Хидравлично изчисление на газопровод: методи и начини за изчисление + пример за изчисление

За безопасна и безотказна работа на газоснабдяването то трябва да бъде проектирано и изчислено. Важно е безупречно да се подберат тръби за магистрали от всички типове налягане, осигуряващи стабилно подаване на газ към уредите.

За да бъде подборът на тръби, арматура и оборудване максимално точен, се извършва хидравлично изчисление на тръбопровода. Как да го направите? Признайте си, не сте твърде вещи в този въпрос, нека да разберем.

Предлагаме ви да се запознаете с щателно подбрана и задълбочено обработена информация за вариантите за извършване на хидравлично изчисление за газопроводни системи. Използването на представените от нас данни ще осигури подаване към уредите на синьо гориво с необходимите параметри на налягане. Внимателно проверените данни се основават на регламента на нормативната документация.

В статията е разказано изключително подробно за принципите и схемите за извършване на изчисления. Даден е пример за изпълнение на изчисления. Като полезно информативно допълнение са използвани графични приложения и видео-инструкции.

Специфика на хидравличното изчисление

Всяко извършвано хидравлично изчисление представлява определяне на параметрите на бъдещия газопровод. Тази процедура е задължителна, както и един от най-важните етапи на подготовката за строителство. От правилността на изчислението зависи дали газопроводът ще функционира в оптимален режим.

При извършване на всяко хидравлично изчисление се определя:

• необходимия диаметър на тръбите, които ще осигурят ефективен и стабилен транспорт на необходимото количество газ;
• дали ще бъдат приемливи загубите на налягане при преместване на необходимия обем синьо гориво в тръбите с зададен диаметър.

Загубите на налягане възникват поради това, че във всеки газопровод съществува хидравлично съпротивление. При неправилно изчисление то може да доведе до това, че на потребителите няма да им достига газ за нормална работа на всички режими или в моменти на максималното му потребление.

Тази таблица е резултат от хидравлично изчисление, проведено с отчитане на зададените стойности. За извършване на изчисленията ще е необходимо да се въведат конкретни показатели в колоните.

Такава операция представлява стандартизирана от държавата процедура, която се изпълнява съгласно формули и изисквания, изложени в СП 42-101–2003.

Изчисленията трябва да извърши строителят. За основа се приемат данните от техническите условия на тръбопровода, които могат да се получат в местната газова компания.

Газопроводи, изискващи извършване на изчисления

Държавата изисква хидравличните изчисления да се извършват за всички видове тръбопроводи, които са част от системата за газоснабдяване, тъй като процесите, които протичат при движението на газа, винаги са еднакви.

Към посочените газопроводи се отнасят следните видове:

• ниско налягане;
• средно и високо налягане.

Първите са предназначени за транспортиране на гориво до жилищни обекти, различни обществени сгради, битови предприятия. Освен това в частни и многофамилни жилища, вили налягането на газа не трябва да надвишава 3 kPa, а в битовите предприятия (непроизводствени) този показател е по-висок и достига 5 kPa.

Вторият тип тръбопроводи е предназначен за захранване на мрежи, включително различни такива с ниско и средно налягане чрез газорегулиращи пунктове, както и за осъществяване на подаване на газ до отделни потребители.

Това могат да бъдат промишлени, селскостопански, различни комунални предприятия и дори отделно стоящи или пристроени към промишлени сгради. Но в последните два случая ще има значителни ограничения по отношение на налягането.

Изброените по-горе видове газопроводи специалистите условно разделят на следните категории:

• вътрешносградни, вътрешноцехови, тоест транспортиращи синьото гориво вътре в някоя сграда и доставящи го до отделни агрегати и уреди;
• абонатни отклонения, използвани за доставка на газ от някоя разпределителна мрежа до всички налични потребители;
• разпределителни, използвани за снабдяване с газ на определени територии, например градове, техни отделни райони, промишлени предприятия. Тяхната конфигурация е различна и зависи от особеностите на планировката. Налягането вътре в мрежата може да бъде всяко предвидено - ниско, средно, високо.

Освен това хидравличното изчисление се извършва за газови мрежи с различен брой степени на налягане, чиито разновидности са много.

Така че за задоволяване на потребностите могат да се използват двустепенни мрежи, работещи с газ, транспортиран при ниско и високо налягане или ниско и средно. Също така са намерили приложение тристепенни и различни многостепенни мрежи. Тоест всичко зависи само от наличието на потребители.

Хидравличното съпротивление е основната причина, поради която е необходимо да се извършва този вид изчисление. Освен това, то зависи и от материала на тръбата.

Въпреки голямото разнообразие от варианти на газопроводи, хидравличното изчисление във всеки случай е сходно. Тъй като за изработката се използват конструктивни елементи от сходни материали, а вътре в тръбите протичат еднакви процеси.

Хидравлично съпротивление и неговата роля

Както беше посочено по-горе, основанието за извършване на изчислението е наличието на хидравлично съпротивление във всеки газопровод.

То действа върху цялата конструкция на тръбопровода, както и върху отделните ѝ части, възли — тройници, места на съществено намаляване на диаметъра на тръбите, спирателна арматура, различни клапани. Това води до загуба на налягане от транспортирания газ.

Хидравличното съпротивление винаги представлява сбор от:

• линейно съпротивление, т.е. действащо по цялата дължина на конструкцията;
• местни съпротивления, действащи при всяка съставна част на конструкцията, където настъпва промяна на скоростта на транспортиране на газа.

Изброените параметри постоянно и съществено влияят върху работните характеристики на всеки газопровод. Ето защо в резултат на неправилно изчисление ще възникнат допълнителни и значителни финансови загуби поради това, че проектът ще трябва да се преработи.

Правила за извършване на изчисление

По-горе беше посочено, че процедурата на всяко хидравлично изчисление се регламентира от профилния Сборник правила с номер 42-101–2003.

Документът свидетелства, че основният начин за извършване на изчислението е използването за тази цел на компютър със специални програми, позволяващи да се изчисли планираната загуба на налягане между участъците на бъдещия газопровод или необходимия диаметър на тръбите.

Всяко хидравлично изчисление се извършва след създаване на изчислителна схема, включваща основните показатели. Освен това, в съответните графи потребителят въвежда известните данни

Ако няма такива програми или човек смята, че използването им е нецелесъобразно, то могат да се прилагат други методи, разрешени от Сборника правила.

Които включват:

• изчисление по приведените в СП формули — това е най-сложният начин за изчисление;
• изчисление по т.нар. номограми — това е по-прост вариант от използването на формули, тъй като не се налага да се правят каквито и да било изчисления, защото необходимите данни са посочени в специална таблица и са приведени в Сборника правила, и просто трябва да се подберат.

Всеки от методите за изчисление води до еднакви резултати. И затова новопостроеният газопровод ще бъде в състояние да осигури навременно, непрекъснато подаване на планираното количество гориво дори в часовете на максималното му използване.

Вариант на изчисления с помощта на компютър

Извършването на изчислението с използване на компютър е най-малко трудоемко — всичко, което се изисква от човека, е да вмъкне в съответните графи необходимите данни.

Ето защо хидравличното изчисление се прави за няколко минути, като за тази операция няма да е необходим голям запас от знания, който е необходим при използване на формули.

За правилното му изпълнение е необходимо да се вземат от техническите условия следните данни:

• плътност на газа;
• коефициент на кинетичен вискозитет;
• температура на газа във вашия регион.

Необходимите технически условия се получават от газовата служба на населеното място, в което ще се строи газопроводът. Всъщност с получаването на този документ започва проектирането на всеки тръбопровод, тъй като там се съдържат всички основни изисквания към неговата конструкция.

Използването на специални програми е най-простият начин за хидравлично изчисление, който изключва търсенето и изучаването на формули за извършване на изчисления.

След това строителят трябва да разбере разхода на газ за всеки уред, който се планира да бъде свързан към газопровода. Например, ако горивото ще се транспортира до частна къща, там най-често се използват печки за готвене, различни отоплителни котли, а в техните паспорти винаги са посочени необходимите цифри.

Освен това ще е необходимо да се знае броят на горелките на всяка печка, която ще бъде свързана към тръбата.

На следващия етап на събиране на необходимите данни се подбира информация за спада на налягането в местата на инсталиране на някакво оборудване – това може да бъде брояч, спирателен клапан, термозапорен клапан, филтър и други елементи.

В този случай необходимите цифри се намират лесно – те се съдържат в специална таблица, приложена към паспорта на всеки продукт. Проектантът трябва да обърне внимание, че трябва да бъде посочен спадът на налягането при максимална консумация на газ.

От специална таблица, приложена към паспорта на продуктите, могат да се научат сведения за загубата на налягане при свързване на уредите към мрежата.

На следващия етап се препоръчва да се разбере какво ще бъде налягането на синьото гориво в точката на врязване. Такива сведения могат да съдържат техническите условия на вашата газова служба, предварително съставена схема на бъдещия газопровод.

Ако мрежата ще се състои от няколко участъка, те трябва да бъдат номерирани и да се посочи действителната дължина. Освен това за всеки трябва да се опишат всички променливи показатели поотделно – това е общият разход на всеки уред, който ще се използва, спад на налягането и други стойности.

Задължително ще е необходим коефициент на едновременност. Той отчита възможността за съвместна работа на всички потребители на газ, свързани към мрежата. Например на цялото отоплително оборудване, разположено в многофамилна или частна къща.

Такива данни се използват от програмата, която извършва хидравличното изчисление, за определяне на максималното натоварване на даден участък или в целия газопровод.

За всеки отделен апартамент или къща посоченият коефициент не е необходимо да се изчислява, тъй като стойностите му са известни и са посочени в таблицата по-долу:

Таблица с коефициентите на едновременност, данните от която се използват при всякакъв вид изчисления. Достатъчно е да изберете колоната, съответстваща на конкретния битов уред, и да вземете нужната цифра.

Ако на някакъв обект се планира използването на повече от два отоплителни котела, печки, капацитивни бойлери, то показателят на едновременност винаги ще бъде равен на 0,85. Това трябва да се посочи в съответната колона, използвана за изчисление, на програмата.

Следва да се посочи диаметърът на тръбите, а също така ще са необходими коефициентите на тяхната грапавост, които ще се използват при изграждането на тръбопровода. Тези стойности са стандартни и лесно могат да бъдат намерени в Сборника с правила.

Влияние на материала на тръбите върху изчислението

За изграждане на газопроводи могат да се използват тръби, изработени само от определени материали: стомана, полиетилен. В някои случаи се прилагат изделия от мед. Скоро ще се използват масово металопластични конструкции.

Всяка тръба има грапавост, което води до линейно съпротивление, което влияе върху процеса на придвижване на газа. При това, този показател е значително по-висок при стоманените изделия, отколкото при пластмасовите.

Днес необходимите сведения могат да се получат само за стоманени и полиетиленови тръби. В резултат на това проектирането и хидравличното изчисление могат да се извършват само като се вземат предвид техните характеристики, което изисква профилният Сборник с правила. А също така в документа са посочени необходимите за изчислението данни.

Коефициентът на грапавост винаги се приравнява към следните стойности:

• за всички полиетиленови тръби, независимо дали са нови или не, — 0,007 см;
• за вече използвани стоманени изделия — 0,1 см;
• за нови стоманени конструкции — 0,01 см.

За някакви други видове тръби този показател в Сборника с правила не се посочва. Затова не си струва да ги използвате за изграждане на нов газопровод, тъй като специалистите от газоразпределителното дружество могат да изискат корекции. А това отново са допълнителни разходи.

Изчисление на разхода на ограничен участък

Ако газопроводът се състои от отделни участъци, то изчислението на общия разход на всеки от тях ще трябва да се извърши отделно. Но това не е сложно, тъй като за пресмятанията ще са необходими вече известни цифри.

Определяне на данни с помощта на програма

Като знаете изходните показатели, имайки достъп до таблицата на едновременност и до техническите паспорти на печките и котлите, можете да пристъпите към изчислението.

За това се извършват следните действия (примерът е даден за вътрешнодомов газопровод именно с ниско налягане):

1. Количеството на котлите се умножава по производителността на всеки от тях.
2. Получената стойност се умножава по уточнения с помощта на специална таблица коефициент на едновременност за този вид потребители.
3. Броят на котлоните, предназначени за приготвяне на храна, се умножава по производителността на всеки от тях.
4. Получената стойност от предишната операция се умножава по коефициента на едновременност, взет от специална таблица.
5. Получените суми за котлите и котлоните се сумират.

Подобни манипулации се извършват за всички участъци от газопровода. Получените данни се въвеждат в съответните графи на програмата, чрез която се извършват изчисленията. Всичко останало електрониката прави сама.

Изчисление с използване на формули

Този вид хидравлично изчисление е подобен на описаното по-горе, тоест ще са необходими същите данни, но процедурата ще бъде продължителна. Тъй като всичко ще трябва да се изпълнява ръчно, освен това проектантът ще трябва да извърши редица междинни операции, за да използва получените стойности за окончателното пресмятане.

А също така ще трябва да отделите доста време, за да разберете много концепции и въпроси, които човек не среща при използването на специална програма. В справедливостта на гореизложеното можете да се уверите, като се запознаете с формулите, които предстои да се използват.

Изчислението с помощта на формули е сложно, затова не е достъпно за всички. На картинката са изобразени формули за изчисляване на спада на налягането в мрежа с високо, средно и ниско налягане и коефициента на хидравлично триене.

В приложението на формулите, както и в случая с хидравличното изчисление с използване на специална програма, има особености за газопроводи с ниско, средно и, разбира се, високо налягане. И това трябва да се помни, тъй като грешката е свързана, и то винаги, със значителни финансови разходи.

Изчисления с помощта на номограми

Някаква специална номограма представлява таблица, в която са посочени редица стойности, като след изучаването им могат да се получат необходимите показатели, без да се извършват изчисления. В случая с хидравличното изчисление — диаметър на тръбата и дебелина на стените ѝ.

Номограмите за изчисление са лесен начин за получаване на необходимите сведения. Достатъчно е да се обърнете към редовете, отговарящи на зададените характеристики на мрежата.

Съществуват отделни номограми за полиетиленови и стоманени изделия. При изчислението им са използвани стандартни данни, например грапавостта на вътрешните стени. Затова за правилността на информацията не е нужно да се притеснявате.

Пример за извършване на изчисление

Даден е пример за извършване на хидравлично изчисление с помощта на програма за газопроводи с ниско налягане. В предлаганата таблица с жълт цвят са отбелязани всички данни, които проектантът трябва да въведе самостоятелно.

Те са изброени в точката за компютърното хидравлично изчисление, дадена по-горе. Това са температурата на газа, коефициентът на кинематична вискозност, плътността.

В този случай се извършва изчисление за котли и печки, поради което е необходимо да се посочи точният брой горелки, които могат да бъдат 2 или 4. Точността е важна, защото програмата автоматично ще избере коефициента на едновременност.

На изображението колоните са оцветени в жълто, в които показателите трябва да въведе самият проектант. Отдолу е дадена формула за изчисляване на разхода на участъка.

Струва си да се обърне внимание на номерацията на участъците — тя не се измисля самостоятелно, а се взема от предварително съставена схема, където са посочени аналогични цифри.

След това се записва фактическата дължина на газопровода и така наречената изчислителна, която е по-голяма. Това се случва, защото на всички участъци, където има местно съпротивление, е необходимо да се увеличи дължината с 5-10%. Това се прави, за да се избегне недостатъчно налягане на газ при потребителите. Програмата извършва изчислението самостоятелно.

Общият разход в кубични метри, за който е предвидена отделна колона, на всеки участък се изчислява предварително. Ако къщата е многофамилна, трябва да се посочи броят на жилищата, като се започне с максималната стойност, както се вижда в съответната графа.

Задължително в таблицата се внасят всички елементи на газопровода, при преминаването на които се губи налягане. В примера са посочени термозапорен клапан, спирателен и брояч. Стойността на загубата във всеки случай е взета от паспорта на изделието.

С помощта на една програма могат да се правят изчисления за всички видове газопроводи. На изображението са изчисленията за мрежа със средно налягане.

Вътрешният диаметър на тръбата се посочва според техническото задание, ако горгазът има някакви изисквания, или от предварително съставената схема. В този случай на повечето участъци той е посочен с размер 5 см, тъй като голяма част от газопровода минава по фасадата, а местният горгаз изисква диаметърът да бъде не по-малък.

Дори и повърхностно да се запознаем с дадения пример за извършване на хидравлично изчисление, лесно се забелязва, че освен въведените от човека стойности, присъства голям брой други. Това е резултат от работата на програмата, тъй като след въвеждане на числата в конкретните колони, оцветени в жълто, работата по изчислението за човека е приключена.

Тоест самото изчисление става доста бързо, след което с получените данни може да се отиде за съгласуване в горгаза на вашия град.

Изводи и полезно видео по темата

Това видео дава възможност да се разбере откъде започва хидравличното изчисление и откъде проектантите вземат нужните данни:

В следващото видео е даден пример за един от видовете компютърно изчисление:

След това може да се запознаете с пример за изчисление с използване на компютърна програма:

За да извършите хидравлично изчисление с помощта на компютър, както позволява профилният Сборник правила, е достатъчно да отделите малко време за запознаване с програмата и събиране на необходимите данни.

Но всичко това няма практическо значение, тъй като съставянето на проект е процедура много по-обемна и включва множество други въпроси. Поради това повечето граждани ще трябва да се обърнат за помощ към специалисти.

Появиха се въпроси, открихте недостатъци или можете да допълните нашия материал с ценна информация? Оставете вашите коментари, задавайте въпроси, споделяйте опит в разположения по-долу блок.