Ak-montazh.ru

Интернет-энциклопедия по ремонту
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчеты расхода газа по давлению и диаметру

Характеристики и диаметры газовых труб низкого давления

Классификация газопроводов являет собой необходимые меры и правила по систематизации прокладки газовых магистралей. Газовые коммуникации могут различаться как по тому, какое у них назначение, так и по ряду показателей, таких как: давление, материал, из которого он изготовлен, местоположение, объемы транспортируемого газа и другие.

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.

На расход топлива влияет:

  • 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.

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

Читайте так же:
Как сделать скважину на воду своими руками

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.

Виды газопровода

Природный газ – легковоспламеняющееся вещество. И использование его, и транспортировка связаны с большим количествомтрудностей и требуют соблюдениястрожайших мер безопасности. Так, например, при укладке газовых труб в грунт или установке на опоры необходимо сооружение охранной зоны, в пределах которой категорически запрещается жечь костры или курить.

Важнейшей характеристикой, которая определяет и диаметр, и материал трубопровода, является величина давления.

По этому фактору используют следующую классификацию:

  • газопровод первого уровня с рабочим давлением газообразного вещества до 0,713 МПа для природного газа, и до 1,7 МПа для смеси. Трубопровод применяется для обслуживания теплоэлектростанций, паровых и турбинных механизмов;
  • газопроводный канал 2 категории с рабочим давлением до 0,607 МПа. Используется при обустройстве магистралей разного значения, в том числе и городских;
  • газопровод, предназначенный для среднего давления величиной от 5 Кпа до 0,3 МПа. Устанавливается при обслуживании объектных участков – жилых зданий;
  • газопроводный канал низкого давления – величина не превышает 5 КПа. Коммуникации монтируются внутри жилых и офисных зданий.

Железная газовая труба

Обозначения газовых труб низкого давления очень простое – Г1. На заводах они изготавливаются согласно стандартам ГОСТ 21.609-83. На фото – образец изделия.

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.

Материал для газопровода

Очевидно, что для изделия, работающих с высоким давлением, требуется куда более прочный и надежный материал, в то время как для бытовых систем достаточно и привычных пластиковых газовых труб. Однако, не все так просто:имеет значение и условия эксплуатации на участке, и маршрут пролегания, и, конечно, величина давления.

Пластиковая газовая труба

Традиционным материалом для газопровода низкого давления является сталь. Однако сегодня ГОСТ допускает применять для таких изделий и полиэтилен.

Полиэтиленовые газовые трубы обладают массой достоинств:

  • вполне достойный срок службы – около 50 лет;
  • большая легкость, что облегчает монтаж;
  • высокая проходимость – внутренняя поверхность ПНД-изделия остается гладкой, то есть, здесь не накапливается мусор и не уменьшает рабочий диаметр;
  • полимер не поддается никаким видам коррозии;
  • полиэтиленовый газопровод не нуждается в специальном облуживании и не требует теплоизоляции;
  • отличаются доступной стоимостью.
Читайте так же:
Срок службы и разновидности газовых шлангов

Обозначение ПНД-газопровода дополняется желтой линией вдоль всей трубы. Также указывается толщина стенок – ПЭ-80 для давления в 4–6 атм, ПЭ-100 – для давления в 3–12 атм.

Монтаж пластиковой газовой трубы

Стальной, безусловно, используются для систем с высоким давлением, так как пластмасс таких испытаний не выдерживает.

Железная труба высокого давления

Однако для газопровода низкого давления, применяются благодаря таким преимуществам:

  • крайне высокая прочность, позволяющая свободный монтаж как наземный, так и подземный;
  • сталь для газопровода используется только антикоррозийная, так что ржавление ей не грозит. Обозначение такого сплава – ярко-желтый цвет;
  • очень большой срок эксплуатации;
  • надежность и ремонтоспособность.

И для ПНД-изделий, и для стальных основные правила укладки остаются одинаковыми: соблюдение охранной зоны, доступ к любому участку и прочее.

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.

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.

Таблицы и номограммы для расчета газопроводов

Для облегчения расчетов на основании формул (VI. 19) — (VI.22) разработаны таблицы и номограммы [4]. По ним с достаточной для практических целей точностью определяют: по заданному расходу и потерям давления — необходимый диаметр газопровода; по заданным диаметру и потерям — пропускную способность газопровода; по заданным диаметру и расходу — потери давления; по известным местным сопротивлениям — эквивалентные длины. Каждая таблица и номограмма составлены для газа с определенными плотностью и вязкостью и отдельно для низкого пли среднего и высокого давления. Для расчета газопроводов низкого давления чаще всего пользуются таблицами, структура которых хорошо иллюстрируется табл. VI.2. Сортамент труб в них характеризуется наружным диаметром d„, толщиной стенки s и внутренним диаметром d. Каждому диаметру соответствуют удельные потери давления Др и эквивалентная длина Z3KB, зависящие от определенного расхода газа V. Номограммы (рис. VI.3 — VI.7) являются графическим эквивалентом данных, приведенных в таблицах.

Читайте так же:
Как правильно подключить насосную станцию к скважине

Потери давления Ар и эквивалентные длины в для природного газа (р = 0,73 кг/м 3 , v = 14,3* 10″* м 2 /сек, трубы стальные водогазопроводные по ГОСТ 3262—62)

  • 21,3X2,8
  • (15,7)
  • 26.8X2,8
  • (21,2)
  • 33,5X3.2
  • (27,1)
  • 42,3X3.2
  • (35,9)
  • 48,0X3.5
  • (41,0)

Примечание. В числителе приведены потери давления, кгс/м* на 1 и, в вна- менателе^-внвивалентная длина, и.

VI.6. Номограммы для определения эквивалентных длин

Рис. VI.6. Номограммы для определения эквивалентных длин.

а — природный гав, р — 0,73 кг/м*, v = 14,3‘Ю — * м*/сек; б — газовая фава пропана, р ?= 2 Kf/m *, v «= 3,7* 10

Пример 17. По трубе (ГОСТ 3262—62) dH X s = 26,8 X 2,8 мм длиной I = 12 м подается природный газ нпвкого давления с р = 0,73 кг/м 9 в количестве V = 4 м 3 /ч. На газопроводе установлен пробочный кран и пмеется два гнутых отвода 90°. Определить потери давления в газопроводе.

Решение. Г1о табл. VJ.2 находим, что при расходе V = 4 м 9 /ч удельные потери па трение Ар — 0,703 кге/м 2 на 1 м, а эквивалентная длина ?Экп = = 0,52 м. По данным па с. 108 находим коэффициенты местных сопротивлений: Для пробочного крана = 2,0 и для гнутого отвода 90° ?2 = 0,3. Расчетная длпна газопровода по формуле (VI.29) /расч= 12 + (2,0 + 2-0,3) X 0,52 = = 13,5 м. Искомые суммарные потери давления Дрсум — 13,5-0,703 = = 9,52 кге/м 2 .

Пример 18. По распределительному стальному газопроводу низкого давления, смонтированному из труб dH X s = 114 X 4 мм, длиной I = 250 м подается природный газ с р = 0,73 кг/м 9 в количестве V — 200 м 3 /ч. Геодезическая отметка концевого газопровода выше начального на 18 м. Определить потери давления в газопроводе.

Решение. По номограмме на рис. VI.3 находим, что при расходе V = = 200 м 3 /ч удельные потери давления на трение в газопроводе dHXs = 114 X X 4 мм Ар — 0,35 кге/м 2 на 1 м. Для учета потерь давления в местных сопротивлениях увеличиваем фактическую длину газопровода на 10%, т. в. IрасЧ = 1,1 • 1факт = 1,1 *250 = 275 м. Суммарные потери давления на трение и в местных сопротивлениях ЛрСуИ = 0,35-275 = 96 кге/м 2 .

Транспортируемый газ легче воздуха, поэтому в газопроводе создается гидростатический напор. По формуле (VI.24) Арг

*=« 10 кге/м 2 . Тогда искомые потери давления в газопроводе Ap*aKX =96 — — 10 = 86 кгс/см 2 .

Пример 19. По стальному газопроводу низкого давления dHX s = = 21,3-2,8 мм и длиной I = 10 м подается пропан в количестве V == 1,2’м 8 /ч. На газопроводе установлен пробочный кран и имеется один гнутый отвод 90°. Определить потери давления в газопроводе.

Решение. По номограмме на рис. VI.4 находим, что при расходе газа

V = 1,2 м 3 /ч удельные потери на трение Ар = 0,75 кге/м 2 на 1 м. По номограмме на рис. VI.5, б для данных условий эквивалентная длина газопровода /экп = 0,41 м. По данным на с. 108 коэффициенты местных сопротивлений: для пробочного крана ?, = 2,0, для гнутого отвода 90 s ?2 = 0,3.

Расчетная длина газопровода по формуле (VI.29) 1раСч = 10 + 0,41 (2,0 + + 0,3) = 10,94 11 м. Искомые суммарные потери давления Дрсум = 11 X

X 0,75 = 8,25 кге/м 2 .

Пример 20. По стальному газопроводу Dy = 200 мм, длиной 1600 м подается природный газ с плотностью р = 0,73 кг/м 3 в количестве 5000 м 8 /ч. Определить избыточное давление в конце газопровода, если в начале газопровода оно равно 2,5 кгс/см 2 .

Читайте так же:
Как правильно запустить насосную станцию

Решение. По номограмме на рис. VI.7 находим, что при расходе газа

V — 5000 м 3 /ч для газопровода Dy = 200 мм <р — pl)IL= 1.17. Отсюда абсолютное давление в конце газопровода

кгс/см 2 . Избыточное давление в конце газопровода р,- = 2,22 кгс/см 8 ,

Объемный и массовый расход газа

Расход газа – это количество газа, прошедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Вопрос в том, что принять за меру количества газа. В этом качестве традиционно выступает объем газа, а получаемый расход называют объемным. Не случайно чаще всего расход газа выражают в объемных единицах (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.). Другой мерой количества газа является его масса, а соответствующий расход называется массовым. Он измеряется в массовых единицах (например, г/с или кг/ч), которые на практике встречаются значительно реже.

Как объем связан с массой, так и объемный расход связан с массовым через плотность вещества:
, где – массовый расход, – объемный расход, – плотность газа в условиях измерения (рабочие условия). Пользуясь этим соотношением, для массового расхода переходят к использованию объемных единиц (см3/мин, л/мин, м3/ч и т.д.), но с указанием условий (температуру и давление газа), определяющих плотность газа. В России применяют «стандартные условия» (ст.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 20°С. Помимо «стандартных», в Европе используют «нормальные условия» (н.): давление 101,325 кПа (абс) и температура 0°С. В результате, получаются единицы массового расхода н.л/мин, ст.м3/ч и т.д.

Итак, расход газа бывает объемным и массовым. Какой из них следует измерять в конкретном применении? Как наглядно увидеть разницу между ними? Давайте рассмотрим простой эксперимент, где три расходомера последовательно установлены в магистраль. Весь газ, поступающий на вход схемы, проходит через каждый из трех приборов и выбрасывается в атмосферу. Утечек или накопления газа в промежуточных точках системы не происходит.

Сравнение показаний расходомера EL-FLOW и поплавковых ротаметров в одной магистрали

Источником сжатого воздуха является компрессора, от которого под давлением 0,5…0,7 бар (изб) газ подаётся на вход поплавкового ротаметра. Выход ротаметра подключен ко входу теплового регулятора расхода газа серии EL-FLOW, производства компании Bronkhorst. В нашей схеме именно он регулирует количество газа, проходящее через систему. Далее газ подаётся на вход второго поплавкового ротаметра, абсолютно идентичного первому. При задании расхода 2 н.л/мин с помощью расходомера EL-FLOW первый поплавковый ротаметр дает показания 1,65 л/мин, а второй – 2,1 л/мин. Все три расходомера дают различные показания, причем разница достигает 30%. Хотя через каждый прибор проходит одно и то же количество газа.

Попробуем разобраться. Какая мера количества газа в данной ситуации остается постоянной: объем или масса? Ответ: масса. Все молекулы газа, попавшие на вход в систему, проходят через нее и выбрасываются в атмосферу после прохождения второго поплавкового ротаметра. Молекулы как раз и являются носителями массы газа. При этом удельный объем (расстояние между молекулами газа) в разных частях системы изменяется вместе с давлением.

Здесь следует вспомнить, что газы сжимаемы, чем выше давление, тем меньше объем занимает газ (закон Бойля-Мариотта). Характерный пример: цилиндр емкостью 1 литр, герметично закрытый подвижным поршнем малого веса. Внутри него содержится 1 литр воздуха при давлении порядка 1 бар (абс). Масса такого объема воздуха при температуре равной 20°С составляет 1,205 г. Если переместить поршень на половину расстояния до дна, то объем воздуха в цилиндре сократится наполовину и составит 0,5 литра, а давление повысится до 2 бар (абс), но масса газа не изменится и по-прежнему составит 1,205 г. Ведь общее количество молекул воздуха в цилиндре не изменилось.

Читайте так же:
Какие трубы применяются для внутренних газопроводов

Возвратимся к нашей системе. Массовый расход (количество молекул газа, проходящих через любое поперечное сечение в единицу времени) в системе постоянен. При этом давление в разных частях системы отличается. На входе в систему, внутри первого поплавкового ротаметра и в измерительной части расходомера EL-FLOW давление составляет порядка 0,6 бар (изб). В то время, как на выходе EL-FLOW и внутри второго поплавкового ротаметра давление практически атмосферное. Удельный объем газа на входе ниже, чем на выходе. Получается, что и объемный расход газа на входе ниже, чем на выходе.

Эти рассуждения подтверждаются и показаниями расходомеров. Расходомер EL-FLOW измеряет и поддерживает массовый расход воздуха на уровне 2 н.л/мин. Поплавковые ротаметры измеряют объемный расход при рабочих условиях. Для ротаметра на входе это: давление 0,6 бар (изб) и температура 21°С; для ротаметра на выходе: 0 бар (изб), 21°С. Также понадобится атмосферное давление: 97,97 кПа (абс). Для корректного сравнения показаний объемного расхода, все показания должны быть приведены к одним и тем же условиям. Возьмем в качестве таковых «нормальные условия» расходомера EL-FLOW: 101,325 кПа (абс) и температура 0°С.

Пересчет показаний поплавковых ротаметров в соответствии с методикой поверки ротаметров ГОСТ 8.122-99 осуществляется по формуле:

, где Q – расход при рабочих условиях; Р и Т – рабочие давление и температура газа; QС – расход при условиях приведения; Рс и Тс – давление и температура газа, соответствующие условиям приведения.

Пересчет показаний ротаметра на входе к нормальным условиям по этой формуле даёт значение расхода 1,985 л/мин, а ротаметра на выходе – 1,990 л/мин. Теперь разброс показаний расходомеров не превышает 0,75%, что при точности ротаметров 3% ВПИ является отличным результатом.

Из приведенного примера видно, что объемный расход сильно зависит от рабочих условий. Мы показали зависимость от давления, но в той же мере объемный расход зависит и от температуры (закон Гей-Люссака). Даже в технологической схеме, имеющей один вход и один выход, где отсутствуют утечки и накопление газа, показания объемного расходомера будут сильно зависеть от конкретного места установки. Хотя массовый расход будет одним и тем же в любой точке такой схемы.

Хорошо понимать физику процесса. Но, все же, какой расходомер выбрать: объемного расхода или массового? Ответ зависит от конкретной задачи. Каковы требования технологического процесса, с каким газом необходимо работать, величина измеряемого расхода, точность измерений, рабочие температура и давление, особые правила и нормы, действующие в Вашей сфере деятельности, и, наконец, отведенный бюджет. Также следует учитывать, что многие расходомеры, измеряющие объемный расход, могут комплектоваться датчиками температуры и давления. Они поставляются вместе с корректором, который фиксирует показания расходомера и датчиков, а затем приводит показания расходомера к стандартным условиям.

Но, тем не менее, можно дать общие рекомендации. Массовый расход важен тогда, когда в центре внимания находится сам газ, и необходимо контролировать количество молекул, не обращая внимания на рабочие условия (температура, давление). Здесь можно отметить динамическое смешение газов, реакторные системы, в том числе каталитические, системы коммерческого учета газов.

Измерение объемного расхода необходимо в случаях, когда основное внимание уделяется тому, что находится в объеме газа. Типичные примеры – промышленная гигиена и мониторинг атмосферного воздуха, где необходимо проводить количественную оценку загрязнений в объеме воздуха в реальных условиях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию