безопасности на сегодняшний день актуальны и требуют глубокой проработки для уменьшения ущерба экосистеме в которой существует человечество.
Данная работа выполнена как учебное пособие для вы-полнения курсовой работы по дисциплине «Основы теории и проектирования газонефтепроводов и газонефтехранилищ» специальности 130501 «Проектирование, сооружение и экс-плуатация ГНП и ГНХ», направления 130500 «Нефтегазовое дело» очной и заочной формы обучения в соответствии с рабочей программой дисциплины. В работе представлены некоторые теоретические сведения о расчете сложного газопровода. Приведены примеры расчета сложных газопро-водов высокого и низкого давления и построены зависимости давления в трубопроводной системе от продольной коорди-наты.
В результате выполнения курсовой работы студент полу-чит основные навыки по расчету сложных газопроводов. Данный расчет является основополагающим для проектиро-вания систем трубопроводного транспорта в целом, а также с целью получения исходных данных для проектирования энергетических систем газового хозяйства.
Курсовая работа состоит из двух частей. В первой части выполняется расчет сложного газопровода высокого давления и строятся графические зависимости. Во второй части рассчитывается система газоснабжения низкого давления от ГРП до конечных потребителей на основании методики, изложенной в СНиП 2.04.08-87 «Газоснабжение», по результатам расчета определяются диаметры газопроводов и строятся графические зависимости.
Задание 1
Рассчитать пропускную способность сложного газопровода природного газа, схема которого представлена на рис. 1.1.
Диаметры и длины участков представлены в табл. 1.1.
Начальное давление в системе составляет 4,3 МПа (точка рн), конечное давление в системе равно 1,5 МПа (точка рк). Средняя температура перекачиваемого газа составляет 300К. Шероховатость трубы k = 0,5мм. Найти давления в узловых точках и построить зависимость давления от продольной координаты газопровода по всем участкам.
Рисунок 1.1 - Схема трубопровода
Таблица 1.1 - Геометрические данные трубопровода
|
Номер индекса i |
Наружный диаметр Di, мм |
Толщина стенки дi, мм |
Длина участка Li, км |
|
|
1 |
529 |
9 |
47 |
|
|
2 |
426 |
9 |
11 |
|
|
3 |
377 |
7 |
14 |
|
|
4 |
529 |
9 |
27 |
|
|
5 |
630 |
10 |
17 |
|
|
6 |
377 |
7 |
9 |
|
|
7 |
377 |
7 |
28 |
|
|
8 |
426 |
9 |
12 |
Для расчета сложной трубопроводной системы воспользуемся методом замены на эквивалентный простой газопровод. Для этого на основании уравнения теоретического расхода для установившегося изотерми-ческого течения составим уравнение для эквивалентного газопровода и запишем уравнение.
1. Для участка l1 запишем формулу расхода:
,
где рн - давление в начальной точке трубопровода, Па;
р1 - давление в точке р1, Па;
Q - объемный расход газа, м3/;
А - коэффициент;
коэффициент гидравлического сопротивления;
- длина первого участка, м;
D1 - внутренний диаметр трубопровода на 1-м участке, м.
Для участка l2 расход:
.
Просуммируем (1.1), (1.2), получим:
В узловой точке р2 газовый поток разделяется на две нитки: l4-l6 и l3-l5, далее в точке р5 эти ветви объединяются. Считаем, что на ветке l4-l6 расход Q1, на ветке l3-l5 - расход Q2.
Для ветви l4-l6:
,
.
Просуммируем (1.4) и (1.5) и получим:
.
Для ветви l3-l5:
,
Поступая аналогично преобразованиям (1.4) - (1.6) получим:
.
Выразим из выражений (1.7) и (1.8) Q1 и Q2 , соответственно имеем:
,
.
Суммарный расход по параллельным участкам .
Отсюда:
.
Разность квадратов давлений для параллельного участка l4-l6 равна:
Для участка l7-l8 запишем:
,
.
Просуммируем (1.14) и (1.15) и получим:
.
Просуммируем (1.3), (1.13), (1.16) и получим:
.
Из последнего выражения можно определить пропускную способность системы. С учетом формулы расхода для эквивалентного газопровода:
.
Найдем соотношение, которое позволяет при заданном Lэк или Dэк найти другой геометрический размер газопровода:
Для того чтобы определить длину эквивалентного газопровода построим развертку системы (см. рис. 1.2). Для этого построим все нити сложного трубопровода в одном направлении, сохраняя структуру системы. В качестве длины эквивалентного трубопровода примем самую протяженную составляющую газопровода от его начала до конца.
Рисунок 1.2 - Развертка трубопроводной системы
По результатам построения в качестве длины эквивалентного трубопровода примем длину, равную сумме участков l1-l2- l3-l5 -l7-l8 , Lэк =144 км.
Для расчетов примем следующие допущения:
Считаем, что течение газа в трубопроводе подчиняется квадратичному закону сопротивления. Поэтому коэффициент гидравлического сопротивления рассчитываем по формуле:
.
Примечание: При использовании формулы (1.20) диаметр берем в миллиметрах.
Для магистральных газопроводов без подкладных колец дополнительные местные сопротивления (арматура, переходы) обычно не превышают 2-5% от потерь на трение. Поэтому для технических расчетов за расчетный коэффициент гидравлического сопротивления принимается величина
Для расчета примем .
Рассчитаем коэффициент гидравлического сопротивления для всех участков трубопроводной сети для всех участков трубопроводной сети, результаты занесем в табл. 1.2.
Таблица 1.2 - Результаты расчетов коэффициента гидравлического сопротивления
|
Номер участка |
Диаметр наружный, мм |
Толщина стенки, мм |
Коэффициент гидравлического сопротивления |
|
|
1 |
529 |
9 |
0,019825669 |
|
|
2 |
426 |
9 |
0,020738627 |
|
|
3 |
377 |
7 |
0,021229057 |
|
|
4 |
426 |
9 |
0,020738627 |
|
|
5 |
377 |
7 |
0,021229057 |
|
|
6 |
377 |
7 |
0,021229057 |
|
|
7 |
630 |
10 |
0,019135775 |
|
|
8 |
529 |
9 |
0,019825669 |
В расчетах используем среднюю плотность газа по трубопроводной системе. Плотность, которую рассчитаем из условий сжимаемости газа при среднем давлении.
Среднее давление по системе при заданных условиях составляет 2,9 МПа.
Коэффициент сжимаемости при рабочих условиях можно определить согласно номограммам (Приложение 1).
Для определения коэффициента сжимаемости по номограмме расчета коэффициента сжимаемости природного газа z необходимо рассчитать приведенную температуру и давление по формулам:
где
Т, р - температура и давление при рабочих условиях;
Ткр, ркр - абсолютные критическая температура и давление (для определения см. приложение 2):
Далее по номограмме расчета коэффициента сжимаемости природного газа определяем z:
z = 0,96
Среднюю плотность газа определим по формуле
Рассчитываем расход по газопроводу по формуле (1.17). Для этого необходимо рассчитать коэффициент А по формуле:
.
Найдем множитель из формулы (1.15), обозначим его через переменную S.
.
В результате расчетов S = 71046,307. Расчет параметра S представлен ниже. По формуле (1.27) и (1.28) найдем расход газа по системе
Вычисляем параметр S:
Объемный расход газа равен:
.
Для контроля полученных результатов, воспользуемся графиком из приложения 3, где можно примерно определить расход газа по трубопроводу в зависимости от его диаметра.
Объемный расход при рабочем давлении и температуре определим из формулы
где Р1, Р2 - давления при нормальных и рабочих условиях, Па;
, - объемный расход при соответствующем давлении, м3/с.
Таким образом, получили расходы одного порядка. Поэтому можем сказать, что расчет выполнен правильно. Объемный расход газа при среднем давлении в трубопроводе составляет или 5220 .
Массовый расход газа составляет:
.
Рассчитаем эквивалентный диаметр эквивалентного газопровода по формуле (1.17). Примем коэффициент гидравлического сопротивления равным л = 0,02.
.
2. Построим зависимость давления от продольной координаты р=f(l) по формуле:
.
Результаты расчета по формуле (1.32) представлены в таблице 1.3.
Таблица 1.3 - Результаты расчета по формуле
|
l, м |
f=p(l), Мпа |
l, м |
f=p(l), Мпа |
|
|
10000 |
4,168074175 |
80000 |
3,090750493 |
|
|
20000 |
4,031833907 |
90000 |
2,904407158 |
|
|
30000 |
3,890826002 |
100000 |
2,705258447 |
|
|
40000 |
3,744511892 |
110000 |
2,490234044 |
|
|
50000 |
3,592243259 |
120000 |
2,254796647 |
|
|
60000 |
3,433227921 |
130000 |
1,991720423 |
|
|
70000 |
3,266480719 |
144000 |
1,550138543 |
График зависимости давления от продольной координаты трубопровода представлен на рис. 1.3
Рисунок 1.3 - Давление в эквивалентном газопроводе
3. Рассчитаем давление в узловой точке р1 и построим график давления на участке l1 по формуле (1.1).
МПа.
Результаты расчета по формуле (1.34) представлены в табл. 1.4.
Таблица 1.4 - Результаты расчета по формуле (1.34)
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
5000 |
4,237643807 |
30000 |
3,910978165 |
|
|
10000 |
4,174356246 |
35000 |
3,842313787 |
|
|
15000 |
4,110094294 |
40000 |
3,772399803 |
|
|
20000 |
4,044811508 |
45000 |
3,701165399 |
|
|
25000 |
3,978457637 |
47000 |
3,672284755 |
График зависимости давления от продольной координаты на 1-м участке трубопровода представлен на рис. 1.4.
Рисунок 1.4 - Давление на 1- м участке газопровода
4. Рассчитаем давление в точке р2 и построим график давления на участке l2 по формуле (1.35).
МПа.
Результаты расчета по формуле (1.35) представлены в табл. 1.5.
Таблица 1.5 - Результаты расчета по формуле (1.35) 2-м участке трубопровода
|
l |
f=p(l), МПа |
l |
f=p(l), МПа |
|
|
48000 |
3,625249085 |
53000 |
3,380267587 |
|
|
48500 |
3,6015009 |
54500 |
3,303232109 |
|
|
50000 |
3,529297684 |
56000 |
3,224356645 |
|
|
51500 |
3,455586137 |
58000 |
3,116085202 |
График зависимости давления от продольной координаты на 2-м участке трубопровода представлен на рис. 1.5.
Рисунок 1.5 - Давление на 2- м участке газопровода
5. Для того, чтобы вычислить давление в узловой точке р5 воспользуемся формулой (1.13) или (1.16):
Давление в точке р5, рассчитанное по формуле (1.16) равно р5 = 2,42 МПа.
МПа.
Рассчитаем давление в точке р6 по формуле (1.15):
МПа.
Результаты расчета давления по участку l8 представлены в табл. 1.6.
Таблица 1.6 - Расчета давления по участку l8
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
117000 |
2,263807592 |
133000 |
1,878217218 |
|
|
121000 |
2,192122222 |
137000 |
1,761192762 |
|
|
125000 |
2,092725463 |
141000 |
1,63581783 |
|
|
129000 |
1,988366136 |
144000 |
1,5 |
Примечание: В таблице (1.5) координаты указаны от начала трубопроводной системы согласно ее развертке. Для расчетов величина l берется от начала рассматриваемого участка. Например:117000м от начала трубопроводной системы это 0 м от начала участка №8; 121000 м от начала трубопроводной системы это 4000 м от начала участка №8 и т.д. Аналогичным образом выполнены расчеты для остальных участков (см. таблицы 1.7 - 1.11).
Результаты расчета давления по участку l7 представлены в табл. 1.7.
Таблица 1.7 - Расчета давления по участку l7
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
100000 |
2,417757356 |
110000 |
2,328431719 |
|
|
102000 |
2,400158195 |
102000 |
2,310152159 |
|
|
104000 |
2,382429031 |
114000 |
2,291726799 |
|
|
106000 |
2,36456694 |
116000 |
2,273152096 |
|
|
108000 |
2,346568887 |
117000 |
2,263807592 |
6. Для того, чтобы вычислить расходы по веткам l3 - l5 и l4 - l6 воспользуемся формулами (1.10) и (1.11):
м3/с;
м3/с.
7. Для ветви l4 - l6 рассчитаем давление в узловой точке по формуле (1.4):
,
МПа.
Результаты расчета давления по участку l4 представлены в табл. 1.8.
Таблица 1.8 - Расчета давления по участку l4
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
58000 |
3,116085202 |
66000 |
2,937041323 |
|
|
60000 |
3,072302585 |
68000 |
2,89054803 |
|
|
62000 |
3,027886,946 |
70000 |
2,843294586 |
|
|
64000 |
2,982810008 |
,
МПа.
Результаты расчета давления по участку l6 представлены в табл. 1.9.
Таблица 1.9 - Расчета давления по участку l6
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
70000 |
2,843294586 |
76000 |
2,567451744 |
|
|
71500 |
2,776903886 |
77500 |
2,493728042 |
|
|
73000 |
2,708886539 |
79000 |
2,417757356 |
|
|
74500 |
2,639116778 |
8. Для ветви l3 - l5 рассчитаем давление в узловой точке по формуле (1.7):
,
МПа.
Результаты расчета давления по участку l3 представлены в табл. 1.10.
Таблица 1.10 - Расчета давления по участку l3
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
58000 |
3,116085202 |
66000 |
2,995647488 |
|
|
60000 |
3,086416402 |
68000 |
2,9647737 |
|
|
62000 |
3,056459623 |
70000 |
2,933575006 |
|
|
64000 |
3,026206313 |
72000 |
2,902040926 |
МПа
Результаты расчета давления по участку l5 представлены в табл. 1.11.
Таблица 1.11 - Расчета давления по участку l5
|
l,м |
f=p(l), МПа |
l,м |
f=p(l), МПа |
|
|
72000 |
2,905120301 |
88000 |
2,636223683 |
|
|
76000 |
2,837921771 |
92000 |
2,565469499 |
|
|
80000 |
2,772320043 |
96000 |
2,492707803 |
|
|
84000 |
2,705127883 |
100000 |
2,417757356 |
В результате расчетов значения давления, полученные по формулам (1.36), (1.39) и (1.41) совпадают, поэтому расчет по линиям l3 - l5 и l4 - l6 считаем верным.
12. По результатам расчетов строим графическую зависимость давления от продольной координаты трубопровода (см. рис. 1.5).
Задание 2
Рассчитать диаметры участков распределительной сети природного газа, схема которого представлена на рис. 2.1. Найти давления в узловых точках и построить зависимость давления от продольной координаты газопровода по всем участкам. Определить начальное давление, необходимое для снабжения газа всех потребителей. Длины участков представлены в табл. 2.1. Расход для потребителей представлен в табл. 2.2. Конечное избыточное давление в системе равно 0,05 кгс/см2. (точка рк). Средняя температура перекачиваемого газа составляет 273К. Шероховатость трубы k = 0,5 мм.
Рисунок 2.1 - Схема распределительной сети
Таблица 2.1 - Геометрические характеристики сети
|
Участки li |
Длина участка, км |
|
|
l1 |
4,7 |
|
|
l2 |
1,1 |
|
|
l3 |
1,4 |
|
|
l4 |
4,6 |
|
|
l5 |
2,7 |
|
|
l6 |
1,7 |
|
|
l7 |
2,8 |
|
|
l8 |
8,9 |
|
|
l9 |
1,2 |
Таблица 2.2 - Расход газа потребителями
|
Потребители Qi |
Расход, приведенный к нормальным условиям, м3/час |
|
|
Q1 |
1,3 |
|
|
Q2 |
4,1 |
|
|
Q3 |
2,4 |
В общем виде алгоритм решения данной задачи можно описать следующим образом:
1. Из множества ответвлений сложной трубопроводной системы отыскиваем тот, который наиболее отстоит от на-чальной точки системы газоснабжения. Путь от начальной точки до этого участка будем считать основной магистралью.
2. Определим удельные потери давления на один метр ос-новной магистрали.
3. Вычисляются давления в узловых точках основной ма-гистрали с учетом удельных потерь, полученных в п. 2.
4. Предварительно определяются диаметры трубопрово-дов для основной магистрали и приводятся к стандартным значениям.
5. Рассчитываются потери давления по основной магист-рали со стандартными значениями диаметров труб. Если в ре-зультате давление в конечной точке (у потребителя) по усло-виям задачи отличается от расчетного не более, чем на 10%, то расчет основной магистрали считаем верным. В противном случае корректируем диаметры трубопроводов и расчет по-вторяем, до тех пор пока решение не сойдется.
6. Аналогично, подбираем диаметры трубопроводов для всех боковых веток. В результате расчетов давление газа у потребителей может отличается от заданного не более, чем на 10%.
Решение
1. Согласно СНиП 2.04.08-87 потери давления газа в распределительных газопроводах низкого давления следует принимать не более 180 даПа (180 мм вод. ст) или 1764 Па.
Принимаются следующие значения избыточного давления для городских газовых сетей:
1) сети низкого давления - до 0,05 кгс/см ;
2) среднего давления - от 0,05 до 3 кгс/см ;
3) высокого давления - от 3 до 6 кгс/см .
Согласно расчетной схеме определим потребителя, который наиболее удален от начала (т. рн) трубопроводной системы.
Наиболее удаленный потребитель - это потребитель Q2 (самая нижняя ветка на расчетной схеме). Расстояние до потребителя Q2 составляет 23,8 км.
2. Потери давления до самого удаленного потребителя (ветка l1-l4-l5-l6-l8-l9) должны составлять 1764Па. Таким образом, удельные потери давления по трубопроводу l1-l4-l5-l6-l8-l9 составляют 0,074 Па/м.
По условию задачи избыточное давление в конечной точке составляют Рк = 0,05 кгс/см2 = 5•10-3 МПа. Абсолютное давление в точке составляют Рк = 0,105МПа.
3. Рассчитаем давление в точках Р8, Р6, Р5, Р4, Р1, Рн по формуле:
МПа.
Среднее давление на участке l9 составляет 0,105045 МПа.
МПа.
Среднее давление на участке l8 составляет 0,10542 МПа.
МПа.
Среднее давление на участке l6 составляет 0,10582 МПа.
МПа.
Среднее давление на участке l5 составляет 0,10598 МПа.
МПа.
Среднее давление на участке l4 составляет 0,10625 МПа.
МПа.
Среднее давление на участке l1 составляет 0,10659 МПа.
4. Предварительно определим диаметр газопровода по формуле:
где d - диаметр газопровода, см;
Q - расход газа, м3/ч, при температуре 0° С и давлении 0,10132 МПа (760 мм. рт. ст.);
t - температура газа, 0° С;
- среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа;
V - скорость газа, м/с.
Скорость газа примем равной 7 м/с на основании СНиП 2.04.08-87.
см;
см;
см;
см;
см;
см.
5. Выполним проверочный расчет для основной магистрали l1-l4-l5-l6-l8-l9 трубопроводной системы передачи газа низкого давления при стандартных значениях трубопроводов.
Коэффициент кинематической вязкости определим из выражения
,
.
Участок l9
Приведем вычисленное значение диаметра к стандартному значению (см. Приложение Ж, И). Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 20 мм, толщина стенки 2,5 мм.
Падение давления в газопроводах низкого давления определяем в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса (формула П1):
При Re > 4000 потеря давления для турбулентного режима течения вычисляем по формуле П4 (2.11):
,
где Н - падение давления, Па;
- плотность газа, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;
l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;
п - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы принимается равной, (для стальных труб - 0,01).
Для участка l9 допустимая потеря давления составляет 88,8 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l9, используя формулу (2.11).
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь превышает допустимое для участка l9 , скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором вычислим расчетный диаметр трубопровода, который составляет 5,5 см. При таком диаметре потери давления составят 87,8 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса: газопровод давление магистраль вязкость
.
Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы. Выполним подбор диаметра по формуле П2 (для ламинарного режима движения газа, Re ? 2000:
Па.
Потери давления составят 83,8 Па. Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 60 мм, толщина стенки 4 мм. Число Рейнольдса в новых условиях составляет 1966. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l9 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П2, трубопровод на заданном участке - 60х4 мм, фактическое падение давления составляет 83,8 Па.
Участок l8
Округлим вычисленное значение диаметра до стандартного значения трубопровода. Приведем вычисленное значение диаметра к стандартному значению (см. Приложение Ж, И). Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 20 мм, толщина стенки 2,5 мм.
Падение давления в газопроводах низкого давления определяем в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса (формула П1):
При Re > 4000 потеря давления для турбулентного режима течения вычисляем по формуле (2.11):
Для участка l8 допустимая потеря давления составляет 658,6 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l9, используя формулу (2.11).
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь превышает допустимое для участка l8 , скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором вычислим расчетный диаметр трубопровода, который составляет 5,5 см. При таком диаметре потери давления составят 651,1 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:
.
Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы. Выполним подбор диаметра по формуле (2.12), для ламинарного режима движения газа, Re ? 2000:
Па.
Потери давления составят 621,7 Па. Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 60 мм, толщина стенки 4 мм. Число Рейнольдса в новых условиях составляет 1966. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l8 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П2, трубопровод на заданном участке - 60х4 мм, фактическое падение давления составляет 576 Па.
Участок l6
Округлим вычисленное значение диаметра до стандартного значения трубопровода. Приведем вычисленное значение диаметра к стандартному значению (см. Приложение Ж, И). Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 22 мм, толщина стенки 1,8 мм.
Падение давления в газопроводах низкого давления определяем в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса (формула П1):
При Re > 4000 потеря давления для турбулентного режима течения вычисляем по формуле (2.11):
Для участка l6 допустимая потеря давления составляет 125,8 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l6, используя формулу (2.11).
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь превышает допустимое для участка l6 , скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором вычислим расчетный диаметр трубопровода, который составляет 5,5 см. При таком диаметре потери давления составят 124,4 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:
.
Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы. Выполним подбор диаметра по формуле П3 (2.13), для критического режима движения газа, Re = 2000-4000:
Па.
Потери давления составят 121 Па. Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 76 мм, толщина стенки 6 мм. Число Рейнольдса в новых условиях составляет 2532. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l6 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П3, трубопровод на заданном участке - 76х6 мм, фактическое падение давления составляет 121 Па.
Участок l5
Округлим вычисленное значение диаметра до стандартного значения трубопровода. Приведем вычисленное значение диаметра к стандартному значению (см. Приложение Ж, И). Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 22 мм, толщина стенки 1,8 мм.
Падение давления в газопроводах низкого давления определяем в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса (формула П1):
При Re > 4000 потеря давления для турбулентного режима течения вычисляем по формуле (2.11):
Для участка l5 допустимая потеря давления составляет 199,8 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l5, используя формулу (2.11).
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь превышает допустимое для участка l5 , скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором вычислим расчетный диаметр трубопровода, который составляет 6,5 см. При таком диаметре потери давления составят 200 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:
.
Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы. Выполним подбор диаметра по формуле П3 (2.13), для критического режима движения газа, Re = 2000-4000:
Па.
Потери давления составят 192,5 Па. Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 76 мм, толщина стенки 6 мм. Число Рейнольдса в новых условиях составляет 2415. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l5 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П3, трубопровод на заданном участке - 76х6 мм, фактическое падение давления составляет 192,5Па.
Участок l4
Округлим вычисленное значение диаметра до стандартного значения трубопровода. Приведем вычисленное значение диаметра к стандартному значению (см. Приложение Ж, И). Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 22 мм, толщина стенки 1,8 мм.
Падение давления в газопроводах низкого давления определяем в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса (формула П1):
При Re > 4000 потеря давления для турбулентного режима течения вычисляем по формуле (2.11):
Для участка l4 допустимая потеря давления составляет 340,4 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l4, используя формулу (2.11).
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь превышает допустимое для участка l4 , скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором вычислим расчетный диаметр трубопровода, который составляет 6,5 см. При таком диаметре потери давления составят 341,4 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:
.
Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы. Выполним подбор диаметра по формуле П3 (2.13), для критического режима движения газа, Re = 2000 - 4000:
Па.
Потери давления составят 328 Па. Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 76 мм, толщина стенки 6 мм. Число Рейнольдса в новых условиях составляет 2614. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l4 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П3, трубопровод на заданном участке - 76х6 мм, фактическое падение давления составляет 328Па.
Участок l1
Округлим вычисленное значение диаметра до стандартного значения трубопровода. Приведем вычисленное значение диаметра к стандартному значению (см. Приложение Ж, И). Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 24 мм, толщина стенки 2,0 мм.
Падение давления в газопроводах низкого давления определяем в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса (формула П1):
При Re > 4000 потеря давления для турбулентного режима течения вычисляем по формуле (2.11):
Для участка l1 допустимая потеря давления составляет 347,8 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l1, используя формулу (2.11).
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь превышает допустимое для участка l1 , скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором вычислим расчетный диаметр трубопровода, который составляет 7 см. При таком диаметре потери давления составят 337,7 Па. В связи с изменившимся значением диаметра, рассчитаем число Рейнольдса:
.
Вычисленное число Рейнольдса привело к изменению расчетной формулы. Выполним подбор диаметра по формуле П3 (2.13), для критического режима движения газа, Re = 2000 - 4000:
Па.
Потери давления составят 339 Па. Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 76 мм, толщина стенки 4 мм. Число Рейнольдса в новых условиях составляет 2902. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l1 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П3, трубопровод на заданном участке - 76х4 мм, фактическое падение давления составляет 339Па.
Участок l1-l4-l5-l6-l8-l9
Суммарная фактическая величина потерь давления на искомом участке l1-l4-l5-l6-l8-l9 составляет 1640,3 Па. Допустимая величина потерь составляет 1764 Па. Рассчитанная величина находится в допустимых пределах (? 7%) погрешности для инженерных расчетов - расчет для основной магистрали считаем верным.
6. Вычислим диаметры для боковых ответвлений системы. Для этого необходимо определить давление в точке р1 и р6. Давление в точке р1 вычислим из выражения
где - расчетная величина потерь давления на участках l9, l8 , l6 , l5 , l4 соответственно.
МПа.
Давление в точке р6 вычислим из выражения
МПа.
Участок l7
Предварительно определим диаметр газопровода по формуле
см.
Число Рейнольдса, вычисленное по формуле (2.9), равно
.
При потеря давления для турбулентного режима течения вычисляется по формуле.
Для участка l7 допустимая потеря давления составляет 299 Па. Вычисляем фактическую величину потери давления на участке l7 :
Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь для участка l7 превышает допустимое, скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором установим, что расчетный диаметр трубопровода равный 4,5 см.
Число Рейнольдса при этом диаметре равно 1330. Поэтому для расчета необходимо использовать формулу П2 ().
Па.
Расчетный диаметр по формуле равен 4 см. Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 48 мм, толщина стенки 4 мм. Потери давления составят 302 Па.
На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l7 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П2, трубопровод на заданном участке 48х4, фактическое падение давления 302Па. Число Рейнольдса 1496.
Фактическое давление в точке р7 (рк) равно 0,10536 МПа, что соответствует предъявляемым требованиям к отклонениям от фактических значений при расчетах.
7. Участок l2- l3
Удельные потери давления по трубопроводу l1- l2- l3 составят 0,521 Па/м (СНиП 2.04.08-87).
Найдем давление в точке р2 по формуле (2.16):
МПа.
Среднее давление на участке l3 составляет 0,105365 МПа.
Предварительно определим диаметр газопровода на участке l3 по формуле (2.7):
см.
Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 20 мм, толщина стенки 3,2 мм.
Число Рейнольдса, вычисленное по формуле (2.9), равно
.
При потеря давления для критического режима движения газа вычисляется по формуле П3 (2.13):
Па.
Для участка l3 допустимая потеря давления составляет 730 Па. На основании того, что вычисленная величина потерь для участка l3 превышает допустимое, скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором установим, что расчетный диаметр трубопровода равный 2,5 см. Число Рейнольдса при этом диаметре равно 1296. Поэтому для расчета необходимо использовать формулу П2 ().
Па.
Расчетный диаметр по формуле равен 2,1 см. Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 26 мм, толщина стенки 2,5 мм. Потери давления составят 752 Па. Число Рейнольдса 1543.
На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l3 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П2, трубопровод на заданном участке 26х2,5, фактическое падение давления 752 Па.
Фактическое давление в точке р3 (рк) данного участка трубопровода равно 0,104977 МПа, что соответствует предъявляемым требованиям к отклонениям от фактических значений при расчетах.
8. Предварительно определим диаметр газопровода на участке l2 по формуле:
см.
Ближайший стандартный трубопровод: диаметр 20 мм, толщина стенки 3,2 мм.
Число Рейнольдса, вычисленное по формуле (2.9), равно
.
При потеря давления для критического режима движения газа вычисляется по формуле П3 (2.13):
Па.
Для участка l2 допустимая потеря давления составляет 573 Па. На основании того, что вычисленная величина потерь для участка l2 превышает допустимое, скорректируем величину внутреннего диаметра в большую сторону. Подбором установим, что расчетный диаметр трубопровода равный 2,1 см. Число Рейнольдса при этом диаметре равно 1543. Поэтому для расчета необходимо использовать формулу П2 ().
Па.
Расчетный диаметр по формуле равен 2,3 см. Ближайший стандартный трубопровод: наружный диаметр 28 мм, толщина стенки 2,5 мм. Потери давления составят 588 Па. На основании того, что вычисленная величина потерь давления находится в допустимых пределах, расчет для участка l2 считаем верным. Для вычисления падения давления на заданном участке используем формулу П2, трубопровод на заданном участке 28х2,5, фактическое падение давления 588 Па. Число Рейнольдса 1409.
Фактическое давление в точке р2 данного участка трубопровода равно 0,105712 МПа, что соответствует предъявляемым требованиям к отклонениям от фактических значений при расчетах.
9. Построим зависимость давления в системе на основании рассчитанных диаметров трубопроводов. Полученные диаметры трубопроводов занесем в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 - Рассчитанные геометрические характеристики сети
|
Участки li |
Длина участка, км |
Внутренний диаметр участка, мм |
Падение давления на участке, Па |
Абсолютное давление в точке, Па |
|
|
l1 |
4,7 |
68 |
339 |
Р1 = 106302 |
|
|
l2 |
1,1 |
23 |
588 |
Р2 = 105714 |
|
|
l3 |
1,4 |
23 |
752 |
Р3 = 104962 |
|
|
l4 |
4,6 |
64 |
328 |
Р4 = 105974 |
|
|
l5 |
2,7 |
64 |
193 |
Р5 = 105781 |
|
|
l6 |
1,7 |
64 |
121 |
Р6 = 105660 |
|
|
l7 |
2,8 |
40 |
302 |
Р7 =105358 |
|
|
l8 |
8,9 |
52 |
576 |
Р8 = 105084 |
|
|
l9 |
1,2 |
52 |
84 |
Р9 = 105000 |
Давление в начальной точке составляет Рн = 106641 Па.
Построим развертку системы. Для этого построим все нити сложного трубопровода в одном направлении, сохраняя структуру системы. В качестве длины эквивалентного трубопровода примем самую протяженную составляющую газопровода от его начала до конца.
Рисунок 2.2 - Развертка трубопроводной системы
Участок l1: Длина участка 4700 м.
Давление в начале участка 106641 Па.
Давление в конце участка 106302 Па.
Расчет по формуле П3.
Таблица 2.4
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
0 |
106641 |
|
|
780 |
780 |
106585 |
|
|
1560 |
1560 |
106528 |
|
|
2340 |
2340 |
106472 |
|
|
3120 |
3120 |
106416 |
|
|
3900 |
3900 |
106360 |
|
|
4700 |
4700 |
106302 |
Участок l2: Длина участка 1100 м.
Давление в начале участка 106302 Па.
Давление в конце участка 105714 Па.
Расчет по формуле П2.
Таблица 2.5
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
4700 |
106302 |
|
|
100 |
4800 |
106249 |
|
|
300 |
5000 |
106142 |
|
|
500 |
5200 |
106035 |
|
|
700 |
5400 |
105928 |
|
|
900 |
5600 |
105821 |
|
|
1100 |
5800 |
105714 |
Участок l3: Длина участка 1400 м.
Давление в начале участка 105714 Па.
Давление в конце участка 104962 Па.
Расчет по формуле П2.
Таблица 2.6
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
5800 |
105714 |
|
|
200 |
6000 |
105607 |
|
|
400 |
6200 |
105500 |
|
|
600 |
6400 |
105393 |
|
|
800 |
6600 |
105286 |
|
|
1000 |
6800 |
105179 |
|
|
1200 |
7000 |
105072 |
|
|
1400 |
7200 |
104962 |
Участок l4: Длина участка 4600 м.
Давление в начале участка 106302 Па.
Давление в конце участка 105974 Па.
Расчет по формуле П3.
Таблица 2.7
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
4700 |
106302 |
|
|
700 |
5400 |
106252 |
|
|
1500 |
6200 |
106195 |
|
|
2300 |
7000 |
106138 |
|
|
3100 |
7800 |
106081 |
|
|
3900 |
8600 |
106024 |
|
|
4600 |
9300 |
105974 |
Участок l5: Длина участка 2700 м.
Давление в начале участка 105974 Па.
Давление в конце участка 105781 Па.
Расчет по формуле П3.
Таблица 2.7
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
9300 |
105974 |
|
|
300 |
9600 |
105953 |
|
|
700 |
10000 |
105925 |
|
|
1100 |
10400 |
105896 |
|
|
1500 |
10800 |
105868 |
|
|
1900 |
11200 |
105839 |
|
|
2300 |
11600 |
105810 |
|
|
2700 |
12000 |
105781 |
Участок l6: Длина участка 1700 м.
Давление в начале участка 105781 Па.
Давление в конце участка 105660 Па.
Расчет по формуле П3.
Таблица 2.7
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
12000 |
105781 |
|
|
200 |
12200 |
105767 |
|
|
500 |
12500 |
105746 |
|
|
800 |
12800 |
105724 |
|
|
1100 |
13100 |
105703 |
|
|
1400 |
13400 |
105681 |
|
|
1700 |
13700 |
105660 |
Участок l7: Длина участка 2800 м.
Давление в начале участка 105660 Па.
Давление в конце участка 105358 Па.
Расчет по формуле П2.
Таблица 2.7
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
13700 |
105660 |
|
|
400 |
14100 |
105617 |
|
|
800 |
14500 |
105574 |
|
|
1200 |
14900 |
105530 |
|
|
1600 |
15300 |
105487 |
|
|
2000 |
15700 |
105444 |
|
|
2400 |
16100 |
105401 |
|
|
2800 |
16500 |
105358 |
Участок l8: Длина участка 8900 м.
Давление в начале участка 105660 Па.
Давление в конце участка 105084 Па.
Расчет по формуле П2.
Таблица 2.7
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
13700 |
105660 |
|
|
1400 |
15100 |
105570 |
|
|
2900 |
16600 |
105473 |
|
|
4400 |
18100 |
105376 |
|
|
5900 |
19600 |
105279 |
|
|
7400 |
21100 |
105182 |
|
|
8900 |
22600 |
105084 |
Участок l9: Длина участка 1200 м.
Давление в начале участка 105084 Па.
Давление в конце участка 105000 Па.
Расчет по формуле П2.
Таблица 2.7
|
Координата на участке, м |
Координата на развертке, м |
Давление, Па |
|
|
0 |
22600 |
105084 |
|
|
200 |
22800 |
105070 |
|
|
400 |
23000 |
105056 |
|
|
600 |
23200 |
105042 |
|
|
800 |
23400 |
105028 |
|
|
1000 |
23600 |
105014 |
|
|
1200 |
23800 |
105000 |
Заключение
В результате выполнения данной курсовой работы были получены основные навыки по расчету сложных газопроводов низкого и высокого давления. Познакомились с теоретическими сведениями по данной тематике.
Расчеты в данной курсовой работе являются основополагающим для проектирования систем трубопроводного транспорта в целом, а также рассчитанные зависимости являются исходными данными для проектирования энергетических систем газового хозяйства. В связи с этим понятна роль данного курса для инженера по проектированию ЭС ГНП и ГНХ.
Список литературы
1 Типовые расчеты при проектировании и эксплуатации газопроводов: учеб. пособие для вузов / В.Ф. Новоселов, А.И. Гольянов и др. - М. : Недра, 1982. 136 с.
2 Теплотехника: учебник для студентов втузов под общ. ред. В.И. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986. - 432 с.
3 Алиев Р.А. Компрессорные станции магистральных газопроводов / Р.А. Алиев, В.М. Михайлов, Е.И. Яковлев. - М.:МИНФиГП им. И.М. Губкина, 1986. - 57 с.
4 СНиП 2.04.08-87.
5 СТП ВГТУ 62 - 2007.
6 СТП ВГТУ 62 - 2007. Текстовые документы (курсовые работы (проекты), рефераты, отчеты по лабораторным работам, контрольные работы). Правила оформления. - Воронеж: ВГТУ, 2007. - 53 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчёт пропускной способности сложного газопровода. Построение зависимости давления в эквивалентном газопроводе от продольной координаты. Распределение давления по участкам трубопроводной системы. Определение диаметра участков распределительной сети.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 23.03.2014Гидравлический расчет газовой сети, состоящей из участков среднего и низкого давления. Определение основного направления главной магистрали системы. Минимизация используемых трубопроводов. Анализ значения скорости, диаметра и давления в тупиковых ветвях.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 19.12.2014Характеристика района города, определение численности его населения. Определение годового потребления газа. Определение удельных часовых расходов газа по зонам застройки. Трассировка сети низкого давления. Гидравлический расчет внутридомового газопровода.
курсовая работа [774,7 K], добавлен 10.12.2011Физические свойства природного газа. Описание газопотребляющих приборов. Определение расчетных расходов газа. Гидравлический расчет газораспределительной сети низкого давления. Принцип работы газорегуляторных пунктов и регуляторов газового давления.
курсовая работа [222,5 K], добавлен 04.07.2014Выбор рабочего давления и типа газоперекачивающего агрегата. Расчет теплофизических свойств транспортируемого газа. Тепловой и гидравлический расчет участка газопровода. Расчет режима работы компрессорной станции. Капитальные и эксплуатационные затраты.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.12.2014Выбор рабочего давления газопровода. Расчет свойств транспортируемого газа. Плотность газа при стандартных условиях. Определение расстояния между компрессорными станциями и числа компрессорных станций. Расчет суточной производительности газопровода.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 25.03.2013Инженерно-геологическая и гидрогеологическая характеристика участка строительства. Расчет потребности природного газа. Подбор котла и его обоснование. Расчет газопровода на прочность, а также проверка устойчивости его положения в водонасыщенных грунтах.
дипломная работа [513,7 K], добавлен 20.03.2017Расчет расходов жидкости, поступающей в резервуары гидравлической системы, напора и полезной мощности насоса; потерь энергии, коэффициента гидравлического трения при ламинарном и турбулентном режиме. Определение давления графоаналитическим способом.
курсовая работа [88,0 K], добавлен 11.03.2012Выбор рабочего и избыточного давления в газопроводе. Определение числа компрессорных станции (КС) и расстояния между станциями. Уточненный тепловой и гидравлический расчеты участка газопровода между двумя компрессорными станциями. Расчет режима работы КС.
курсовая работа [251,8 K], добавлен 16.03.2015Компонентный состав газа и его характеристики. Определение расчетного часового расхода газа по номинальным расходам газовыми приборами и горелочными устройствами. Гидравлический расчет магистральных наружных газопроводов высокого и среднего давления.
дипломная работа [823,6 K], добавлен 20.03.2017
