Stanovení tlakových ztrát v plynovodech

Blízkost plynovodní sítě k obydlené oblasti nezaručuje absenci problémů s připojením k ní. Komunikace přepravující nejoblíbenější palivo mají různé úkoly, a proto se liší i tlak v plynovodu.

Řekneme vám, jak funguje síť pro přepravu plynu a pod jakým tlakem je palivo dodávané spotřebiteli v jejích lineárních segmentech. Článek, který prezentujeme, podrobně popisuje principy organizace systémů zásobování plynem na různých úrovních. Jsou uvedeny mechanismy pro uzavírání plynu.

Dodávky zemního plynu

Domácí a průmyslová zařízení, která fungují na přírodní směs plynných uhlovodíků, jsou dobře známá každému. V obytných budovách se instalují kotle, plynové sporáky a ohřívače vody.

Mnoho podniků má k dispozici kotelny a oplocené „domy“ GRU. A na ulicích jsou rozvodny plynu, které přitahují pozornost žlutou barvou a jasně červeným nápisem „Plyn. Hořlavý“.

Každý ví, že plyn protéká potrubím. Ale jak se do tohoto potrubí dostane? Cesta, kterou zemní plyn urazí do každého bytu, do každého domu, je skutečně obrovská. Koneckonců, od ložiska až ke koncovým spotřebitelům plyn putuje rozvětvenými, utěsněnými kanály táhnoucími se tisíce kilometrů.

Ihned po těžbě v ložisku je směs plynů čištěna od nečistot a připravena k čerpání. Zemní plyn, přečerpaný kompresorovými stanicemi na vysoké tlaky, je hlavním potrubím dopravován do distribuční stanice plynu.

Jeho zařízení snižují tlak a odorizují plynnou směs metanem, ethanem a pentanthioly, ethylmerkaptanem a podobnými látkami, aby jí dodaly zápach (v čisté formě zemní plyn nemá žádný zápach). Po dodatečném čištění je plynné palivo přiváděno do plynovodů v obydlených oblastech.

Zařízení spotřebovávající plyn vyžadují dodávku hořlavého plynu pod určitým tlakem. Komplex GRP reguluje (obvykle snižuje) tlak plynu v síti před jeho dodáním do vlastních sítí s maximální spotřebou plynu až 30 tisíc metrů krychlových za hodinu.

Zemní plyn pak putuje do distribučních míst plynu v rámci městských bloků. Před odesláním do plynovodní sítě bloku se tlak přepravovaného plynu sníží na požadované minimum. Nakonec plyn putuje do domovní plynové sítě – k plynovému sporáku, ohřívači vody nebo stacionárnímu kotli.

Každá plynárna je vybavena speciálním hořákem, který před spalováním mísí hlavní palivo se vzduchem. V čisté formě (tj. bez přístupu kyslíku) je hořlavost zemního plynu nulová.

Distribuční stanice plynu se používají na odbočkách z hlavních plynovodů, snižují tlak a regulují dodávky objemů plynu do místních spotřebitelských sítí (maximálně 500 tisíc metrů krychlových za hodinu).

Složení systému zásobování plynem

Komplex pro přepravu plynu se skládá z potrubí a konstrukcí, jakož i technických zařízení, která dodávají a distribuují tok mezi spotřebiteli. Intenzita dodávek plynu je určena potřebami koncových uživatelů – průmyslových a komunálních organizací, soukromých domácností.

Síť dodávky plynu se skládá z:

• vysokotlaké, středotlaké a nízkotlaké potrubí;
• zařízení pro regulaci plynu – stanice (GRS), výhybky (GRP), instalace (GRU);
• řídicí stroje a monitorovací systémy;
• dispečerská a provozní služba.

Pod vysokým tlakem je hlavní plynovod dodáván zemní plyn do distribučních stanic, které pomocí automatických regulačních ventilů snižují tlak na požadovanou úroveň.

Pak plynárenské sítě posílají palivo spotřebitelům. Distribuční stanice plynu automaticky udržují ukazatele tlaku v daném rozsahu.

Jak je organizován systém zásobování plynem?

Jeho hierarchie je určena třídami prvků sítě pro přepravu plynu spojených s tlakem čerpaného zemního plynu.

Pokládka plynovodů v rámci městských hranic vyžaduje dostatečný prostor kolem potrubí jako bezpečnostní zónu. Zejména pokud se jedná o plynovod s významným průřezem a provozním tlakem nad 0,6 MPa.

Zásady návrhu sítě plynovodů

První úroveň plynovodů zahrnuje plynovodní komunikace, ve kterých je tlak zemního plynu vysoký nebo střední. Pro eliminaci slepých úseků jsou plynovody zálohovány – jednotlivé segmenty jsou duplikovány nebo smyčkovány. Vytvoření slepé sítě je povoleno pouze v malých sídlech.

Zemní plyn pod vysokým tlakem prochází několika po sobě jdoucími fázemi, kde jeho tlak klesá. Proces snižování tlaku v regulačních bodech plynu probíhá skokově, zatímco tlak na výstupu je konstantní. V rámci města tvoří plynovody se středním a vysokým tlakem hydraulicky propojenou společnou síť.

Podobné značky označují umístění podzemních plynových komunikací a hranice bezpečnostní zóny. Tato značka ukazuje číslo hlídky (není zde žádná), kategorii plynovodu (II), průměr potrubí (800 mm), obvod bezpečnostní zóny (2 m vlevo a vpravo, 1 m vpřed) a kontaktní telefonní číslo (T.051).

Použití GRP umožňuje zásobování spotřebitelů plynem různého tlaku, i když se nacházejí na stejné ulici – plynovody různých tlaků jsou umístěny paralelně.

Plynovody druhého stupně zajišťují nízkotlaké plynné palivo pro většinu spotřebitelů. Takové sítě jsou smíšené s převahou slepých úseků. Kroužení podléhají pouze hlavní plynovody.

Nízkotlaké plynovody nesmí překračovat velké umělé (dálnice, železnice) nebo přírodní (jezera, řeky, rokle) překážky. Instalace takových komunikací v průmyslových zónách není povolena.

Plyn je dodáván spotřebitelům plynu v soukromých domácnostech nízkotlakými větvemi. Parametry tlaku na vstupu do zařízení musí odpovídat údajům uvedeným v technickém listu.

Plynové sítě dodávající palivo pod nízkým tlakem nemohou tvořit hydraulicky propojený systém velkého sídla. Jsou navrženy výhradně jako lokální komplexy napájené z několika distribučních stanic plynu.

Na druhé straně připojeny ke středotlakým sítím, které jsou zase podobně připojeny k vysokotlakým potrubím. Třetí úroveň síťových plynovodů se používá u spotřebních zařízení – na území podniků, v obytných a veřejných budovách.

Požadovaný tlak pro takové sítě je určen jejich účelem a provozními charakteristikami zařízení (instalací) využívajících plyn. Redundance (částečná duplikace) se u plynových komunikací třetí úrovně obvykle neprovádí.

Typy a kategorie plynovodů

Rozdělení plynovodů podle typů je uvedeno v SNiP 42-01-2002. Vysokotlaké hlavní plynovody odpovídají jednomu typu, rozdělenému do dvou kategorií.

Plynovodné komunikace první kategorie jsou instalovány výhradně pro spotřebitele v průmyslovém sektoru, kteří spotřebovávají značné objemy plynného paliva za trvale vysokého tlaku (0,6-1,2 MPa).

Například se jedná o ocelárny. Připojení každého průmyslového spotřebitele k plynovodu první kategorie vyžaduje vypracování speciálního projektu zásobování plynem.

Moderní standardy pro instalaci plynových sítí umožňují jejich konstrukci z PVC trubek se „žlutým“ označením. Nicméně, přes jakékoli překážky musí být plynové komunikační potrubí provedeno pouze v ocelovém ochranném pouzdře.

Plynové potrubí druhé kategorie je vytvořeno pro jiná výrobní zařízení, která vyžadují dodávku plynné směsi pod vysokým tlakem, ale menším (0,3-0,6 MPa) než spotřebitelé první kategorie. Stejné plynovody dodávají palivo do kotelen, které vytápějí výrobní budovy.

Potrubí dodávající plyn se středním tlakem (0,005–0,3 MPa) jsou připojena ke kotelnám, které vytápějí obytné a administrativní budovy. Používají se také k zásobování veřejných budov, které vyžadují zvýšené množství paliva.

Nízkotlaké plynovody (do 0.005 MPa) jsou přiváděny k domácnostem. Veškerá domácí zařízení jsou navržena pro takové charakteristiky dodávky plynu.

Není možné dosáhnout maximální bezpečnosti plynových komunikací pro obytné budovy bez co největšího snížení tlakových parametrů. Organizace dodávek plynu do obytných budov se středotlakými a vysokotlakými potrubími je přísně zakázána.

Vícestupňový systém zásobování plynem

Potřeba vytvořit několik stupňů v místním systému zásobování zemním plynem je také způsobena přítomností odběratelů, kteří vyžadují dodávky plynného paliva pod různým tlakem.

Stupňování plynovodů podle etap

Následující systémy zásobování plynem se rozlišují podle počtu tlakových stupňů:

• Dvoustupňové. Tvořené sítěmi za nízkého a středního tlaku nebo nízkého a vysokého tlaku;
• Třístupňový. Skládá se z komunikací s vysokým, středním a nízkým tlakem;
• Krok za krokem. Jsou tvořeny plynovody s tlaky všech úrovní.

Střídání vysokotlakých a středotlakých plynovodů je nutné vzhledem ke značné délce síťových potrubí a také kvůli několika směrům dopravy. V oblastech s vysokou hustotou obyvatelstva se nedoporučuje pokládat plynovody vedoucí plynná paliva pod vysokým tlakem.

Hlavní plynovody města se nacházejí v podzemí. Jinak by se nebylo možné vyhnout velkým nehodám na plynových sítích v důsledku chyb v řízení vozidel.

Dalším častým důvodem je, že ve starých zástavbách nejsou městské ulice dostatečně široké pro vedení vysokotlakého plynovodu pod nimi. Čím vyšší je totiž tlak plynu protékajícího plynovodem, tím větší je potřeba vzdálenost mezi inženýrskými sítěmi a sousedními budovami.

Potřeba postupného systému zásobování plynem je také způsobena technologickými požadavky na připojení a instalaci regulačních jednotek plynu instalovaných na budovách.

Typy městských sítí podle účelu

Území městských oblastí jsou vybavena nejrozsáhlejší sítí plynových komunikací.

Komplex zásobování městem zemním plynem zahrnuje následující typy plynovodů:

• distribuce, vedení plynu pod různým (skutečně nezbytným) tlakem. Zajištění dopravy v celé obsluhované oblasti;
• odběratelské pobočky dodávající plyn z distribučních sítí konkrétním odběratelům;
• vnitropodnikové a vnitrodílenské.

Schéma distribučních plynových komunikací určených pro město, které vedou plyn pod středním a vysokým tlakem, tvoří společnou síť. Článek, který nabízíme, vás seznámí se specifiky vývoje projektu plynofikace soukromého domu.

Skříňový regulační bod dodávky plynu se používá v sítích konečných spotřebitelů s kapacitou nepřesahující 1800 metrů krychlových za hodinu. Je schopen snížit tlak na 2 kPa.

To znamená, že zemní plyn je dodáván městským spotřebitelům, kotelnám a průmyslovým zařízením prostřednictvím společné plynárenské distribuční sítě. Výstavba oddělených hlavních sítí pro městské a domácí nebo průmyslové spotřebitele je z ekonomického hlediska nerentabilní.

Při výběru plánovacích řešení pro zásobování města plynem se zohledňuje uspořádání a velikost města, hustota zalidnění a zástavba, potřeby elektráren a průmyslových zařízení. Zohledňují se perspektivy budoucího rozvoje města, přítomnost velkých překážek (umělých, přírodních) pro komunikace plynovodů.

Vlastnosti urbanistického plánování dodávek plynu

V rámci městských hranic musí být ideální systém zásobování zemním plynem ekonomicky výhodný, provozně bezpečný a spolehlivý, pohodlný a snadno ovladatelný.

Takové kulové kohouty se používají k vybavení plynových komunikačních sítí pro velké spotřebitele a pro vícestupňové systémy. Tento uzavírací ventil
je instalován na plynovodu při jeho výstupu z regulační stanice tlaku plynu a umožňuje přepínání okruhů přívodu plynu do systému

Plynovodní síť musí umožňovat bezpečné odstavení jejích jednotlivých segmentů z důvodu oprav. Nezbytnou podmínkou je úplná jednotnost jednotek, zařízení a konstrukcí v rámci jednoho systému.

Pokud jsou na diagramu znázorněny městské plynovody, jsou znázorněny postupně. Souběžné plynovody je však možné vést podél ulic, pokud je v nich tlak odlišný.

Toto uspořádání je nákladově efektivní, protože umožňuje snížit spotřebu potrubí:

• nízkotlaké plynovody jsou napájeny z několika distribučních stanic plynu;
• Metan je dodáván do centrálních distribučních stanic plynu paralelně položenými středotlakými nebo vysokotlakými plynovody.

Podobné komunikační rozvržení se používá pro zásobování kotelen a podniků nacházejících se v obytných zónách.

Struktura městského rozvoje vyžaduje výstavbu nízkotlaké sítě ve formátu dvou nepropojených zón. Pro zálohování v nízkotlaké fázi je sklolaminát každé ze dvou zón připojen k potrubí o velkém průměru, které vede plyn pod nízkým tlakem.

V malých a středních městech se používá dvoustupňový systém plynovodů, který kombinuje nízkotlakou a vysokotlakou komunikaci (ne více než 0,6 MPa).

Pokud není možné v centru města položit plynovody pro čerpání vysokotlaké směsi plynů, je jejich projektovaná kapacita rozdělena mezi vysokotlaké sítě (položené na periferii) a středotlaké sítě (vytvořené v centrální části).

Výsledkem je třístupňový systém zásobování zemním plynem, vybavený distribučními plynovody o průměru 50-400 mm.

Před výstavbou samostatného plynovodu a před řezáním do stávajícího plynovodu se navrhne plánovaný úsek systému a provede se hydraulický výpočet, který umožňuje výběr plynových potrubí a armatur pro uspořádání sítě.

Mechanismy pro uzavírání zemního plynu

Provádění oprav vyžaduje pravidelné odstavování určitých úseků městských plynárenských komunikací, které jsou pod vysokým a středním tlakem, a také určitých sítí pod nízkým tlakem.

Proto jsou plynovodní systémy síťových, veřejných a bytových potrubí, jakož i průmyslových zařízení nebo několika budov vybaveny uzavíracími zařízeními – ventily (jiný název – zátkové ventily).

Montáž komunikačního systému dle pravidel je dokončena tlakovou zkouškou plynovodu, která umožňuje identifikovat problémové oblasti. Nejčastěji se objevují v místech uzavíracích zařízení.

Tyto ventily, instalované externě v ochranné skříni nebo bez ní, se používají v případech, kdy je potřeba zcela odpojit domácnost od plynové sítě.

Montáž ventilů se provádí:

• na plynovodech v GRP (odchozích i vstupních);
• na větvích hlavních plynovodů směřujících do mikrookresů a čtvrtí;
• před velkou překážkou, kterou překračuje potrubí (nádrže, dálnice a železnice).

Na vnějších plynovodech jsou ventily instalovány se zapuštěním do studní. Spolu s nimi jsou namontovány kompenzátory čoček, určené k odečítání napětí (instalace, teplota) podél potrubí a také k usnadnění postupů při instalaci a demontáži uzavíracích ventilů.

Studny mohou být položeny ve vzdálenosti větší než 2 m od nejbližší budovy nebo plotu.

Uzavírací ventily na přívodech plynu do budov se umisťují na zeď. Plynové kohouty, jejichž výměna bude popsána v následujícím článku, se umisťují s odstupem jednoho metru od nejbližších otvorů.

Bez ohledu na tlakovou hladinu, větvení a délku potrubí, kterým proudí směs plynů, musí být počet uzavíracích armatur co nejmenší, s odůvodněním pro každé umístění.

Důležitou otázkou pro majitele je cena připojení k hlavnímu plynu, jejíž podrobnosti jsou uvedeny zde. Doporučujeme vám seznámit se s tímto užitečným materiálem.

Závěry a užitečné video k tématu

Video č. 1. Jak je plyn dodáván do bytového domu:

Video č. 2. Jak se navrhují a vyrábějí kulové kohouty pro plynovody:

Plynovodní systém zajišťuje řádné zásobování zemním plynem pouze tehdy, je-li vyvážený. Veškeré práce se zařízením pro přepravu plynu mohou provádět pouze zaměstnanci plynárenských služeb. Vnější zásahy do provozu plynárenské sítě jsou nepřijatelné a extrémně nebezpečné – pamatujte na to!

Prosím, napište komentáře do bloku níže. Sdílejte cenná doporučení a informace, které budou užitečné pro návštěvníky webu. Zanechávejte příspěvky, zveřejňujte fotografie k tématu, ptejte se.

Základní vzorec technické hydrauliky vztahující se k tlaku P , hustota a rychlost je Darcy-Weisbachův vzorec:

Obrázek 301. (17)

• – tlaková ztráta k překonání hydraulického odporu na úseku plynovodu ;
• — koeficient hydraulického odporu;
• и d – délka a vnitřní průměr potrubí, m;
• — rychlost plynu, m/s;
• – hustota plynu, kg/m3.

Výpočet tlakových ztrát v úsecích plynárenské sítě nízkého, středního a vysokého tlaku lze provést s přihlédnutím k teplotě odpovídající normálním podmínkám podle SP 42-101-2003 a při zohlednění teplot, které se liší od normálních podmínek . V soustavě SI tyto vzorce vypadají takto:

Pro středotlaké a vysokotlaké plynovody

Obrázek 302. (18)

• p_н – absolutní tlak plynu na začátku plynovodu, MPa;
• p_к – absolutní tlak plynu na konci plynovodu, MPa;
• P₀ – 0.101325 MPa;
• – koeficient hydraulického tření;
• G₀ – spotřeba plynu, m 3 /s, za normálních podmínek;
• d – vnitřní průměr plynovodu, m;
• – hustota plynu za normálních podmínek, kg/m3;
• – návrhová délka plynovodu konstantního průměru, m.

Pro nízkotlaké plynovody

Obrázek 303. (19)

• p_н – tlak plynu na začátku plynovodu, Pa;
• p_к – tlak plynu na konci plynovodu, Pa.

Vzorce pro stanovení tlakové ztráty s přihlédnutím k rozdílu teplot plynu od 0 stupňů Celsia mají tvar:

— pro sítě středního a vysokého tlaku

Obrázek 304. (20)

— pro nízkotlaké sítě

Obrázek 305. (21)

• T – teplota plynu, K;
• T₀ – teplota plynu za normálních podmínek, K.

Reynoldsovo číslo, které určuje způsob pohybu plynu plynovodem, se při výpočtu podle SP 42-101-2003 vypočítá pomocí vzorce:

Obrázek 306. (22)

• G₀ – průtok plynu, m 3 /h, při teplotě 0 °C a tlaku 0,10132 MPa (760 mm Hg);
• d – vnitřní průměr plynovodu, cm;
• – koeficient kinematické viskozity plynu, m 2 /s (při teplotě 0 °C a tlaku 0,10132 MPa).

Reynoldsovo číslo, které určuje způsob pohybu plynu plynovodem s přihlédnutím k teplotě plynu, se vypočítá podle vzorce:

Obrázek 307. (23)

• — rychlost proudění plynu, m/s;
• d — vnitřní průměr plynovodu, m;
• – koeficient kinematické viskozity plynu při teplotě T m2/s;
• G — objemový průtok plynu při teplotě, m 3 /s.

Hydraulická hladkost vnitřní stěny potrubí je určena podmínkou:

Obrázek 308. (24)

• — ekvivalentní absolutní drsnost vnitřního povrchu stěny trubky, mm (cm).

V závislosti na hodnotě Re koeficient hydraulického tření lze určit podle vzorce:

V oblasti laminárního proudění plynu at

Obrázek 309. (25)

pro kritické provozní podmínky při

Obrázek 310. (26)

– v závislosti na splnění podmínky * – Pro hydraulicky hladkou stěnu (nerovnost * platí):

Obrázek 311. (27)

Obrázek 312. (28)

Pro hrubé stěny (nerovnost * je nespravedlivá) s

Obrázek 313. (29)

Při výpočtu plynovodů nízká tlak, je třeba vzít v úvahu přídavný hydrostatický tlak vyplývající z rozdílu geodetických výšek koncových a počátečních bodů plynovodu.

Obrázek 314. (30)

• — hustota plynu, kg/m3;
• — rozdíl v geodetických výškách úseku plynovodu, m.

Dodatečný tlak plynu s nadmořskou výškou nastává, protože absolutní tlak v plynovodu klesá v menší míře než barometrický tlak. Při zvedání plynovodu bude pozitivní, a když se sníží – negativní. Pokud je plyn těžší než vzduch (například propan), bude dodatečný tlak negativní (přetlak v plynovodu se sníží).

Dodatečný přetlak je zohledněn v případě výrazně proměnlivého terénu.

Celkovou tlakovou ztrátu s přihlédnutím k místním odporům (kolena, T-kusy, uzavírací ventily, kompenzátory atd.) lze určit zvětšením skutečné délky plynovodu o 5 – 10 % podle vzorce:

Obrázek 315. (31)

• — tlaková ztráta podél délky plynovodu, Pa;
• =(1.05-1.1) – koeficient lokální tlakové ztráty.

V případě, že jsou známy všechny místní odpory, lze odhadovanou délku úseku plynovodu určit podle vzorce:

Obrázek 316. (32)

• — skutečná délka úseku, m;
• – ekvivalentní délka přímého úseku plynovodu m, na kterém se tlaková ztráta rovná tlakové ztrátě v místním odporu s hodnotou součinitele = 1.

Ekvivalentní délku přímého úseku plynovodu lze určit podle vzorce:

Obrázek 317. (33)

• — součet místních koeficientů odporu projektovaného úseku;
• — koeficient hydraulického tření;
• d — vnitřní průměr plynovodu, m.