Tính toán thủy lực của đường ống dẫn khí: phương pháp và phương pháp tính toán + ví dụ tính toán
Để nguồn cung cấp khí vận hành an toàn và không gặp sự cố, nó phải được thiết kế và tính toán.Điều quan trọng là phải lựa chọn hoàn hảo các đường ống cho đường ống chính ở mọi loại áp suất, đảm bảo cung cấp khí ổn định cho các thiết bị.
Để đảm bảo việc lựa chọn đường ống, phụ kiện và thiết bị chính xác nhất có thể, việc tính toán thủy lực của đường ống được thực hiện. Làm thế nào để làm cho nó? Hãy thừa nhận đi, bạn chưa quá hiểu biết về vấn đề này, hãy cùng tìm hiểu nhé.
Chúng tôi đề nghị bạn làm quen với thông tin được lựa chọn cẩn thận và xử lý kỹ lưỡng về các tùy chọn để thực hiện các phép tính thủy lực cho hệ thống đường ống dẫn khí. Việc sử dụng dữ liệu chúng tôi trình bày sẽ đảm bảo rằng các thiết bị được cung cấp nhiên liệu xanh với các thông số áp suất cần thiết. Dữ liệu được xác minh cẩn thận dựa trên các quy định của tài liệu quy định.
Bài viết mô tả rất chi tiết các nguyên tắc và sơ đồ thực hiện tính toán. Một ví dụ về việc thực hiện các phép tính được đưa ra. Các ứng dụng đồ họa và hướng dẫn bằng video được sử dụng như một nguồn thông tin bổ sung hữu ích.
Nội dung của bài viết:
Đặc tính tính toán thủy lực
Bất kỳ tính toán thủy lực nào được thực hiện đều là việc xác định các thông số của đường ống dẫn khí trong tương lai. Thủ tục này là bắt buộc, cũng như một trong những giai đoạn chuẩn bị quan trọng nhất cho việc xây dựng. Đường ống dẫn khí có hoạt động tối ưu hay không phụ thuộc vào tính chính xác của tính toán.
Khi thực hiện mỗi phép tính thủy lực, xác định được:
- cần thiết đường kính ốngđiều đó sẽ đảm bảo vận chuyển hiệu quả và ổn định lượng khí đốt cần thiết;
- Liệu tổn thất áp suất có được chấp nhận khi di chuyển khối lượng nhiên liệu xanh cần thiết trong các đường ống có đường kính nhất định không?
Tổn thất áp suất xảy ra do có lực cản thủy lực trong bất kỳ đường ống dẫn khí nào. Nếu tính toán sai có thể dẫn đến người tiêu dùng không có đủ gas để hoạt động bình thường ở mọi chế độ hoặc vào những thời điểm tiêu thụ tối đa.
Bảng này là kết quả của tính toán thủy lực được thực hiện có tính đến các giá trị đã cho. Để thực hiện tính toán, bạn sẽ cần nhập các chỉ số cụ thể vào các cột.
| Phần đầu của phần | Cuối phần | Lưu lượng ước tính m³/h | Chiều dài đường ống dẫn khí | Đường kính trong, cm | Áp suất ban đầu, Pa | Áp suất cuối cùng, Pa | Giảm áp suất, Pa |
| 1 | 2 | 31,34 | 120 | 9,74 | 2000,00 | 1979,33 | 20,67 |
| 2 | 3 | 31,34 | 150 | 9,74 | 1979,33 | 1953,48 | 25,84 |
| 3 | 4 | 31,34 | 180 | 7,96 | 1953,48 | 1872,52 | 80,96 |
| 4 | 5 | 29,46 | 90 | 7,96 | 1872,52 | 1836,2 | 36,32 |
| 5 | 6 | 19,68 | 120 | 8,2 | 1836,2 | 1815,45 | 20,75 |
| 6 | 7 | 5,8 | 100 | 8,2 | 1815,45 | 1813,95 | 1,5 |
| 4 | 8 | 9,14 | 140 | 5 | 1872,52 | 1806,38 | 66,14 |
| 6 | 9 | 4,13 | 70 | 5 | 1815,45 | 1809,83 | 5,62 |
Hoạt động như vậy là một quy trình được tiêu chuẩn hóa của nhà nước được thực hiện theo các công thức và yêu cầu được nêu trong SP 42-101–2003.
Nhà phát triển được yêu cầu thực hiện các tính toán. Dữ liệu về các thông số kỹ thuật của đường ống, có thể lấy từ nhà cung cấp khí đốt trong thành phố của bạn, được lấy làm cơ sở.
Đường ống dẫn khí cần tính toán
Nhà nước yêu cầu phải thực hiện các tính toán thủy lực cho tất cả các loại đường ống liên quan đến hệ thống cung cấp khí đốt. Vì các quá trình xảy ra khi khí chuyển động luôn giống nhau.
Các đường ống dẫn khí này bao gồm các loại sau:
- áp lực thấp;
- trung bình, áp suất cao.
Những chiếc đầu tiên nhằm mục đích vận chuyển nhiên liệu đến các tòa nhà dân cư, tất cả các loại công trình công cộng và các hộ kinh doanh.Hơn nữa, trong các tòa nhà tư nhân, chung cư và nhà tranh, áp suất khí không được vượt quá 3 kPa, ở các doanh nghiệp hộ gia đình (phi công nghiệp), con số này cao hơn và đạt tới 5 kPa.
Loại đường ống thứ hai nhằm cung cấp các mạng lưới các loại, áp suất thấp và trung bình thông qua các điểm kiểm soát khí, cũng như cung cấp khí cho người tiêu dùng cá nhân.
Đây có thể là các doanh nghiệp công nghiệp, nông nghiệp, các doanh nghiệp công ích khác nhau và thậm chí là các doanh nghiệp đứng tự do hoặc gắn liền với các tòa nhà công nghiệp. Nhưng trong hai trường hợp cuối cùng sẽ có những hạn chế về áp lực đáng kể.
Các chuyên gia có điều kiện chia các loại đường ống dẫn khí được liệt kê ở trên thành các loại sau:
- nội bộ, trong cửa hàng, nghĩa là vận chuyển nhiên liệu xanh bên trong tòa nhà và phân phối đến các đơn vị và thiết bị riêng lẻ;
- chi nhánh thuê bao, được sử dụng để cung cấp khí đốt từ một số mạng lưới phân phối cho tất cả người tiêu dùng hiện có;
- phân bổ, được sử dụng để cung cấp khí đốt cho một số vùng lãnh thổ nhất định, ví dụ: các thành phố, quận riêng lẻ và các doanh nghiệp công nghiệp. Cấu hình của chúng khác nhau và phụ thuộc vào các tính năng bố cục. Áp suất bên trong mạng có thể được chỉ định bất kỳ - thấp, trung bình, cao.
Ngoài ra, tính toán thủy lực được thực hiện cho các mạng khí có số cấp áp suất khác nhau, trong đó có nhiều loại khác nhau.
Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu, mạng hai giai đoạn có thể được sử dụng, hoạt động với khí được vận chuyển ở áp suất thấp, cao hoặc áp suất thấp, trung bình. Mạng ba giai đoạn và nhiều giai đoạn khác nhau cũng đã được ứng dụng. Đó là, mọi thứ chỉ phụ thuộc vào sự sẵn có của người tiêu dùng.
Mặc dù có nhiều lựa chọn về đường ống dẫn khí, nhưng các tính toán thủy lực đều giống nhau trong mọi trường hợp. Vì các thành phần cấu trúc từ các vật liệu tương tự được sử dụng để sản xuất và các quá trình tương tự xảy ra bên trong đường ống.
Sức cản thủy lực và vai trò của nó
Như đã đề cập ở trên, cơ sở để tính toán là sự hiện diện của lực cản thủy lực trong mỗi đường ống dẫn khí.
Nó ảnh hưởng đến toàn bộ cấu trúc đường ống, cũng như các bộ phận, cụm lắp ráp riêng lẻ của nó - các điểm nối, những nơi giảm đáng kể đường kính ống, van ngắt và các loại van khác nhau. Điều này dẫn đến mất áp suất trong khí vận chuyển.
Sức cản thủy lực luôn là tổng của:
- điện trở tuyến tính, nghĩa là tác động dọc theo toàn bộ chiều dài của kết cấu;
- điện trở cục bộ tác dụng lên từng bộ phận của kết cấu nơi tốc độ vận chuyển khí thay đổi.
Các thông số được liệt kê ảnh hưởng liên tục và đáng kể đến đặc tính hiệu suất của từng đường ống dẫn khí. Do đó, do tính toán không chính xác, tổn thất tài chính bổ sung và đáng kể sẽ xảy ra do dự án sẽ phải được làm lại.
Quy tắc thực hiện phép tính
Ở trên đã nêu rằng quy trình tính toán thủy lực được quy định bởi Bộ quy tắc hồ sơ với số 42-101–2003.
Tài liệu chỉ ra rằng cách chính để thực hiện tính toán là sử dụng máy tính cho mục đích này với các chương trình đặc biệt cho phép bạn tính toán tổn thất áp suất theo kế hoạch giữa các phần của đường ống dẫn khí trong tương lai hoặc đường kính ống yêu cầu.
Nếu không có những chương trình như vậy hoặc một người tin rằng việc sử dụng chúng là không phù hợp thì có thể sử dụng các phương pháp khác được Bộ Quy tắc cho phép.
Bao gôm:
- tính toán sử dụng các công thức được đưa ra trong SP là phương pháp tính toán phức tạp nhất;
- tính toán bằng cách sử dụng cái gọi là biểu đồ là một tùy chọn đơn giản hơn so với sử dụng công thức, vì bạn không phải thực hiện bất kỳ phép tính nào vì dữ liệu cần thiết được chỉ định trong một bảng đặc biệt và được đưa ra trong Quy tắc quy tắc và bạn chỉ cần chọn chúng .
Bất kỳ phương pháp tính toán nào cũng dẫn đến kết quả như nhau. Do đó, đường ống dẫn khí mới được xây dựng sẽ có thể đảm bảo cung cấp kịp thời, không bị gián đoạn lượng nhiên liệu theo kế hoạch ngay cả trong những giờ sử dụng tối đa.
Tùy chọn tính toán PC
Thực hiện phép tính bằng máy tính là cách ít tốn nhiều công sức nhất - tất cả những gì con người yêu cầu là chèn dữ liệu cần thiết vào các cột thích hợp.
Do đó, việc tính toán thủy lực được thực hiện trong vài phút và thao tác này không đòi hỏi lượng kiến thức lớn, điều này rất cần thiết khi sử dụng các công thức.
Để thực hiện chính xác, cần lấy dữ liệu sau từ thông số kỹ thuật:
- mật độ khí;
- hệ số nhớt động học;
- nhiệt độ khí trong khu vực của bạn.
Các điều kiện kỹ thuật cần thiết được lấy từ cơ quan quản lý khí đốt thành phố nơi đường ống dẫn khí sẽ được xây dựng.Trên thực tế, việc thiết kế bất kỳ đường ống nào đều bắt đầu bằng việc nhận được tài liệu này, vì nó chứa tất cả các yêu cầu cơ bản cho thiết kế của nó.
Tiếp theo, nhà phát triển cần tìm hiểu mức tiêu thụ gas của từng thiết bị dự kiến kết nối với đường ống dẫn khí. Ví dụ, nếu nhiên liệu sẽ được vận chuyển đến một ngôi nhà riêng, thì bếp nấu ăn, các loại nồi hơi sưởi ấm thường được sử dụng ở đó nhiều nhất và hộ chiếu của họ luôn có những con số cần thiết.
Ngoài ra, bạn sẽ cần biết số lượng đầu đốt của mỗi bếp sẽ được nối với đường ống.
Ở giai đoạn tiếp theo của việc thu thập dữ liệu cần thiết, thông tin về độ giảm áp suất tại vị trí lắp đặt của bất kỳ thiết bị nào được chọn - đây có thể là đồng hồ đo, van ngắt, van ngắt nhiệt, bộ lọc hoặc các bộ phận khác .
Trong trường hợp này, thật dễ dàng để tìm thấy những con số cần thiết - chúng được chứa trong một bảng đặc biệt gắn liền với hộ chiếu của mỗi sản phẩm. Người thiết kế cần lưu ý rằng phải xác định độ giảm áp suất ở mức tiêu thụ khí tối đa.
Ở giai đoạn tiếp theo, nên tìm hiểu xem áp suất nhiên liệu màu xanh lam tại điểm chèn sẽ là bao nhiêu. Thông tin như vậy có thể chứa các điều kiện kỹ thuật của khí đốt trong thành phố của bạn, một sơ đồ đã được vẽ trước đó về đường ống dẫn khí đốt trong tương lai.
Nếu mạng bao gồm nhiều phần thì chúng phải được đánh số và chỉ rõ độ dài thực tế.Ngoài ra, đối với mỗi loại, tất cả các chỉ số thay đổi phải được viết riêng - đây là tổng tốc độ dòng chảy của bất kỳ thiết bị nào sẽ được sử dụng, độ giảm áp suất và các giá trị khác.
Một hệ số đồng thời sẽ được yêu cầu. Nó tính đến khả năng làm việc chung của tất cả người tiêu dùng gas được kết nối với mạng. Ví dụ, tất cả các thiết bị sưởi ấm đều được đặt trong một tòa nhà chung cư hoặc nhà riêng.
Dữ liệu này được chương trình tính toán thủy lực sử dụng để xác định tải trọng tối đa trên bất kỳ đoạn nào hoặc toàn bộ đường ống dẫn khí.
Đối với từng căn hộ hoặc nhà riêng lẻ, không cần tính hệ số quy định vì các giá trị của nó đã được biết và biểu thị trong bảng dưới đây:
Nếu tại một cơ sở nào đó có kế hoạch sử dụng nhiều hơn hai lò hơi, lò nung và máy đun nước nóng trong bể chứa thì chỉ số đồng thời sẽ luôn là 0,85. Đây là những gì bạn cần chỉ ra trong cột tương ứng được sử dụng để tính toán chương trình.
Tiếp theo bạn nên chỉ ra đường kính ống, và bạn cũng sẽ cần hệ số độ nhám của chúng, hệ số này sẽ được sử dụng trong việc xây dựng đường ống. Những giá trị này là tiêu chuẩn và có thể dễ dàng tìm thấy trong Sách quy tắc.
Ảnh hưởng của vật liệu ống đến tính toán
Để xây dựng đường ống dẫn khí, bạn chỉ có thể sử dụng các đường ống được làm từ một số vật liệu nhất định: thép, polyetylen. Trong một số trường hợp, các sản phẩm bằng đồng được sử dụng. Sẽ sớm được sử dụng rộng rãi cấu trúc kim loại-nhựa.
Ngày nay, những thông tin cần thiết chỉ có thể có được đối với ống thép và polyetylen. Do đó, việc tính toán thiết kế và thủy lực chỉ có thể được thực hiện có tính đến các đặc tính của chúng, được yêu cầu bởi Quy tắc thực hành liên quan. Tài liệu này cũng chứa dữ liệu cần thiết cho việc tính toán.
Hệ số nhám luôn bằng các giá trị sau:
- đối với tất cả các ống polyetylen, bất kể chúng mới hay không, - 0,007 cm;
- đối với sản phẩm thép đã qua sử dụng - 0,1 cm;
- đối với kết cấu thép mới - 0,01 cm.
Đối với bất kỳ loại ống nào khác, chỉ báo này không được nêu trong Quy tắc thực hành. Do đó, chúng không nên được sử dụng để xây dựng đường ống dẫn khí mới, vì các chuyên gia của Gorgaz có thể yêu cầu thực hiện các điều chỉnh. Và đây lại là những chi phí bổ sung.
Tính toán dòng chảy trong một khu vực hạn chế
Nếu đường ống dẫn khí bao gồm các phần riêng biệt thì việc tính toán tổng tốc độ dòng chảy cho từng phần sẽ phải được thực hiện riêng biệt. Nhưng điều này không khó, vì việc tính toán sẽ yêu cầu những con số đã biết.
Xác định dữ liệu bằng chương trình
Biết các chỉ số ban đầu, có quyền truy cập vào bảng tính đồng thời và bảng dữ liệu kỹ thuật của bếp lò và nồi hơi, bạn có thể bắt đầu tính toán.
Để thực hiện việc này, hãy thực hiện các bước sau (ví dụ được đưa ra cho đường ống dẫn khí trong nhà áp suất thấp):
- Số lượng nồi hơi được nhân với năng suất của từng nồi hơi.
- Giá trị kết quả được nhân với hệ số đồng thời được chỉ định bằng bảng đặc biệt dành cho loại người tiêu dùng này.
- Số lượng bếp dùng để nấu ăn được nhân với năng suất của từng bếp.
- Giá trị thu được sau thao tác trước được nhân với hệ số đồng thời lấy từ một bảng đặc biệt.
- Số lượng kết quả cho nồi hơi và bếp lò được tổng hợp.
Các thao tác tương tự được thực hiện cho tất cả các phần của đường ống dẫn khí. Dữ liệu thu được được nhập vào các cột thích hợp của chương trình để thực hiện các phép tính. Các thiết bị điện tử tự làm mọi việc khác.
Tính toán bằng công thức
Kiểu tính toán thủy lực này tương tự như kiểu tính toán được mô tả ở trên, nghĩa là sẽ yêu cầu cùng một dữ liệu, nhưng quy trình sẽ dài. Vì mọi thứ sẽ phải được thực hiện thủ công, ngoài ra, người thiết kế sẽ cần thực hiện một số thao tác trung gian để sử dụng các giá trị thu được cho phép tính toán cuối cùng.
Bạn cũng sẽ phải dành khá nhiều thời gian để hiểu nhiều khái niệm và vấn đề mà một người không gặp phải khi sử dụng một chương trình đặc biệt. Tính hợp lệ của những điều trên có thể được xác minh bằng cách tự làm quen với các công thức sẽ được sử dụng.
Trong việc áp dụng các công thức, như trong trường hợp tính toán thủy lực bằng một chương trình đặc biệt, có các tính năng dành cho đường ống dẫn khí ở mức thấp, trung bình và tất nhiên là áp suất cao. Và điều đáng ghi nhớ là một sai lầm luôn gây ra tổn thất tài chính đáng kể.
Tính toán sử dụng chữ tượng hình
Bất kỳ biểu đồ đặc biệt nào cũng là một bảng hiển thị một số giá trị, bằng cách nghiên cứu giá trị đó bạn có thể thu được các chỉ số mong muốn mà không cần thực hiện các phép tính. Trong trường hợp tính toán thủy lực, đường kính của ống và độ dày của thành ống.
Có các biểu đồ riêng cho các sản phẩm polyetylen và thép. Khi tính toán chúng, dữ liệu tiêu chuẩn đã được sử dụng, chẳng hạn như độ nhám của các bức tường bên trong. Vì vậy, bạn không phải lo lắng về tính chính xác của thông tin.
Ví dụ tính toán
Một ví dụ về thực hiện các tính toán thủy lực sử dụng chương trình cho đường ống dẫn khí áp suất thấp được đưa ra. Trong bảng đề xuất, tất cả dữ liệu mà người thiết kế phải nhập độc lập được tô sáng màu vàng.
Chúng được liệt kê trong đoạn tính toán thủy lực trên máy tính ở trên. Đó là nhiệt độ khí, hệ số nhớt động học và mật độ.
Trong trường hợp này, các tính toán được thực hiện cho nồi hơi và bếp nấu, do đó cần xác định chính xác số lượng đầu đốt, có thể là 2 hoặc 4. Độ chính xác rất quan trọng vì chương trình sẽ tự động chọn hệ số đồng thời.
Điều đáng chú ý là việc đánh số các phần - chúng không được phát minh độc lập mà được lấy từ sơ đồ đã vẽ trước đó, trong đó các số tương tự được chỉ ra.
Tiếp theo, chiều dài thực tế của đường ống dẫn khí và cái gọi là chiều dài tính toán, dài hơn, được ghi lại. Điều này xảy ra vì ở tất cả các khu vực có lực cản cục bộ, cần phải tăng chiều dài thêm 5-10%. Điều này được thực hiện để ngăn chặn áp suất khí không đủ ở người tiêu dùng. Chương trình thực hiện các phép tính một cách độc lập.
Tổng mức tiêu thụ tính bằng mét khối, được cung cấp một cột riêng biệt, tại mỗi địa điểm được tính toán trước. Nếu tòa nhà có nhiều căn hộ, thì bạn cần cho biết số lượng nhà ở, bắt đầu từ giá trị tối đa, như có thể thấy trong cột tương ứng.
Bắt buộc phải nhập vào bảng tất cả các thành phần của đường ống dẫn khí mà áp suất bị mất khi đi qua. Ví dụ cho thấy van ngắt nhiệt, van ngắt và đồng hồ đo. Giá trị tổn thất trong từng trường hợp được lấy từ hộ chiếu sản phẩm.
Đường kính trong của đường ống được biểu thị theo các thông số kỹ thuật nếu công ty gas có bất kỳ yêu cầu nào hoặc từ sơ đồ đã vẽ trước đó. Trong trường hợp này, ở hầu hết các khu vực, kích thước được quy định là 5 cm, vì hầu hết các đường ống dẫn khí chạy dọc theo mặt tiền và khí đốt của thành phố địa phương yêu cầu đường kính không nhỏ hơn.
Nếu bạn thậm chí chỉ làm quen một cách hời hợt với ví dụ thực hiện phép tính thủy lực đã cho, bạn có thể dễ dàng nhận thấy rằng, ngoài các giá trị do một người nhập vào, còn có rất nhiều giá trị khác. Đây đều là kết quả của chương trình, vì sau khi nhập số vào các cột cụ thể được đánh dấu màu vàng, công việc tính toán của người đó đã hoàn thành.
Nghĩa là, quá trình tính toán diễn ra khá nhanh, sau đó dữ liệu nhận được có thể được gửi đến bộ phận gas thành phố của thành phố bạn để phê duyệt.
Kết luận và video hữu ích về chủ đề này
Video này giúp bạn hiểu được nơi bắt đầu tính toán thủy lực và nơi các nhà thiết kế lấy dữ liệu cần thiết:
Video sau đây trình bày ví dụ về một loại tính toán trên máy tính:
Dưới đây bạn có thể xem ví dụ về tính toán bằng chương trình máy tính:
Để thực hiện tính toán thủy lực bằng máy tính, như Bộ quy tắc hồ sơ cho phép, bạn chỉ cần dành một chút thời gian để làm quen với chương trình và thu thập dữ liệu cần thiết.
Nhưng tất cả những điều này không có ý nghĩa thực tế, vì việc lập một dự án là một thủ tục phức tạp hơn nhiều và bao gồm nhiều vấn đề khác. Vì lý do này, hầu hết người dân sẽ phải tìm kiếm sự giúp đỡ từ các chuyên gia.
Bạn có bất kỳ câu hỏi nào, tìm thấy bất kỳ thiếu sót nào hoặc bạn có thể thêm thông tin có giá trị vào tài liệu của chúng tôi không? Để lại ý kiến của bạn, đặt câu hỏi, chia sẻ kinh nghiệm của bạn trong khối bên dưới.
Tôi có thể tải xuống bảng này ở đâu để tính toán thủy lực cho đường ống dẫn khí áp suất thấp? Tôi sẽ biết ơn câu trả lời của bạn.