Определить расход газа по диаметру трубы

Определить расход газа по диаметру трубы

Определение пропускной способности трубопроводов ГРС

Б.К. Ковалев, заместитель директора по НИОКР

В последнее время все чаще приходится сталкиваться с примерами, когда оформление заказов на промышленное газовое оборудование ведут менеджеры, не имеющие достаточного опыта и технических знаний в отношении предмета закупок. Иногда результатом становится не вполне корректная заявка или принципиально неверный подбор заказываемого оборудования. Одной из наиболее распространенных ошибок является выбор номинальных сечений входного и выходного трубопроводов газораспределительной станции, сориентированный только на номинальные значения давления газа в трубопроводе без учета скорости потока газа. Цель данной статьи – выдача рекомендаций по определению пропускной способности трубопроводов ГРС, позволяющих при выборе типоразмера газораспределительной станции проводить предварительную оценку ее производительности для конкретных значений рабочих давлений и номинальных диаметров входного и выходного трубопроводов.

При выборе необходимых типоразмеров оборудования ГРС одним из основных критериев является производительность, которая в значительной мере зависит от пропускной способности входного и выходного трубопроводов.

Пропускная способность трубопроводов газораспределительной станции рассчитывается с учетом требований нормативных документов, ограничивающих максимально допустимую скорость потока газа в трубопроводе величиной 25м/с. В свою очередь, скорость потока газа зависит главным образом от давления газа и площади сечения трубопровода, а также от сжимаемости газа и его температуры.

Пропускную способность трубопровода можно рассчитать из классической формулы скорости движения газа в газопроводе (Справочник по проектированию магистральных газопроводов под редакцией А.К. Дерцакяна, 1977):

где W— скорость движения газа в газопроводе, м/сек;
Q — расход газа через данное сечение (при 20°С и 760 мм рт. ст.), м 3 /ч;
z — коэффициент сжимаемости (для идеального газа z = 1);
T = (273 + t °C) — температура газа, °К;
D — внутренний диаметр трубопровода, см;
p = (Pраб + 1,033) — абсолютное давление газа, кгс/см 2 (атм);
В системе СИ (1 кгс/см 2 = 0,098 МПа; 1 мм = 0,1 см) указанная формула примет следующий вид:

где D — внутренний диаметр трубопровода, мм;
p = (Pраб + 0,1012) — абсолютное давление газа, МПа.
Отсюда следует, что пропускная способность трубопровода Qmax, соответствующая максимальной скорости потока газа w = 25м/сек, определяется по формуле:

Для предварительных расчетов можно принять z = 1; T = 20?С = 293 ?К и с достаточной степенью достоверности вести вычисления по упрощенной формуле:

Значения пропускной способности трубопроводов с наиболее распространенными в ГРС условными диаметрами при различных величинах давления газа приведены в таблице 1.

Расчеты расхода газа по давлению и диаметру

Затраты газа в квартире или частном домостроении рассчитываются для определения расходов на отопление, подогрев воды и приготовление пищи. Расчет производится на проектном этапе или перед приобретением котельного оборудования. Средний и максимальный расход газа в этих случаях подсчитывается по определенной методике, результат дает представление о количестве потребляемого топлива.

Влияние на расход газа

На расход газа влияет мощность котла и качество смеси

Потребление газа зависит от различных факторов. В больших домах ставятся котлы, которые расходуют больше топливной смеси, чем агрегаты в маленьких строениях или квартирах.

• мощность котла;
• температура на улице;
• качество газовой смеси.

Некоторые газораспределительные компании подают в трубопровод неосушенные газовые смеси, которые содержат влагу и примеси. Калорийность снижается и увеличивается потребляемый объем.

Расчет расхода газа

Мощность котла или конвектора зависит от потерь тепла в строении. Средний подсчет проводится с учетом общей площади дома.

При расчете расхода газа учитываются нормы прогрева квадратного метра при высоте потолков до 3 м:

• в южных регионах берется 80 Вт/м²;
• в северных — до 200 Вт/м².

В формулах учитывается суммарная кубатура отдельных комнат и помещений в здании. На нагревание каждого 1 м³ общего объема выделяется 30 – 40 Вт в зависимости от района.

По мощности котла

Баллонный и природный газ рассчитывается в разных единицах

Расчет основывается на мощности и площади отопления. Применяется усредненный показатель расхода — 1 кВт на 10 м². Следует уточнить, что берется не электрическая мощность котла, а тепловая мощность оборудования. Часто такие понятия подменяются, и получается неправильный расчет потребления газа в частном доме.

Объем природного газа измеряется в м³/ч, а сжиженный — в кг/ч. Практика показывает, что на получение 1 кВт тепловой мощности расходуется 0,112 м³/ч магистральной топливной смеси.

По квадратуре

Удельное потребление тепла рассчитывается по представленной формуле, если разница между уличной и внутренней температурой составляет примерно 40°С.

Используется соотношение V = Q / (g · K / 100), где:

• V — объем природного газового топлива, м³;
• Q — тепловая мощность оборудования, кВт;
• g — наименьшая калорийность газа, обычно равняется 9,2 кВт/м³;
• K — коэффициент полезного действия установки.

Читайте так же: Как выбрать сварку для пластиковые трубы

В зависимости от давления

Количество газа фиксируется счетчиком

Объем газа, проходящего по трубопроводу, измеряется счетчиком, а расход подсчитывается в виде разницы между показаниями в начале и конце пути. Измерение зависит от порога давления в суживающемся сопле.

Ротационные счетные приборы используются для измерения давления больше 0,1 МПа, а разница уличной и внутренней температуры составляет 50°С. Показатель расхода газового топлива считывается при нормальном состоянии окружающей среды. В промышленности пропорциональными условиями считается давление 10 – 320 Па, разница температур 20°С и относительная влажность воздуха 0. Расход топлива выражается в м³/ч.

Расчет по диаметру

Расчет диаметра газопровода выполняется перед началом строительства

Скорость газа в газопроводе высокого давления зависит от площади сечения коллектора и составляет в среднем 2 – 25 м/с.

Пропускная способность находится по формуле: Q = 0.67 · D² · p, где:

• Q — расход газа;
• D — условный проходной диаметр газопровода;
• p — рабочее давление в газопроводной трубе или показатель абсолютного давления смеси.

На величину показателя влияет наружная температура, нагрев смеси, избыточное давление, атмосферные характеристики и влажность. Расчет диаметра газопровода делается при составлении проекта системы.

С учетом теплопотерь

Для расчета потребления газовой смеси требуется знать тепловые потери строения.

Используется формула Q = F (T1 – T2) (1 + Σb) · n / R, где:

• Q — теплопотери;
• F — площадь утепляющего слоя;
• Т1 — наружная температура;
• Т2 — внутренняя температура;
• Σb — сумма дополнительных потерь тепла;
• n — коэффициент расположения защитного слоя (в специальных таблицах);
• R — сопротивление передаче тепла (рассчитывается в конкретном случае).

Определение теплопотерь представляет собой сложный подсчет и проводится специалистами на стадии проекта. Можно заказать нахождение потерь на любом этапе эксплуатации строения.

По счетчику и без

Расход газа зависит от утепления стен и климатических условий региона

По прибору определяется расход газа за месяц. Применяются стандартные нормы расхода смеси, если счетчик не установлен. Для каждого региона страны нормативы устанавливаются отдельно, но в среднем принимаются из расчета 9 — 13 м³ в месяц на одного человека.

Показатель устанавливается местными органами самоуправления и зависит от климатических условий. Расчет ведется с учетом числа владельцев помещения и людей, фактически проживающих на указанной жилплощади.

Расчет расхода сжиженного газа

Расчет газа с применением пропана или бутана имеет свои особенности, но не представляет особых сложностей. Имеет значение плотность горючего вещества, которая изменяется с повышением или понижением температуры и зависит от состава газовой смеси. Постоянным остается только вес сжиженного топлива.

Объем используемого газа отличается зимой и летом, поэтому нет смысла применять единицы м³ для определения расхода сжиженного газа на 1 кВт тепла, для обозначения берутся килограммы, которые не меняются при смене сезонов.

Расчет на 1 кВт тепла

Количество рассчитывается на отопление дома и подогрев воды в системе. Если на газе готовится еда, это нужно учитывать дополнительно.

Используется формула Q = (169.95 / 12.88) · F, где:

• Q — масса топлива;
• 169,95 — годовая сумма кВт на обогрев 1 м² дома;
• 12,88 — теплотворная способность пропана;
• F — квадратура строения.

Полученное значение умножается на стоимость 1 кг сжиженной смеси, чтобы посчитать расход на закупку требуемого количества. Цена обычно дается за 1 кг, а не за 1 м³, что следует учитывать.

Какое количество тепла отдает сжиженный газ и природный

Состав природного вида топлива (метан) определяется местом его залегания в земле. Теплота сгорания вещества — от 7 тыс. 600 до 8 тыс. 500 ккал/м³, т. е. такое количество тепла отдает при сжигании 1 м³ газа.

В качестве конденсированного топлива используется смесь бутана и пропана. Аналогичный показатель вещества составляет 9 тыс. 500 ккал/м³. Паровая фаза смеси (сгораемая взвесь в м³) считается при испарении жидких литров (в килограммах или литрах).

Уменьшение потребления газа

Экономия газа напрямую связана с уменьшением потерь тепла. Ограждающие конструкции, такие как стены, потолок, пол в доме обязательно защищаются от влияния холодного воздуха или грунта. Применяется автоматическая регулировка работы отопительного оборудования для результативного взаимодействия наружного климата и интенсивности работы газового котла.

Утепление стен, кровли, потолков

Уменьшить расход газа можно с помощью утепления стен

Наружный теплозащитный слой создает преграду для охлаждения поверхностей, чтобы потребить наименьшее количество топлива.

Статистика показывает, что часть нагретого воздуха уходит через конструкции:

• крыша — 35 – 45%;
• неутепленные оконные проемы — 10 – 30%;
• тонкие стены — 25 – 45%;
• входные двери — 5 – 15%.

Полы защищаются материалом, который имеет допустимую влагопроницаемость по норме, т. к. при намокании теряются теплоизоляционные характеристики. Стены лучше изолировать снаружи, потолок утепляется со стороны чердака.

Замена окон

Пластиковые окна пропускают меньше тепла зимой

Современные металлопластиковые рамы с двух- и трехконтурными стеклопакетами не пропускают воздушных потоков и препятствуют сквознякам. Это ведет к уменьшению потерь через щели, которые были в старых деревянных рамах. Для проветривания предусматриваются поворотно-откидные механизмы створок, способствующие экономному расходованию внутреннего тепла.

Стекла в конструкциях оклеиваются специальной энергосберегающей пленкой, которая пропускает внутрь ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, но препятствует обратному их проникновению. Стекла снабжаются сетью элементов, подогревающих площадь для оттаивания снега и льда. Существующие конструкции рам дополнительно утепляются полиэтиленовой пленкой снаружи или используются плотные шторы.

Читайте так же: В чем недостатки железобетонных труб

Другие способы

Выгодно применять современные конденсационные котлы на газовом топливе и ставить автоматизированную координационную систему. На все радиаторы устанавливаются термоголовки, а на обвязке агрегата монтируется гидрострелка, что экономит 15 – 20% тепла.

В отопительной системе ставятся детекторы, регуляторы температуры, которые регулируют мощность котла в зависимости от состояния наружного климата. Если на улице теплая погода, результативнее и экономичнее перейти на отопление кондиционерами.

Гидравлический расчет газопроводов(методика СП 42-101-2003)

На портале можно провести онлайн гидравлический расчет газопроводов в теме «ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ (ГАЗОПРОВОДОВ)».

На данной странице изложена методика на основании которой составлен расчет.

Пример гидравлического расчета:

РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ГАЗОПРОВОДА И ДОПУСТИМЫХ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ

3.21 Пропускная способность газопроводов может приниматься из условий создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивость работы ГРП и газорегуляторных установок (ГРУ), а также работы горелок потребителей в допустимых диапазонах давления газа.

3.22 Расчетные внутренние диаметры газопроводов определяются исходя из условия обеспечения бесперебойного газоснабжения всех потребителей в часы максимального потребления газа.

3.23 Расчет диаметра газопровода следует выполнять, как правило, на компьютере с оптимальным распределением расчетной потери давления между участками сети.

При невозможности или нецелесообразности выполнения расчета на компьютере (отсутствие соответствующей программы, отдельные участки газопроводов и т.п.) гидравлический расчет допускается производить по приведенным ниже формулам или по номограммам (приложение Б), составленным по этим формулам.

3.24 Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего давления принимаются в пределах категории давления, принятой для газопровода.

3.25 Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 180 даПа, в том числе в распределительных газопроводах 200 даПа, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах — 60 даПа.

3.26 Значения расчетной потери давления газа при проектировании газопроводов всех давлений для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых предприятий и организаций коммунально-бытового обслуживания принимаются в зависимости от давления газа в месте подключения с учетом технических характеристик принимаемого к установке газового оборудования, устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования технологического режима тепловых агрегатов.

3.27 Падение давления на участке газовой сети можно определять:

где Р_н — абсолютное давление в начале газопровода, МПа;

Р_к — абсолютное давление в конце газопровода, МПа;

l — расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

r₀ — плотность газа при нормальных условиях, кг/м 3 ;

где Р_н — давление в начале газопровода, Па;

Р_к — давление в конце газопровода, Па;

Примечание сайта: Выбор диаметров газопровода на стадии гидравлического расчета происходит по сортаменту выбранной трубы или из типового ряда условных диаметров. Данные из сортамента труб можно получить онлайн на сайте в программе «СОРТАМЕНТ ТРУБ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ (СТАЛЬНЫХ, ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ И Т.Д.). КАЛЬКУЛЯТОР ТРУБ ОНЛАЙН».

3.28 Коэффициент гидравлического трения l определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса,

Q₀, d — обозначения те же, что и в формуле (3), и гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию (6),

(Примечание :в формуле №6 допущена опечатка. Вместо знака равно должен быть знак умножения)

n — эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных — 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных — 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации — 0,0007 см;

d — обозначение то же, что и в формуле (3).

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения l определяется:

— для ламинарного режима движения газа Re

— для критического режима движения газа Re = 2000-4000

— при Re > 4000 — в зависимости от выполнения условия (6);

— для гидравлически гладкой стенки (неравенство (6) справедливо):

— для шероховатых стенок (неравенство (6) несправедливо) при Re > 4000

где n — обозначение то же, что и в формуле (6);

d — обозначение то же, что и в формуле (3).

3.29 Расчетный расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы газа, следует определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расходов газа на данном участке.

3.30 Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения фактической длины газопровода на 5—10 %.

3.31 Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетную длину газопроводов определяют по формуле (12)

где l₁ — действительная длина газопровода, м;

— сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода;

d — обозначение то же, что и в формуле (3);

l — коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения и гидравлической гладкости стенок газопровода по формулам (7)—(11).

https://lya-mazhor.ru/articles/opredelit-rashod-gaza-po-diametru-truby/