|
Пропускная способность трубы
|
|
| knmdk | Дата: Четверг, 06.12.2012, 01:05 | Сообщение # 1 |
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Добрый вечер,
Пытаюсь разобраться в принципе гидравлического расчета, чтобы разъяснить этот принцип ГИПу, что называется, на пальцах. Вот такая «реверсивная» ситуация, и детали вот какие...
Идет новая стальная (Кэкв=0,01 см) труба Ду100 (внетренний диаметр 101 мм) по цеху от ГРУ, давление 0,003 МПа. Расстояние до первой газовой горелки 25 м, расход на ней 240 м3/ч. Далее еще через 25 м расположена горелка с расходом 200 м3/ч. Общий расход на трубе — 440 м3/ч, длина трубы 50 м, внутренний диаметр трубы 101 мм.
Я провожу расчет с этими данными в Hydraulic Calculator и получаю, что давление газа у дальней горелки составляет ~0,00238 МПа (опустим точный перевод из мм. вод. ст.).
Далее, я создал в Экселе документ с формулами из СП 42-101-2003 для подсчета перепада давления. Когда я поэтапно проверяю оба участка сети, то конечное давление получается такое же, как и в Hydraulic Calculator. Делаю вывод, что формулы я забил в Эксель верно и что правильно выбираю условие для числа Рейнольдса. И вроде бы надо похвалить себя и работать дальше.
Но! В этом же СП 42-101-2003 есть еще одна формула 15 под пунктом 3.39, которая описана так:
«При выполнении гидравлического расчета газопроводов, проведенного по формулам (5)—(14), а также по различным методикам и программам для электронно-вычислительных машин, составленным на основе этих формул, расчетный внутренний диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле (15)»
Я забил и эту формулу в Эксель. Но когда я ввожу те же исходные данные по расходу, длине и прочие, а так же выбираю нужные переменные по таблицам 6 и 7 (это все там же в СП), то получается, что внутренний диаметр должен быть 161 мм! Это при потерях 10 Па/м, то есть 500 Па, то есть 0,0005МПа. По этой формуле плучается, что чтобы на грелку пришло давление 0,0025 МПа, надо диаметр в полтора раза больше.
И забил бы я на это, и доверился бы программе, но во-первых на душе неспокойно, а во-вторых ГИП настойчиво ссылается на то, что нужно применять только аналогичную формуле (15) формулу из СНиП 2.04.08-87, она там под номером (13) в приложении 4. Выглядит она совсем по-другому, а результат при таких же исходных данных получается в виде диаметра 148 мм!
Как вы понимаете, в обоих случаях 101 мм вообще никак не вяжется:
- в формуле (15) это получается только при допустимых потерях 1000 Па/м (то есть получится отрицательное давление, если вычесть из начального давления получившееся с учетом потерь конечное: 0,003-0,005)
- в формуле (13) это получается только если выставить скорость газа для среднего давления (она в два раза выше).
И главная проблема: ГИП говорит, что Ду100 просто «не пропустит» 440 м3 газа. Он утверждает, что формула (13) из СНиП 2.04.08-87 служит для определения пропускной способности трубы длиной один метр при заданном расходе в конце этого участка. При этом, как я понимаю, допустимые потери должны быть равны 0. Но если принять эту гипотезу и проверить ее по формуле (15), то все снова не сходится (получается 185мм вместо 148мм).
Поскольку я в своих изысканиях зашел в тупик, а сроки сдачи проекта прошли, попытаюсь сформулировать правильно вопросы:
1. Зачем вообще нужны формулы (15) и (13) из соотв. документов? Каким образом полученные диаметры должны быть использованы в качестве отправной точки при гидравлическом расчете?
2. Правилен ли следующий принцип определения пропускной способности трубы: если при исходном давлении 0,003МПа давление в конечной точке составило более 0,0018МПа, то горелка получит свои требуемые, допустим, 200 м3? При каком давлении в конечной точке горелка не сможет работать в полную мощность (возьмем потребление при полной нагрузке 200 м3)?
3. Как при подборе диаметра трубы должны применяться формулы для вычисления потерь давления: какой алгоритм?
Очень надеюсь на вашу поддержку, так как сам чувствую, что прав, и вот они расчеты но объяснить, что зачем/за чем тяжело. Файл Экселя прикладываю в доказательство проделанных изысканий. Вдруг кому и пригодится, плюс там все формулы есть, о которых я упоминал.
С уважением!Добавлено (06.12.2012, 00:55)
---------------------------------------------
Расчет падения давления на участке газовой сети.zip - http://yadi.sk/d/EhNVpLuC146ZP Добавлено (06.12.2012, 01:05)
---------------------------------------------
Да, результаты моих вычислений в Экселе совпадают с этой страницей http://proekt-gaz.ru/index/raschet_diametra_gazoprovoda/0-21
И добавлю, что при проверке по скорости газа с помощью http://jproekt.ru/index/0-20 получается, что она для 440 м3 в Ду100 должна быть около 15 м/с. Видимо, это говорит о том, что давление должно быть средним, так как именно в нем скорость принимается не более 15 м/с?
Где ошибка, откуда столько неувязок? Всю голову сломал.
|
| |
|
|
| bark | Дата: Четверг, 06.12.2012, 10:15 | Сообщение # 2 |
|
супер ГИП
Группа: Советник
Сообщений: 2317
Репутация: 117
Город: РФ Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Quote (knmdk) давление 0,003 МПа.
Quote (knmdk) для 440 м3 в Ду100 должна быть около 15 м/с
вы подбираете диаметр под рекомендуемую скорость, а не давление под получаемую скорость при Ду100 (давление и расход у вас заданная величина, а диаметр и скорость вычисляемые).
На низком давлении до 0,005 МПа скорость должна быть не более 7 м/с. вот в калькуляторе методом подбора и выбирайте диаметр, чтобы скорость была менее 7 м/с. А после подбора диаметра исходя из ограничения скорости уже смотрите на суммарные потери - будет ли обеспечено нужное давление перед горелками. Если да, диаметр оставляете, если нет увеличиваете диаметр до нужного.
И не забудьте про газовый коллектор перед котлами - его диаметр еще больше чем внутренний газопровод до него:
http://proekt-gaz.ru/load/29-1-0-53
Quote (knmdk) служит для определения пропускной способности трубы длиной один метр при заданном расходе в конце этого участка
no comment
|
| |
|
|
| knmdk | Дата: Четверг, 06.12.2012, 17:00 | Сообщение # 3 |
|
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Спасибо огромное за подсказку, bark! Никак не мог увязать данные из формулы (13, с применением скорости) и результаты подсчета в программе. Все оказалось банально просто - не заметил кнопку вывода скорости потока на участках (да и вообще про критерий скорости узнал только недавно, чего греха таить, да и руководство по программе читал по диагонали и вообще глупец). Теперь все встало на свои места и полностью совпадает с расчетом по формулам.
Далее, если позволите, интересует вот какой момент. Перепроверив предыдущие проекты, к несчастью, в одном из них обнаружил превышенную скорость газа (10,5 м/с при низком давлении 0,003 МПа). Участок с превышенной скоростью находится в начале сети (первый от ГРПШ) и длиной всего 33 м, но поток на нем большой (более 625 м3). Газопровод уже построен (это газификация строящегося поселка с большим кол-вом потребителей).
Мне пора седеть и брать кредит на переукладку этого участка большим диаметром (со всей арматурой), или же обойдется? Есть ли какая-то допустимая погрешность для скорости газа в зависимости от категории сети по давлению (где про это можно почитать)?
|
| |
|
|
| bark | Дата: Четверг, 06.12.2012, 17:23 | Сообщение # 4 |
|
супер ГИП
Группа: Советник
Сообщений: 2317
Репутация: 117
Город: РФ Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
|
ограничение скорости предусмотрено для снижения шума транспортируемой среды. На эксплуатационные характеристики газопровода мало влияет (если конечно не завышать скорость в несколько раз)
|
| |
|
|
| knmdk | Дата: Четверг, 06.12.2012, 23:40 | Сообщение # 5 |
|
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Что не может не радовать! Капну чуть глубже. Получается, исходя из СП 42-101-2003 3.38, для подземных полиэтиленовых газопроводов можно сильно повышать скорость в рамках обеспечения минимального допустимого давления у потребителя? Под землей ведь шум не важен.
P.S. Читать-то умею, а получается, что тыкаете туда, где черным по белому. Но я это очень ценю, вы уж поверьте и простите.Добавлено (06.12.2012, 21:59)
---------------------------------------------
Так как ГИП настаивает на том, что скорость в сети низкого давления не должна и не может быть больше 7 м/с, прошу по возможности разъяснить такие моменты (если кто-нибудь в силах!):
1. Какая связь между давлением в трубе и скоростью движения газа?
2. Работает ли в газовой трубе уравнение Бернулли и его суть «Давление жидкости (газа), текущей по трубе, меньше там, где скорость её течения больше, и, наоборот, где скорость течения жидкости (газа) меньше, давление там больше.»
3. Каково обоснование с точки зрения физики того, что если в трубу Ду50 длиной 1 км при давлении 0,003 МПа подать 2000 м3/ч газа с расходом в конце трубы 2000 м3/ч, то давление в конце трубы будет 0 МПа, то есть газа не будет, хотя скорость газа будет 139 м/с?
4. Где можно прочитать, каким образом и на основании каких формул были высчитаны данные для п. 3.38 из СП 42-101-2003? Другими словами, почему именно при давлении не больше 0,003 МПа скорость газа не должна быть больше 7 м/с, и что будет, если она превысит 7 м/с? Добавлено (06.12.2012, 23:40)
---------------------------------------------
Почитал книжку «Проектирование и эксплуатация магистральных газопроводов» за авторством Белицкого В.Д. и написал вывод с ответами на свои вопросы. Расчеты приведены в книге. Вывод прошу покритиковать:
Перемещение газа по трубопроводу связано с преодолением сил трения, что приводит к снижению его давления. При снижении давления плотность газа уменьшается и при постоянном массовом расходе это приводит к увеличению объемной производительности и скорости течения газа (*).
Возрастание скорости течения газа сопровождается увеличением потерь давления на преодоление сил трения и переходом части потенциальной энергии в кинетическую.
Таким образом, при известном расходе и бесконечно высокой скорости газа (бесконечно малом диаметре газопровода) потери давления на преодоление сил трения рано или поздно достигнут величины начального давления, и в конечной точке газопровода давление будет равно нулю.
Так как при известном расходе скорость движения газа увеличивается с уменьшением диаметра газопровода, можно объяснить потерями давления на преодоление сил трения, почему в конце очень длинного и тонкого газопровода с большим расходом давление будет равно нулю.
Далее получаем, что скорость движения газа по трубе не является прямым и главным критерием подбора внутреннего диаметра газопровода в промышленном помещении и для подземных газопроводов (когда уровень шума НЕ важен). И при условии соблюдения в конечной точке газопровода минимального необходимого давления скорость газа может значительно превышать значения 7, 15, 25 м/с (для категорий сетей соответственно).
Кроме этого, при малой длине газопроводной трубы потери так же будут незначительные даже при очень высокой скорости потока газа. Благодаря этому принципу внутри ГРУ/ГРПШ используются трубы Ду50.
В заключение, можно сделать вывод о том, что при движении газа по участкам между контрольными точками потери давления на единице длинны трубопровода возрастают и линия изменения давления газа по длине участка не будет прямой.
Примечание (*).
Кроме расчетов из книги, это частично объясняется и уравнением Бернулли: «Давление жидкости (газа), текущей по трубе, меньше там, где скорость её течения больше, и, наоборот, где скорость течения жидкости (газа) меньше, давление там больше».
|
| |
|
|
| zorik2 | Дата: Четверг, 06.12.2012, 23:59 | Сообщение # 6 |
супер ГИП
Группа: Советник
Сообщений: 4009
Репутация: 380
Город: Планета Земля Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Для тех кто хочет понять уравнение Даниила Бернулли http://www.youtube.com/watch?v=u-twVpyAaVU
А еще понять, что есть давление статическое и динамическое. А главное, закон Бернулли является следствием закона сохранения энергии для стационарного потока идеальной (то есть без внутреннего трения) несжимаемой жидкости.
Поэтому просто надо внимательно посмотреть справочник Проектирование газоснабжения. (примеры расчета) Пешехонов Н. И. http://proekt-gaz.ru/load/41-1-0-49
и по примерам, тщательно разобравших в них понять суть расчетов. Это кропотливый труд и и придется потрудится.
|
| |
|
|
| knmdk | Дата: Пятница, 07.12.2012, 00:30 | Сообщение # 7 |
|
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| При всем уважении, я кропотливо тружусь уже не один день над поиском ответов на свои вопросы. Поэтому не стоит отправлять меня к номограммам 1970-го г.в. Книга у меня есть, я ее читал, но необходимой информации в ней нет, увы.
|
| |
|
|
| Абитуриент | Дата: Пятница, 07.12.2012, 09:14 | Сообщение # 8 |
|
Группа: Абитуриент
| Quote (knmdk) хотя скорость газа будет 139 м/с
Что-то у вас скорость неправильно посчитана
Добавлено (07.12.2012, 09:14)
---------------------------------------------
Quote (knmdk) 4. Где можно прочитать, каким образом и на основании каких формул были высчитаны данные для п. 3.38 из СП 42-101-2003? Другими словами, почему именно при давлении не больше 0,003 МПа скорость газа не должна быть больше 7 м/с, и что будет, если она превысит 7 м/с?
Там же написано - При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума,
создаваемого движением газа.
|
| |
|
|
| zorik2 | Дата: Пятница, 07.12.2012, 09:17 | Сообщение # 9 |
|
супер ГИП
Группа: Советник
Сообщений: 4009
Репутация: 380
Город: Планета Земля Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| При всем моем уважении я хотел Вам помочь понять принцип и основы гидравлического расчета. И не важно каким справочником пользоваться законы физики не поменялись. Там есть примеры и на основании их можно быстро понять алгоритм расчета. При расчете можете пользоваться не только номограммами, но таблицами. Когда выполняешь расчет по программе, то теряешь понятие физического смысла, только видишь результат.У меня было желание, что бы Вы начали с основ и подошли к современным расчетам уже имея опыт расчета в "ручную".
Quote (Говнарь) Книга у меня есть, я ее читал, но необходимой информации в ней нет, увы.
Жаль, что не нашли ничего в этой книги. На ней выросло огромное количество специалистов-газовиков.
|
| |
|
|
| knmdk | Дата: Пятница, 07.12.2012, 16:10 | Сообщение # 10 |
|
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Quote (knmdk) Что-то у вас скорость неправильно посчитана
Проверил в Экселе, имело место очепятка, должно быть 274 м/с. Так же, как и на http://jproekt.ru/index/0-20 Только у меня по формуле из СНиП 2.04.08-87 вычисляется (нет учета факторов сжимаемости и вывода расхода газа).
Quote (Абитуриент) Там же написано - При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума,
создаваемого движением газа.
Вот я и искал обоснование с физической точки зрения потерь давления с ростом скорости. ГИП не не признает «с учетом степени шума» аргументом! Покритикуйте обоснование (курсивом выше), если разбираетесь, вдруг оно уже правильное. Вот книга, на которую ссылаюсь (расчеты в главе 1.5) — http://yadi.sk/d/9Vcjm1sC15kyu
Quote (zorik2) При всем моем уважении я хотел Вам помочь понять принцип и основы гидравлического расчета. И не важно каким справочником пользоваться законы физики не поменялись. Там есть примеры и на основании их можно быстро понять алгоритм расчета. При расчете можете пользоваться не только номограммами, но таблицами. Когда выполняешь расчет по программе, то теряешь понятие физического смысла, только видишь результат.У меня было желание, что бы Вы начали с основ и подошли к современным расчетам уже имея опыт расчета в "ручную".
Неужели вы думаете, что после всех приведенных выкладок мне до сих пор неясен алгоритм расчета :)? В самом деле, вырасти огромное количество действительно толковых спецов-газовиков на этой книжке, они бы и понятия не имели про все расчеты по формулам, а пользовались бы номограммами и примерными прикидками из книги. Про физику газа там информации я не встречал, конкретно выкладок по расчету изменения плотности газа от давления, скорости и всех этих взаимосвязей. Там описываются среди прочих примеров типовых расчетов там действительно рассматриваются методики гидравлического расчета для различных газовых сетей, но это не то, что меня интересует. И кроме этого, нет даже основных формул из СП 42-101-2003 и СНиП 2.04.08-87 :).
И совершенно точно не стоит думать, что я еще один юнец, который без ума тыкает в программу типа Гидравлического калькулятора и ждет здесь в форуме каких-то разъяснений о том, что да как там работает. Рассчитать сеть вручную мне несложно (небольшую) и я это уже проделывал в рамках предоставления расчетов для различных экспертиз.
Мне, по-чесноку, надо просто максимально аргументированно донести до человека (ГИПа), почему с точки зрения физики при возможности эксплуатации шумного газопровода не нужно при расчете ограничивать скорость газа, если минимально допустимое в конечной точке давление сохраняется. Свое понимание вопроса я изложил в сообщении выше (курсивом).
|
| |
|
|
| zorik2 | Дата: Пятница, 07.12.2012, 17:16 | Сообщение # 11 |
|
супер ГИП
Группа: Советник
Сообщений: 4009
Репутация: 380
Город: Планета Земля Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Я Вас понял. Если газопровод который Вы проектируете в дальнейшем не будет использоваться с целью увеличения пропускной способности и давление и расход газа на входе всегда будет расчетный, то можно поднять скорость в газопроводе выше рекомендуемых скоростей. Ваш газопровод подземный, ни каких требований по шуму нет. Скорости рекомендуемые, но необязательные, вот это можете объяснить ГИПу. Даже если газопровод надземный при высоких скоростях делается акустический расчет.
То что выделено курсивом. Да потери давления по длине зависят от диаметра, скорости, шероховатости трубы, местных сопротивлений и от числа RE -Рейнольдса. Так как при каждом режиме своя эмпирическая формула приблизительно показывающая правильные результаты при данном числе RE.
Quote (knmdk) В заключение, можно сделать вывод о том, что при движении газа по участкам между контрольными точками потери давления на единице длинны трубопровода возрастают и линия изменения давления газа по длине участка не будет прямой.
Да, Ваше заключение правильное.
Quote (knmdk) Кроме расчетов из книги, это частично объясняется и уравнением Бернулли: «Давление жидкости (газа), текущей по трубе, меньше там, где скорость её течения больше, и, наоборот, где скорость течения жидкости (газа) меньше, давление там больше».
Ну Бернулли то же никто противоречить не будет, только Вы упустили, что давление статическое будет падать при увеличении скорости, а динамическое давление возрастать. Согласно закону Бернулли, полное давление в установившемся потоке жидкости остается постоянным вдоль этого потока.Полное давление состоит из весового , статического и динамического давлений.
И еще ссылка на новую книгу Г. П. КОМИНА, А. О. ПРОШУТИНСКИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГАЗОПРОВОДОВ Санкт-Петербург 2010
http://window.edu.ru/resource/294/74294/files/komina.pdf
Сообщение отредактировал zorik2 - Пятница, 07.12.2012, 17:17 |
| |
|
|
| knmdk | Дата: Суббота, 08.12.2012, 02:59 | Сообщение # 12 |
|
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Прекратите писать «вы» с прописной, я вас умоляю! Мы все из одного мяса, а я чувствую себя не то что заказчиком, а судьей Верховного суда или членом правления банка :).
Большое спасибо за то, что вчитались и покритиковали. Выводы далеко не все мои, что-то взято из книги, что-то додумано. Но в целом, лед тронулся, ГИПу донести суть вопроса получается, опираясь на законы и формулы. И разумеется на демонстрацию живого расчета в Экселе. Сам основополагающие законы, к сожалению, должен принимать на веру, не так я свободен, чтобы разобраться в выкладках Бернулли, как ни крути.
Очень приятно, что сообразили кинуть ролик. Наглядность всегда лучше. Неприятно другое: супер-грамотные деятели (особенно из ГИПРОНИИГАЗа, по крайней мере наши местные) очень долгое время уже считают схемы, как им вздумается. Уже такие схемы повидал, что волосы дыбом вставали. Потом людям тяжело верится в то, что может быть все гораздо дешевле и быстрее.
Книжка неплохая, но к сожалению тоже не отличается глубиной. Добавили бы в нее побольше физики движения газа — получилось бы хорошее издание. А так просто неплохая подборка выдержек из всех нормативных документов и старых книг со справочниками. Неприятно удивили банально вставленные отсканированные из СНиПов номограммы. Кто бы потрудился их пересчитать и отрисовать в хорошем разрешении...
Конечно, полного понимания взаимосвязей в законе Бернулли у меня с ходу не образовалось. Правильно ли предположить, что в реальной жизни речь всегда идет о полном давлении (как у источника газа, так и в трубе до потребителя), а так же что динамическое давление возрастает медленнее, чем статистическое падает? Это пальцем в небо, так как из статьи на Википедии с формулами очевидных выводов сделать с ходу не вышло.
P.S. И что же это меня в университете такие вопросы так мало волновали. Любой абитуриент Физтеха непременно прочитает эту тему, как хороший анекдот :D.
|
| |
|
|
| Tornado | Дата: Суббота, 08.12.2012, 08:27 | Сообщение # 13 |
Старший проектировщик
Группа: Чертежник
Сообщений: 205
Репутация: 7
Город: Г. Тамбов Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Quote (knmdk) Прекратите писать «вы» с прописной, я вас умоляю! Мы все из одного мяса, а я чувствую себя не то что заказчиком, а судьей Верховного суда или членом правления банка :).
СтраННННННая.......... просьба.
Сообщение отредактировал Tornado - Суббота, 08.12.2012, 08:30 |
| |
|
|
| zorik2 | Дата: Суббота, 08.12.2012, 10:37 | Сообщение # 14 |
|
супер ГИП
Группа: Советник
Сообщений: 4009
Репутация: 380
Город: Планета Земля Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Quote (Говнарь) Правильно ли предположить, что в реальной жизни речь всегда идет о полном давлении
Правильно.
|
| |
|
|
| knmdk | Дата: Суббота, 08.12.2012, 17:20 | Сообщение # 15 |
|
Старший проектировщик
Группа: Пользователи
Сообщений: 199
Репутация: 12
Город: ... Замечания: 0%
Статус: Оффлайн
| Quote (Tornado) СтраННННННая.......... просьба.
В самом деле? Мы ведь все здесь инженеры, к чему такие условности совсем уж деловой переписки типа исполнитель-заказчик и в таком духе. Строчная буква нисколько не убавляет ни уважения к собеседнику, ни сути послания. И уважения к собеседнику в ответе по делу куда больше, чем в отстраненных рассуждениях на тему ^_^.
Спасибо! Жаль, что с зависимостью понижений-повышений давления (статистическое-динамическое) с ростом скорости не до конца прояснилось. Попробую выяснить этот момент. Надеюсь, не приняли близко к сердцу деланое возмущение про прописные (выше обосновал).
С уважением!Добавлено (08.12.2012, 17:20)
---------------------------------------------
P.S. Жаль, форум не позволяет исправлять сообщения.
|
| |
|
|
