Расчет диаметра газопровода: пример расчета и особенности прокладки газовой сети

Расчет гидравлики системы отопления

Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Шаг 1: считаем диаметр труб

В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

Формула для расчёта скорости теплопотока

4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

• расход мощности – 1 кВт на 30 м³
• запас тепловой мощности – 20%

• объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
• расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
• запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
• итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:

Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм. Участок: 3-4. Длина участка: 2.8 метров.

Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

Факторы возникновения сопротивления:

Трубы для отопления

• в самой трубе:
  • шероховатость;
  • место сужения/расширения диаметра;
  • поворот;
  • протяжённость.
• в соединениях:
  • тройник;
  • шаровой кран;
  • приборы балансировки.

Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

1. длина трубы на расчётном участке/l,м;
2. диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
3. принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
4. данные регулирующей арматуры от производителя;
5. справочные данные:
   • коэффициент трения/λ;
   • потери на трение/∆Рl, Па;
   • расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
6. технические характеристики изделия:
   • эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
   • толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).

Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

• проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления );
• данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
• технические характеристики арматуры.
• количество местных сопротивлений на участке.

Задача. выровнять гидравлические потери в сети.

В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность). По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:

• ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
• А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

Приведенный коэффициент:

Шаг 4: определение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

• первичного контура/ΔPIк ;
• местных систем/ΔPм;
• теплогенератора/ΔPтг;
• теплообменника/ΔPто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

Полимерные трубопроводы

Полимерный материал, применяемый для производства газовых труб, способен выдерживать высокую температуру и давление.

Трубы из ПНД (полиэтилена низкого давления) наиболее часто применяют для прокладки подземных газовых трубопроводов. Для соединения отдельных участков полиэтиленовых газопроводов используют стыковой метод.

Он заключается в разогреве торца каждого отрезка газовой трубы и последующего соединения их под определенным давлением. Таким образом, производится межатомное соединение материала газовых труб.

Достаточно новая разновидность, очень простая и востребованная. Для выполнения работ не требуется высокой квалификации. Сварное соединение выдерживает давление не более 40 атм.

При сборке трубопроводов большого диаметра используется специальное оборудование, для сборки трубопроводов небольшого сечения используется ручной инструмент.

Независимо от толщины газовых труб, работа ведется одним способом. Осуществляется сильный разогрев. Потом сдавливание и получение стыка. Соединение труб малого диаметра производится с помощью электрических муфт. Температура нагрева кромок не более 2700.

Какие документы понадобятся?

Прежде чем приступать непосредственно к монтажу, придется заняться сбором необходимых бумаг. Чтобы сделать это в максимально сжатые сроки, необходимо сразу приготовить паспорт, а также документацию, которая подтверждает владение участком и расположенным на нем домом.

Следующий этап заключается в подаче заявления в соответствующую службу. В нем изъявляется желание газифицировать дом. Сотрудники выдадут бланк, где перечислены все технические условия.

Выданный газовой службой документ заполняет специалист, занимающийся составлением проекта. Выбирайте квалифицированного проектировщика. Ведь от его компетентности зависит результат работы и безопасность жильцов

Согласно проекту проводится монтаж газовой сети. Иногда трубы прокладываются через участки соседей. В этом случае необходимо запросить у них письменное разрешение на проведение такого рода работ.

Помимо перечисленных выше бумаг, также нужно будет получить следующие документы:

• акт ввода оборудования, работающего на газу, в эксплуатацию;
• договор о составлении технической документации и проведении работ;
• разрешение на поставку природного газа и оплату этой услуги;
• документ об установке оборудования и газификации дома.

Также потребуется обследование дымохода. После этого специалисты выдадут соответствующий акт. Последний документ — разрешение на газификацию частного дома — выдается местной архитектурно-планировочной компанией.

Определение диаметра газопровода

Внутренний диаметр участка газопровода можно определять из уравнения расхода газа, проходящего по данному участку. Это уравнение имеет вид

— расчётный расход газа

где f, м 2 – площадь поперечного сечения трубы.

м 2 , тогда

с– скорость газа в газопроводе, м/с

Согласно СП 42-101-2003 для надземных и внутренних газопроводов с учётом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более:

с = 7 м/с для газопроводов низкого давления

с = 15 м/с для газопроводов среднего давления

с = 25 м/с для газопроводов высокого давления

Для подземных газопроводов можно принимать более высокие скорости.

Исходя из вышеприведённых формул предварительно внутренний газопровода определяется по формуле:

, м

где Вр, м 3 /ч – действительный расход газа на участке при рабочих параметрах газа Р и t.

По каталогу выбирают стандартную трубу с внутренним диаметром близким по своему значению к d’, причём принимают ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.

При расчёте газопроводов низкого давления можно пренебречь изменением плотности и удельного объёма газа при изменении давления, т.е. условно можно принять действительный расход газа (при рабочих параметрах) равным расходу газа при нормальных условиях (при t=0˚C; Р=760 мм рт.ст.), тогда Вр=В, м 3 /ч.

В – расход газа при нормальных условиях берётся из паспортов газопотребляющих агрегатов или из их теплового расчёта.

При расчёте газопроводов среднего и высокого давления необходимо учитывать изменение плотности и удельного объёма газа при изменении его давления, т.е. следует известный расход газа при нормальных условиях В перевести в расход газа при заданных рабочих параметрах по формуле:

, м 3 /ч

где

, мм рт. ст. – рабочее давление газа избыточное (по манометру); , мм рт. ст. – атмосферное давление (по барометру); , ˚C – рабочая температура газа.

Если выражение для Вр подставить в формулу d’ и выразить давление в МПа, то получим формулу:

, мм

где

– расход газа при нормальных условиях, м 3 /ч;

Р– рабочее давление газа (абсолютное), МПа; Р = Рр + Рб

t, ˚C – рабочая температура газа.

Эта формула приведена в СНиП 2.04.08-87 “Газоснабжение”

В настоящее время согласно СП 42-101-2003 внутренний диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле:

,см где А, b, m, n – коэффициенты, зависящие от категории газопровода и материала труб, определяются по таблицам 1 и 2.

В, м 3 /ч – расчётный расход газа при нормальных условиях;

∆Руд – удельные потери давления (Па/м – для газопроводов низкого давления, МПа/м – для газопроводов среднего и высокого давления), определяемые по формуле:

, Па/м; МПа/м,

где

— допустимые потери давления (Па – для газопроводов низкого давления, МПа/м – для газопроводов среднего и высокого давления). , м – расстояние от начальной точки до самой удалённой точки газопровода.

Категория газопроводов	А
Низкого давления	10 6 /162π 2 =626,1
Среднего и высокого давления	Р/(Р∙162π 2 )

Р=0,101325 МПа – нормальное атмосферное давление (760 мм рт.ст.)

Р, МПа – усреднённое давление газа (абсолютное) в газовой сети.

Материал труб	b	m	n
Сталь	0,022
Полиэтилен	0,0446	1,75	4,75

Расчётные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удалённого прибора) принимаются не более 1800 Па, в том числе в распределительных газопроводах – 1200 Па, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах – 600 Па.

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

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.

В зависимости от давления

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

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).

По счетчику и без

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.

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

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

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.

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.

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.

Источник

Как рассчитать диаметр газопровода?

При составлении проекта особое внимание уделяется диаметру трубы. Делать это будет проектировщик, используя сложные формулы или программу

Чтобы не забивать себе голову разнообразными формулами, хорошим выбором будет воспользоваться одной из специализированных программ. Благо таких ПО в интернете полным-полно. Пользоваться калькуляторами проще простого — нужно лишь заполнить поля соответствующей информацией.

Чтобы определить оптимальный диаметр газопроводной магистрали, можно воспользоваться таблицей. Для получения необходимого значения нужно лишь выбрать необходимую величину расхода топлива

Стандартные расценки на подключение частного домохозяйства к магистральному газу приведены здесь. Владельцам загородных участков стоит знать, “во что обойдется” газификация.

Влияние материала трубы на расчет

Для строительства газопроводов могут использоваться трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях используются изделия из меди. В ближайшее время массовое использование получит металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, влияющему на процесс движения газа. К тому же у стальных изделий этот показатель значительно выше, чем у пластмасс

Сегодня необходимую информацию можно получить только по стальным и полиэтиленовым трубам. Следовательно, проектирование и гидравлический расчет могут выполняться только с учетом их характеристик, как того требует Кодекс поведения профиля. А также в документе указываются данные, необходимые для расчета.

Коэффициент шероховатости всегда соответствует следующим значениям:

• для уже использованных стальных изделий – 0,1 см;
• для всех полиэтиленовых труб, независимо от того, новые они или нет, – 0,007 см;
• для новых металлоконструкций – 0,01 см.

Для любого другого типа труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому использовать их для строительства нового газопровода не стоит, так как специалистам Горгаза могут потребоваться доработки. И это, опять же, дополнительные расходы.

Нормы и стандарты прокладки труб

В жилые здания газ поступает через вводы, идущие от распределяющих топливных станций. Как правило, они устанавливаются на цокольном этаже и дальше прокладываются по лестничным клеткам.

Труба, которая подводится к жилому зданию, в обязательном порядке изготавливается бесшовным методом, а толщина ее стенки составляет не менее 3,5 мм.

При подводе магистрали к частному дому она должна располагаться от труб водопровода и теплосети на расстоянии не менее 15 см. В случае с телефонными или электрическими кабелями эта величина увеличивается до полуметра.

Газопровод преимущественно изготавливается из стали. Поэтому, чтобы предотвратить коррозию трубы, она покрывается специальным изолирующим материалом. Благодаря этому конструкция не соприкасается с влажным грунтом.

Прокладывать газопровод в какой-либо жилой комнате категорически запрещается. Он должен быть размещен в отдельном хорошо проветриваемом помещении

Какие документы понадобятся?

Прежде чем приступать непосредственно к монтажу, придется заняться сбором необходимых бумаг. Чтобы сделать это в максимально сжатые сроки, необходимо сразу приготовить паспорт, а также документацию, которая подтверждает владение участком и расположенным на нем домом.

Следующий этап заключается в подаче заявления в соответствующую службу. В нем изъявляется желание газифицировать дом. Сотрудники выдадут бланк, где перечислены все технические условия.

Выданный газовой службой документ заполняет специалист, занимающийся составлением проекта. Выбирайте квалифицированного проектировщика. Ведь от его компетентности зависит результат работы и безопасность жильцов

Согласно проекту проводится монтаж газовой сети. Иногда трубы прокладываются через участки соседей. В этом случае необходимо запросить у них письменное разрешение на проведение такого рода работ.

Помимо перечисленных выше бумаг, также нужно будет получить следующие документы:

• акт ввода оборудования, работающего на газу, в эксплуатацию;
• договор о составлении технической документации и проведении работ;
• разрешение на поставку природного газа и оплату этой услуги;
• документ об установке оборудования и газификации дома.

Также потребуется обследование дымохода. После этого специалисты выдадут соответствующий акт. Последний документ — разрешение на газификацию частного дома — выдается местной архитектурно-планировочной компанией.

Нормы и стандарты прокладки труб

Подача газа в жилые дома осуществляется за счет впрыска от топливораспределительных станций. Как правило, их устанавливают в подвале, а затем кладут подъезды. Труба, которая подводится к жилому дому, обязательно выполняется бесшовным способом, а толщина ее стенки составляет не менее 3,5 мм.

При подводке магистрали к частному дому она должна располагаться на расстоянии не менее 15 см от водопроводных труб и тепловой сети. В случае телефонных или электрических кабелей это значение увеличивается до полуметра.

Трубопровод в основном стальной. Поэтому, чтобы предотвратить коррозию трубы, ее покрывают специальным изоляционным материалом. Благодаря этому конструкция не соприкасается с влажной землей.

прокладывать газопровод в любом жилом помещении категорически запрещено. Его следует разместить в отдельном, хорошо проветриваемом помещении

Основные разновидности газопроводов

Существует три вида магистралей. Первая — это газопровод низкого давления. Для такой системы максимально допустимое давление составляет 5 кПа. Чаще всего этот тип прокладывается в небольших населенных пунктах. Также он используется для газоснабжения медицинских учреждений, жилых построек, детских и общественных сооружений.

Для второй разновидности — магистрали среднего давления — поток топлива может подаваться с силой до 0,3 МПа. Сфера применения этого типа ограничивается обеспечением газом квартальных и районных регуляторных станций.

Что касается магистрали высокого давления, то она предназначена для подвода топлива к крупным промышленным предприятиям. Для владельцев частных домов такое решение неактуально. Ведь в коттедж газ подается при помощи трубы, давление в которой не превышает отметку 5 кПа.

Прокладка магистрали представляет собой сложный и трудоемкий процесс. Чтобы обезопасить себя и свой дом от утечки газа, необходимо использовать качественную арматуру и следовать рекомендациям специалистов

Подробно о параметрах давления и классификации газопроводных сетей по его значению написано в статье, с содержанием которой мы рекомендуем ознакомиться.