Hydraulický výpočet plynovodu: metódy a spôsoby výpočtu + príklad výpočtu

Pre bezpečnú a spoľahlivú prevádzku plynárenstva je potrebné ho navrhnúť a vypočítať. Dôležité je bezchybne vybrať rúry pre hlavné vedenia všetkých typov tlaku, ktoré zabezpečujú stabilnú dodávku plynu k prístrojom.

Aby bol výber rúr, armatúr a zariadení čo najpresnejší, vykonáva sa hydraulický výpočet potrubia. Ako to urobiť? Priznajte sa, Vy nie ste v tejto otázke príliš znalí, poďme sa na to pozrieť.

Ponúkame Vám oboznámiť sa s dôkladne vybranými a dôsledne spracovanými informáciami o možnostiach vykonania hydraulického výpočtu pre plynovodné systémy. Použitie nami poskytnutých údajov zabezpečí dodávku modrého paliva do prístrojov s požadovanými parametrami tlaku. Starostlivo overené údaje vychádzajú z predpisov normatívnej dokumentácie.

V článku je mimoriadne podrobne popísané o princípoch a schémach vykonávania výpočtov. Uvedený je príklad vykonania výpočtov. Ako užitočný informačný doplnok boli použité grafické aplikácie a video-inštrukcie.

Špecifiká hydraulického výpočtu

Každý vykonávaný hydraulický výpočet predstavuje určenie parametrov budúceho plynovodu. Tento postup je povinný a zároveň jedným z najdôležitejších etáp prípravy na výstavbu. Od správnosti výpočtu závisí, či bude plynovod fungovať v optimálnom režime.

Pri uskutočňovaní každého hydraulického výpočtu sa vykonáva určenie:

• potrebného priemeru rúr, ktoré zabezpečia efektívnu a stabilnú prepravu potrebného množstva plynu;
• či budú prijateľné straty tlaku pri preprave požadovaného objemu modrého paliva v rúrach daného priemeru.

Straty tlaku vznikajú kvôli tomu, že v každom plynovode existuje hydraulický odpor. Pri nesprávnom výpočte to môže viesť k tomu, že spotrebiteľom nebude stačiť plyn na normálnu prevádzku vo všetkých režimoch alebo v momentoch maximálnej spotreby.

Táto tabuľka je výsledkom hydraulického výpočtu vykonaného s ohľadom na zadané hodnoty. Na vykonanie výpočtov bude potrebné zadať konkrétne ukazovatele do stĺpcov.

Takáto operácia predstavuje štandardizovaný štátny postup, ktorý sa vykonáva podľa vzorcov a požiadaviek uvedených v SP 42-101–2003.

Výpočty je povinný vykonať developer. Ako základ sa berú údaje technických podmienok potrubia, ktoré je možné získať vo svojom miestnom plynárenskom podniku.

Plynovody vyžadujúce vykonanie výpočtov

Štát vyžaduje, aby sa hydraulické výpočty vykonávali pre všetky typy potrubí patriacich do systému plynárenstva. Pretože procesy prebiehajúce pri pohybe plynu sú vždy rovnaké.

K uvedeným plynovodom patria nasledujúce typy:

• nízkeho tlaku;
• stredného, vysokého tlaku.

Prvé sú určené na prepravu paliva k obytným objektom, všetkým možným verejným budovám, spotrebiteľským podnikom. Navyše v súkromných, bytových domoch, rodinných domoch nesmie tlak plynu presiahnuť 3 kPa, v spotrebiteľských podnikoch (nepriemyselných) je tento ukazovateľ vyšší a dosahuje 5 kPa.

Druhý typ potrubí je určený na napájanie sietí, a to všetkých možných, nízkotlakých, strednotlakých cez plynárenské regulačné stanice, a tiež na prívod plynu k jednotlivým odberateľom.

Môžu to byť priemyselné, poľnohospodárske, rôzne komunálne podniky a dokonca samostatne stojace, alebo pristavané k priemyselným budovám. Ale v dvoch posledných prípadoch budú výrazné obmedzenia v tlaku.

Vyššie uvedené typy plynovodov odborníci obvykle delia na nasledujúce kategórie:

• vnútorné, vnútrodielenské, to znamená prepravujúce modré palivo vnútri nejakej budovy a doručujúce ho k jednotlivým agregátom, spotrebičom;
• odberateľské odbočky, používané na dodávku plynu z nejakej distribučnej siete ku všetkým existujúcim odberateľom;
• distribučné, používané na zásobovanie plynom určitých území, napríklad miest, ich jednotlivých častí, priemyselných podnikov. Ich konfigurácia býva rôzna a závisí od špecifík územného plánu. Tlak vnútri siete môže byť akýkoľvek stanovený – nízky, stredný, vysoký.

Okrem toho sa hydraulický výpočet vykonáva pre plynárenské siete s rôznym počtom tlakových stupňov, ktorých je mnoho druhov.

Takže na uspokojenie potrieb je možné použiť dvojstupňové siete pracujúce s plynom dopravovaným pri nízkom, vysokom tlaku alebo nízkom, strednom. A tiež našli uplatnenie trojstupňové a rôzne viacstupňové siete. To znamená, že všetko závisí len od prítomnosti odberateľov.

Hydraulický odpor – to je hlavný dôvod, prečo je potrebné vykonávať tento typ výpočtu. Navyše, závisí aj od materiálu potrubia.

Napriek veľkej rozmanitosti variantov plynovodov je hydraulický výpočet v každom prípade podobný. Pretože na výrobu sa používajú konštrukčné prvky z podobných materiálov a vo vnútri rúr prebiehajú rovnaké procesy.

Hydraulický odpor a jeho úloha

Ako bolo uvedené vyššie, základom pre vykonanie výpočtu je prítomnosť hydraulického odporu v každom plynovode.

Pôsobí na celú konštrukciu potrubia, ako aj na jej jednotlivé časti, uzly — T-kusy, miesta výrazného zmenšenia priemeru rúr, uzatváracie armatúry, rôzne ventily. To vedie k strate tlaku prepravovaným plynom.

Hydraulický odpor vždy predstavuje súčet:

• lineárneho odporu, teda pôsobiaceho po celej dĺžke konštrukcie;
• miestnych odporov, pôsobiacich pri každej súčasti konštrukcie, kde dochádza k zmene rýchlosti prepravy plynu.

Uvedené parametre neustále a výrazne ovplyvňujú pracovné charakteristiky každého plynovodu. Preto v dôsledku nesprávneho výpočtu vzniknú dodatočné a značné finančné straty z dôvodu, že projekt bude potrebné prepracovať.

Pravidlá vykonania výpočtu

Vyššie bolo uvedené, že postup každého hydraulického výpočtu upravuje príslušný Súbor pravidiel s číslom 42-101–2003.

Dokument svedčí o tom, že hlavným spôsobom vykonania výpočtu je použitie počítača so špeciálnymi programami, ktoré umožňujú vypočítať plánovanú stratu tlaku medzi úsekmi budúceho plynovodu alebo potrebný priemer rúr.

Každý hydraulický výpočet sa vykonáva po vytvorení výpočtovej schémy zahŕňajúcej základné ukazovatele. Navyše do príslušných stĺpcov používateľ vkladá známe údaje

Ak takéto programy nie sú k dispozícii alebo osoba považuje ich použitie za nevhodné, možno použiť iné metódy povolené Súborom pravidiel.

Ktoré zahŕňajú:

• výpočet podľa vzorcov uvedených v SP — to je najzložitejší spôsob výpočtu;
• výpočet podľa takzvaných nomogramov — to je jednoduchšia možnosť ako používanie vzorcov, pretože nie je potrebné vykonávať žiadne výpočty, pretože potrebné údaje sú uvedené v špeciálnej tabuľke a sú uvedené v Súbore pravidiel, a stačí ich len vybrať.

Ktorýkoľvek z metód výpočtu vedie k rovnakým výsledkom. A preto novo postavený plynovod bude schopný zabezpečiť včasnú a neprerušovanú dodávku plánovaného množstva paliva aj v hodinách jeho maximálneho využitia.

Variant výpočtov pomocou PC

Vykonanie výpočtu pomocou počítača je najmenej náročné na prácu — všetko, čo sa od človeka vyžaduje, je vložiť do príslušných stĺpcov potrebné údaje.

Preto sa hydraulický výpočet vykoná za niekoľko minút, pričom na túto operáciu nebude potrebná veľká zásoba vedomostí, ktorá je potrebná pri používaní vzorcov.

Pre jeho správne vykonanie je potrebné z technických podmienok získať nasledujúce údaje:

• hustota plynu;
• koeficient kinetickej viskozity;
• teplota plynu vo vašom regióne.

Potrebné technické podmienky sa získavajú v plynárni obce, v ktorej sa bude stavať plynovod. Vlastne, získaním tohto dokumentu sa začína projektovanie akéhokoľvek potrubia, pretože sú v ňom obsiahnuté všetky základné požiadavky na jeho konštrukciu.

Používanie špeciálnych programov je najjednoduchším spôsobom hydraulického výpočtu, ktorý vylučuje hľadanie a štúdium vzorcov na vykonávanie výpočtov

Ďalej musí stavebník zistiť spotrebu plynu pre každé zariadenie, ktoré sa plánuje pripojiť k plynovodu. Napríklad, ak sa palivo bude prepravovať do súkromného domu, najčastejšie sa tam používajú sporáky na varenie, rôzne vykurovacie kotly, a v ich pasoch sú vždy uvedené potrebné čísla.

Okrem toho bude potrebné poznať počet horákov každého sporáka, ktorý bude pripojený k potrubiu.

V ďalšej fáze zberu potrebných údajov sa získava informácia o poklese tlaku v miestach inštalácie nejakého zariadenia – môže to byť merač, uzatvárací ventil, tepelný uzatvárací ventil, filter, ďalšie prvky.

V tomto prípade je ľahké nájsť potrebné čísla – sú uvedené v osobitnej tabuľke priloženej k pasu každého výrobku. Projektant by si mal dať pozor na to, že sa má uvádzať pokles tlaku pri maximálnej spotrebe plynu.

Z osobitnej tabuľky priloženej k pasu výrobkov možno získať informácie o strate tlaku pri pripájaní zariadení k sieti

V ďalšej fáze sa odporúča zistiť, aký bude tlak modrého paliva v bode napojenia. Takéto informácie môžu obsahovať technické podmienky miestnej plynárne, predtým vypracovaná schéma budúceho plynovodu.

Ak bude sieť pozostávať z niekoľkých úsekov, je potrebné ich očíslovať a uviesť skutočnú dĺžku. Okrem toho treba pre každý úsek samostatne zapísať všetky meniteľné ukazovatele – celkovú spotrebu každého používaného zariadenia, pokles tlaku, ďalšie hodnoty.

Bezpodmienečne bude potrebný koeficient súčasnosti. Zohľadňuje možnosť spoločnej prevádzky všetkých odberateľov plynu pripojených k sieti. Napríklad všetkých vykurovacích zariadení umiestnených v bytovom dome alebo v súkromnom dome.

Takéto údaje program vykonávajúci hydraulický výpočet používa na určenie maximálneho zaťaženia na niektorom úseku alebo v celom plynovode.

Pre každý jednotlivý byt alebo dom nie je potrebné vypočítať uvedený koeficient, pretože jeho hodnoty sú známe a uvedené v tabuľke priloženej nižšie:

Tabuľka s koeficientmi súčasnosti, údaje z ktorej sa používajú pri akomkoľvek type výpočtov. Stačí vybrať stĺpec zodpovedajúci konkrétnemu domácemu spotrebiču a zobrať potrebné číslo.

Ak sa na nejakom objekte plánuje použiť viac ako dva vykurovacie kotly, pece, zásobníkové ohrievače vody, potom ukazovateľ súčasnosti bude vždy rovný 0,85. To bude potrebné uviesť v príslušnom stĺpci používanom na výpočet programu.

Ďalej je potrebné uviesť priemer rúr, a ešte budú potrebné koeficienty ich drsnosti, ktoré sa použijú pri stavbe potrubia. Tieto hodnoty sú štandardné a ľahko ich možno nájsť v súbore pravidiel.

Vplyv materiálu rúr na výpočet

Na stavbu plynovodov možno použiť rúry vyrobené len z určitých materiálov: ocele, polyetylénu. V niektorých prípadoch sa používajú výrobky z medi. Čoskoro sa budú masovo používať kovoplastové konštrukcie.

Každá rúra má drsnosť, čo vedie k lineárnemu odporu, ktorý ovplyvňuje proces presunu plynu. Navyše, tento ukazovateľ je výrazne vyšší u oceľových výrobkov ako u plastových.

Dnes potrebné informácie možno získať len pre oceľové a polyetylénové rúry. V dôsledku toho možno navrhovanie a hydraulický výpočet vykonávať len s ohľadom na ich charakteristiky, čo vyžaduje príslušný súbor pravidiel. Rovnako sú v dokumente uvedené potrebné údaje na výpočet.

Koeficient drsnosti sa vždy rovná nasledujúcim hodnotám:

• pre všetky polyetylénové rúry, a to bez ohľadu na to, či sú nové alebo nie, — 0,007 cm;
• pre už používané oceľové výrobky — 0,1 cm;
• pre nové oceľové konštrukcie — 0,01 cm.

Pre akékoľvek iné druhy rúr sa tento ukazovateľ v súbore pravidiel neuvádza. Preto sa neodporúča používať ich na stavbu nového plynovodu, pretože špecialisti plynárenskej spoločnosti môžu požadovať úpravy. A to sú opäť dodatočné náklady.

Výpočet prietoku na obmedzenom úseku

Ak sa plynovod skladá z jednotlivých úsekov, výpočet celkového prietoku na každom z nich bude potrebné vykonať samostatne. Nie je to však zložité, pretože na výpočty budú potrebné už známe čísla.

Určenie údajov pomocou programu

Keď poznáme počiatočné ukazovatele, máme prístup k tabuľke súčasnosti a k technickým pasom sporákov a kotlov, môžeme pristúpiť k výpočtu.

Na tento účel sa vykonávajú nasledujúce kroky (príklad je uvedený pre vnútrodomový plynovod nízkeho tlaku):

1. Počet kotlov sa vynásobí výkonom každého z nich.
2. Získaná hodnota sa vynásobí koeficientom súčasnosti spresneným pomocou špeciálnej tabuľky pre tento druh spotrebiteľov.
3. Počet platní určených na prípravu jedla sa vynásobí výkonom každej z nich.
4. Hodnota získaná po predchádzajúcej operácii sa vynásobí koeficientom súbežnosti prevzatým zo špeciálnej tabuľky.
5. Získané sumy pre kotly a platne sa sčítajú.

Podobné manipulácie sa vykonávajú pre všetky úseky plynovodu. Získané údaje sa zadávajú do príslušných stĺpcov programu, pomocou ktorého sa vykonávajú výpočty. Všetko ostatné urobí elektronika sama.

Výpočet s použitím vzorcov

Tento typ hydraulického výpočtu je podobný vyššie opísanému, to znamená, že budú potrebné rovnaké údaje, ale postup bude zdĺhavý. Keďže všetko bude potrebné vykonať ručne, navyše projektant bude musieť vykonať niekoľko medzioperácií, aby použil získané hodnoty na konečný výpočet.

Taktiež bude potrebné venovať dostatok času na pochopenie mnohých pojmov a otázok, s ktorými sa človek pri používaní špeciálneho programu nestretáva. O správnosti vyššie uvedeného sa možno presvedčiť oboznámením sa so vzorcami, ktoré sa budú používať.

Výpočet pomocou vzorcov je zložitý, a preto nie je prístupný všetkým. Na obrázku sú znázornené vzorce na výpočet poklesu tlaku v sieti vysokého, stredného a nízkeho tlaku a koeficient hydraulického trenia.

Pri používaní vzorcov, rovnako ako v prípade hydraulického výpočtu pomocou špeciálneho programu, existujú osobitosti pre plynovody nízkeho, stredného a, samozrejme, vysokého tlaku. A na to treba pamätať, pretože chyba je vždy spojená s výraznými finančnými nákladmi.

Výpočty pomocou nomogramov

Nejaký špeciálny nomogram predstavuje tabuľku, v ktorej je uvedený rad hodnôt, po preštudovaní ktorých je možné získať potrebné ukazovatele bez vykonávania výpočtov. V prípade hydraulického výpočtu — priemer potrubia a hrúbku jeho stien.

Nomogramy na výpočet sú jednoduchým spôsobom získania potrebných informácií. Stačí sa obrátiť na riadky, ktoré zodpovedajú zadaným charakteristikám siete.

Existujú samostatné nomogramy pre polyetylénové a oceľové výrobky. Pri ich výpočte sa používali štandardné údaje, napríklad drsnosť vnútorných stien. Preto o správnosť informácií nemusíte mať obavy.

Príklad vykonania výpočtu

Uvedený je príklad vykonania hydraulického výpočtu pomocou programu pre plynovody nízkeho tlaku. V ponúkanej tabuľke sú žltou farbou zvýraznené všetky údaje, ktoré musí projektant zadať samostatne.

Sú vymenované v bode o počítačovom hydraulickom výpočte uvedenom vyššie. Ide o teplotu plynu, koeficient kinematickej viskozity, hustotu.

V tomto prípade sa vykonáva výpočet pre kotly a sporáky, preto je potrebné uviesť presný počet horákov, ktorých môže byť 2 alebo 4. Presnosť je dôležitá, pretože program automaticky vyberie koeficient súčasnosti.

Na obrázku sú žltou farbou zvýraznené stĺpce, do ktorých musí projektant sám zadať hodnoty. Dole je uvedený vzorec na výpočet prietoku na úseku.

Je potrebné venovať pozornosť číslovaniu úsekov – nevymýšľa sa samostatne, ale preberá sa z predtým vypracovanej schémy, kde sú uvedené podobné čísla.

Ďalej sa uvádza skutočná dĺžka plynovodu a takzvaná výpočtová, ktorá je väčšia. Deje sa to preto, lebo na všetkých úsekoch, kde je miestny odpor, je potrebné zväčšiť dĺžku o 5–10 %. Robí sa to preto, aby sa vylúčil nedostatočný tlak plynu u spotrebiteľov. Program vykonáva výpočet samostatne.

Celkový prietok v kubických metroch, pre ktorý je určený samostatný stĺpec, sa na každom úseku vypočíta vopred. Ak je dom bytový, treba uviesť počet bytov, a to od maximálnej hodnoty, ako je vidieť v príslušnom stĺpci.

Do tabuľky sa povinne vkladajú všetky prvky plynovodu, pri prechode ktorým sa stráca tlak. V príklade sú uvedené termouzavierací ventil, uzatvárací ventil a merač. Hodnota straty sa v každom prípade brala z pasu výrobku.

Pomocou jedného programu je možné robiť výpočty pre všetky typy plynovodov. Na obrázku sú výpočty pre sieť stredného tlaku

Vnútorný priemer potrubia sa uvádza podľa technickej úlohy, ak má mestský plynárenský podnik nejaké požiadavky, alebo z predtým vypracovanej schémy. V tomto prípade je na väčšine úsekov uvedený v rozmere 5 cm, pretože veľká časť plynovodu vedie pozdĺž fasády a miestny plynárenský podnik vyžaduje, aby priemer nebol menší.

Ak sa čo i len povrchne oboznámime s uvedeným príkladom vykonania hydraulického výpočtu, ľahko si všimneme, že okrem hodnôt zadaných človekom je prítomné veľké množstvo ďalších. To všetko je výsledkom práce programu, pretože po zadaní čísel do konkrétnych stĺpcov zvýraznených žltou farbou je práca človeka na výpočte ukončená.

To znamená, že samotný výpočet prebieha pomerne rýchlo, potom je možné s týmito údajmi ísť na schválenie do mestského plynárenského podniku svojho mesta.

Závery a užitočné video k téme

Toto video umožňuje pochopiť, čím sa začína hydraulický výpočet, odkiaľ projektanti berú potrebné údaje:

V nasledujúcom videu je uvedený príklad jedného z druhov počítačového výpočtu:

Ďalej je možné oboznámiť sa s príkladom výpočtu pomocou počítačového programu:

Na vykonanie hydraulického výpočtu pomocou počítača, ako to umožňuje profilový Súbor pravidiel, stačí venovať trochu času oboznámeniu sa s programom a zhromaždeniu potrebných údajov.

Ale praktického významu to všetko nemá, keďže zostavenie projektu je postup oveľa rozsiahlejší a zahŕňa mnoho ďalších otázok. Z tohto dôvodu sa väčšina občanov bude musieť obrátiť na odborníkov.

Objavili sa otázky, našli ste nedostatky alebo môžete doplniť náš materiál cennými informáciami? Zanechajte svoje komentáre, pýtajte sa, podeľte sa o skúsenosti v bloku nižšie.