Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним уровнем системы газоснабжения НП. Для больших и средних НП их проектируют кольцевыми (резервированными), и только для малых НП они могут выполняться в виде разветвленных сетей.

Расчетный перепад давления для сетей высокого (среднего) давления следует определять исходя из условия создания при допустимых перепадах давления наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивую работу ГРП и ГРУ. Поэтому начальное давление следует принимать максимальным по [2] для данного вида газопровода, а конечное давление таким, чтобы при максимальной нагрузке сети обеспечивалось минимально допустимое давление газа перед регуляторами ГРП и ГРУ. В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление примерно 0,15-0,2 МПа.

При расчете кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы газоснабжения при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв должен проверяться расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций, которые происходят при выключении головных участков сети.

Ввиду кратковременности аварийных ситуаций допускается некоторое снижение качества системы, оцениваемое коэффициентом обеспеченности К_об, который зависит от категории потребителей.

При аварийной ситуации диспетчерской службой принимаются меры по сокращению потребления газа. Такое сокращение можно осуществить уменьшением подачи тепла на отопление зданий и горячее водоснабжение, прекращением работы второстепенных цехов промпотребителей или переводом их на резервное топливо. Однако во всех случаях режим давлений в газовой сети должен обеспечивать нормальную работу газогорелочных устройств неотключенных агрегатов.

Для коммунально-бытовых потребителей К_об может быть принят в размере 0,8-0,85, для отопительных котельных 0,7-0,75, а для промпотребителей, имеющих резервное топливо, К_об =0. При отсутствии резервного топлива сокращение подачи газа зависит от сокращения подачи тепла на отопление. Для технологических нужд сокращать подачу газа не следует. Таким образом, К_об может быть определен для всех сосредоточенных потребителей и на его основе могут рассчитываться аварийные гидравлические режимы.

Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчету, два: при выключении головных участков сети слева и справа от точки питания. Так как при этом однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, диаметр кольца можно определить из расчета аварийного режима при лимитированном газоснабжении.

Основными исходными данными для гидравлического расчета газопроводов среднего давления являются: схема сети, расчетные расходы газа всех потребителей и перепад давления в сети, то есть разница давлений на выходе газа из ГРС и в самой удаленной от нее точке потребления по схеме.

Используя расчетный расход газа и удельную потерю давления на участке, определяют диаметры участков и уточняют потери давления на них.

Гидравлический расчет газопроводов среднего давления во всей области турбулентного режима движения газа проводят по формуле

 (12)

где Р_н, Р_к – абсолютное давление газа в начале и конце газопровода, МПа;

L – длина рассчитываемого участка, км;

К_э – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см;

d – внутренний диаметр газопровода;

v – коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

ρ – плотность газа, кг/м³, при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа;

Q – расход газа, нм³/ч.

Расчет с использованием приведенной формулы требует значительного времени и довольно затруднителен. Поэтому для расчета газопроводов среднего и высокого давлений используют номограммы, составленные для наиболее распространенных в газовой технике труб.

Потери давления в местных сопротивлениях рекомендуется учитывать путем увеличения действительной длины газопроводов на 10%, т.е. приведенная длина расчетного участка больше действительной в 1,1 раза.

Расчет однокольцевой сети газопроводов выполняется в следующей последовательности:

1. Составляется расчетная схема газопроводной сети: нумеруются участки, проставляются их расчетные длины, выписываются расчетные расходы газа каждым сосредоточенным потребителем.

2. Производится предварительный расчет диаметра кольца по приближенным зависимостям

Q_р=0,59×∑К_об×Q_i (13)

, (14)

где Q_p – расчетный расход газа, нм³/ч;

Q_i – расчетные расходы газа потребителями, нм³/ч;

K_об.i – коэффициенты обеспеченности газом потребителей;

Р_н; Р_к – абсолютные давления газа в начале и конце сети, кПа;

l_к – протяженность расчетного кольца, м;

1,1 – коэффициент, учитывающий местные сопротивления;

0,59 – приближенное значение коэффициента α в формуле определения расчетного расхода, когда газопровод несет путевую нагрузку.

При этом целесообразно принимать диаметр кольца постоянным. Если это не удается, то участки газопроводов, расположенные диаметрально противоположно точке питания, следует принимать меньшего диаметра, но не менее 0,75 диаметра головного участка.

3. Выполняется два варианта гидравлического расчета аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания. При этом кольцевая сеть становится тупиковой, при которой потоки газа движутся от головного ГРП до крайних точек. Определяются суммированием расчетные расходы газа каждого участка сети, начиная эту операцию от конца тупика по направлению к головному ГРП. Диаметры участков корректируются так, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения. Для всех ответвлений рассчитываются диаметры газопроводов на полное использование перепада давления при лимитированном отборе газа.

4.  Рассчитывается распределение потоков газа при нормальном режиме работы сети и определяются давления газа во всех узловых точках.

5. Проверяются диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при расчетном гидравлическом режиме. В случае необходимости диаметры отводов увеличиваются до необходимых размеров.

В связи с тем, что указанные номограммы составлены для расчета стальных газопроводов, полученные значения диаметров, вследствие более низкого коэффициента шероховатости полиэтиленовых труб, следует уменьшать на 5-10%.

Гидравлический расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец при максимальном использовании допустимой потери давления газа. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10%.

При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - для; газопроводов среднего давления, 26 м/с - для газопроводов высокого давления.

В проекте нагрузки распределены следующим образом:

На ШРП №1 – 101,8 м³/ч;

На ШРП №2 – 22 м³/ч;

На ШРП №3 – 101,8 м³/ч;

На ШРП №4 – 18,2 м³/ч;

На ШРП №5 – 161 м³/ч;

На ШРП №6 – 18,2 м³/ч;

Котельная №1 – 727,9 м³/ч;

Котельная №2 – 727,9 м³/ч;

Промышленное предприятие – 392 м³/ч;

Расчетный расход газа потребителями ∑V_р=2292,7 м³/ч;

Таблица 9. Расчетные длины участков

∑ l=1610 м.

Определим диаметр кольца по расчетному расходу:

V_p=0,59×0,7×2268,5=937 м³/ч,

и удельному падению квадрата давления:

кПа²/м.

Потери давления на местные сопротивления приняты в размере 10% от линейных потерь.

Диаметр газопровода определяем по номограмме, он равен 160 мм.

Производим расчеты для аварийных режимов при выключении головных участков 1-10 и 1-2. Узловые расходы на участках принимаем равными 0,7 V_p.

При отключении участка 1-10 кольцевая сеть становится тупиковой. По выбранному диаметру и расходу на участке по номограмме определяем величину удельного падения квадрата давления и давление в конце участка по формуле

 (15)

где Р_к – давление в конце участка, Па;

L – длина участка, м;

R_д – действительная величина удельного падения квадрата давления,

кПа²/м.

В процессе расчета выяснилось, что кольцевой газопровод диаметром 160 мм обеспечивает необходимое давление в концевых точках.

Рассчитаем диаметры ответвлений для аварийных режимов при подаче газа потребителям в объеме V=К_об×V_р, м³/ч. Сначала определим давление газа в начале всех ответвлений. Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления Р_н.отв. выбираем наименьшее. Для этого давления и подбираем диаметр ответвления при условии, чтобы давление в конце ответвления Р_к.отв. было не менее 100 кПа. Кроме того, диаметры менее 63 мм не проектируем.

Результаты расчета представлены в приложении А.