Gázvezeték hidraulikai számítása: számítási módszerek és eljárások + számítási példa

A gázellátás biztonságos és zavartalan működéséhez tervezni és számítani kell. Fontos, hogy tökéletesen válasszuk ki a csöveket a nyomás minden típusához, amelyek biztosítják a stabil gázszállítást a készülékekhez.

A csövek, szerelvények és berendezések kiválasztásának maximális pontossága érdekében hidraulikai számítást végeznek a csővezetékre. Hogyan kell ezt megtenni? Vallja be, Ön nem túl járatos ebben a kérdésben, nézzük meg együtt!

Mi felajánljuk, hogy ismerkedjen meg az alaposan kiválogatott és részletesen feldolgozott információkkal a gázvezeték-rendszerek hidraulikai számításának lehetőségeiről. Az általunk bemutatott adatok használata biztosítja a földgáz szállítását a készülékekhez a szükséges nyomásparaméterekkel. A gondosan ellenőrzött adatok a szabályozó dokumentáció előírásain alapulnak.

A cikk rendkívül alaposan ismerteti a számítások elveit és sémáit. Példa is bemutatásra kerül a számítások elvégzésére. Hasznos információs kiegészítésként grafikus alkalmazások és videó-utasítások kerültek felhasználásra.

A hidraulikai számítás sajátosságai

Minden elvégzett hidraulikai számítás a jövőbeli gázvezeték paramétereinek meghatározását jelenti. Ez az eljárás kötelező, és az építés előkészítésének egyik legfontosabb szakasza. A számítás helyességétől függ, hogy a gázvezeték optimális üzemmódban fog-e működni.

Minden hidraulikai számítás során meghatározásra kerül:

• a szükséges csőátmérő, amely biztosítja a szükséges mennyiségű gáz hatékony és stabil szállítását;
• elfogadhatóak-e a nyomásveszteségek a kívánt mennyiségű földgáz szállításakor az adott átmérőjű csövekben.

A nyomásveszteségek azért következnek be, mert minden gázvezetékben van hidraulikai ellenállás. Hibás számítás esetén ez ahhoz vezethet, hogy a fogyasztóknak nem lesz elegendő gázuk a normál működéshez minden üzemmódban, vagy a maximális fogyasztás pillanataiban.

Ez a táblázat a hidraulikai számítás eredménye, amelyet a megadott értékek figyelembevételével végeztek. A számítások elvégzéséhez konkrét mutatókat kell beírni az oszlopokba.

Ez a művelet az állam által szabványosított eljárás, amelyet az SP 42-101–2003 szabványban foglalt képletek és követelmények szerint hajtanak végre.

A számításokat a kivitelező köteles elvégezni. Alapul a csővezeték műszaki feltételeinek adatai szolgálnak, amelyeket a helyi gázszolgáltatónál lehet beszerezni.

Számításokat igénylő gázvezetékek

Az állam megköveteli, hogy a gázellátó rendszerhez tartozó minden típusú csővezetékre hidraulikai számításokat végezzenek. Mivel a gáz mozgása során lejátszódó folyamatok mindig azonosak.

Az említett gázvezetékek a következő típusokba tartoznak:

• kisnyomásúak;
• közép- és nagynyomásúak.

Az előbbiek az üzemanyag lakóépületekhez, különféle középületekhez és háztartási vállalkozásokhoz történő szállítására szolgálnak. Továbbá a magánházakban, társasházakban, nyaralókban a gáznyomás nem haladhatja meg a 3 kPa-t, a háztartási (nem termelő) vállalkozásoknál ez az érték magasabb, elérheti az 5 kPa-t.

A második típusú csővezetékek a hálózatok – mindenféle kis- és középnyomású hálózatok – ellátására szolgálnak gázszabályozó állomásokon keresztül, valamint gázt szállítanak egyes fogyasztókhoz.

Ezek lehetnek ipari, mezőgazdasági, különféle közművállalatok, valamint akár önálló vagy ipari épületekhez csatlakoztatott épületek is. De az utóbbi két esetben jelentős nyomáskorlátozások lesznek érvényben.

A fent felsorolt gázvezeték-típusokat a szakemberek feltételesen a következő kategóriákra osztják:

• beltéri, műhelyen belüli, azaz a földgázt egy épületen belül szállító és az egyes egységekhez, készülékekhez eljuttató;
• előfizetői leágazások, amelyek a gáz elosztóhálózattól valamennyi meglévő fogyasztóhoz történő szállítására szolgálnak;
• elosztó, amelyek meghatározott területek – például városok, azok egyes kerületei, ipari vállalkozások – gázellátására szolgálnak. Konfigurációjuk változó, és a tervezés sajátosságaitól függ. A hálózaton belüli nyomás bármilyen előírt lehet – kis, közepes vagy nagy.

Ezenkívül hidraulikai számítást kell végezni a különböző nyomásfokozatú gázhálózatokra is, amelyeknek számos változata létezik.

Így az igények kielégítésére használhatók kétfokozatú hálózatok, amelyek alacsony és nagy nyomáson vagy alacsony és középnyomáson szállított gázzal működnek. Emellett alkalmazást találtak háromfokozatú és különféle többfokozatú hálózatok is. Vagyis minden csak a fogyasztók jelenlététől függ.

A hidraulikai ellenállás a fő oka annak, hogy ezt a számítást el kell végezni. Ráadásul ez függ a cső anyagától is.

A gázvezetékek változatossága ellenére a hidraulikai számítás minden esetben hasonló. Mivel a gyártáshoz hasonló anyagú szerkezeti elemeket használnak, és a csövekben ugyanazok a folyamatok zajlanak.

Hidraulikai ellenállás és szerepe

Ahogy fentebb említettük, a számítás alapját a hidraulikai ellenállás megléte képezi minden gázvezetékben.

Hat a csővezeték teljes szerkezetére, valamint egyes részeire, csomópontjaira – T-idomokra, a csőátmérő jelentős csökkenésének helyeire, elzáró szerelvényekre, különböző szelepekre. Ez a szállított gáz nyomásveszteségéhez vezet.

A hidraulikai ellenállás mindig a következők összege:

• a lineáris ellenállás, vagyis a szerkezet teljes hosszában ható ellenállás;
• a helyi ellenállások, amelyek a szerkezet minden egyes alkotórészénél fellépnek, ahol a gáz szállítási sebessége megváltozik.

A felsorolt paraméterek folyamatosan és jelentősen befolyásolják minden gázvezeték üzemi jellemzőit. Ezért a helytelen számítás eredményeként további és jelentős pénzügyi veszteségek lépnek fel, mivel a projektet át kell dolgozni.

A számítás elvégzésének szabályai

Fentebb említésre került, hogy bármely hidraulikai számítás eljárását a 42-101–2003 számú szakmai Szabálygyűjtemény szabályozza.

A dokumentum tanúsítja, hogy a számítás elvégzésének fő módja egy speciális programokkal rendelkező számítógép használata, amely lehetővé teszi a tervezett nyomásveszteség kiszámítását a jövőbeli gázvezeték szakaszai között vagy a szükséges csőátmérőt.

Minden hidraulikai számítás a számítási séma elkészítése után történik, amely magában foglalja az alapvető mutatókat. Továbbá a felhasználó a megfelelő mezőkbe beviszi az ismert adatokat.

Ha nincsenek ilyen programok, vagy ha valaki úgy véli, hogy használatuk nem célszerű, akkor más, a Szabálygyűjtemény által engedélyezett módszerek alkalmazhatók.

Ezek a következők:

• a Szabálygyűjteményben megadott képletekkel végzett számítás – ez a legbonyolultabb számítási mód;
• az úgynevezett nomogramokkal végzett számítás – ez egyszerűbb megoldás, mint a képletek használata, hiszen nem kell semmilyen számítást végezni, mert a szükséges adatok egy speciális táblázatban szerepelnek és a Szabálygyűjteményben megtalálhatók, csupán ki kell választani őket.

A számítási módszerek bármelyike ugyanarra az eredményre vezet. Ezért az újonnan épített gázvezeték képes lesz biztosítani a tervezett tüzelőanyag-mennyiség időbeni, megszakítás nélküli szállítását még a maximális használat óráiban is.

Számítási lehetőség PC segítségével

A számítás számítógép segítségével történő elvégzése a legkevésbé munkaigényes – az embertől csupán annyi kell, hogy beilleszti a szükséges adatokat a megfelelő mezőkbe.

Ezért a hidraulikai számítás néhány perc alatt elvégezhető, ráadásul ehhez a művelethez nem szükséges nagy tudásanyag, amely a képletek használatához elengedhetetlen.

A helyes végrehajtásához a műszaki feltételekből a következő adatokat kell venni:

• a gáz sűrűsége;
• a kinematikai viszkozitás együtthatója;
• a gáz hőmérséklete az Ön régiójában.

A szükséges műszaki feltételeket annak a településnek a gázszolgáltatójától szerzik be, ahol a gázvezeték épülni fog. Tulajdonképpen ennek a dokumentumnak a beszerzésével kezdődik bármely csővezeték tervezése, hiszen az tartalmazza az összes alapvető követelményt a kivitelezéséhez.

A speciális programok használata a hidraulikus számítás legegyszerűbb módja, amely kiküszöböli a számítások elvégzéséhez szükséges képletek keresését és tanulmányozását.

Az építtetőnek ezután ismernie kell a gázvezetékhez csatlakoztatni tervezett egyes készülékek gázfogyasztását. Például, ha az üzemanyagot egy magánházba szállítják, ott leggyakrabban főzőlapokat, különféle fűtőkazánokat használnak, és ezek adatlapjain mindig szerepelnek a szükséges számok.

Ezenkívül tudni kell a csőhöz csatlakoztatandó egyes tűzhelyek égőinek számát.

A szükséges adatok gyűjtésének következő szakaszában információkat gyűjtenek a nyomásesésről bármely berendezés telepítési helyein – ez lehet mérő, elzáró szelep, termosztatikus elzáró szelep, szűrő, egyéb elemek.

Ebben az esetben a szükséges számokat könnyű megtalálni – azok egy, a termék adatlapjához mellékelt speciális táblázatban találhatók. A tervezőnek figyelnie kell arra, hogy a nyomásesést a maximális gázfogyasztás mellett kell feltüntetni.

A termék adatlapjához mellékelt speciális táblázatból lehet tájékozódni a készülékek hálózatra csatlakoztatásakor fellépő nyomásveszteségről.

A következő szakaszban ajánlott megtudni, milyen lesz a kék üzemanyag nyomása a becsatlakozási pontnál. Ilyen információkat tartalmazhatnak a gázszolgáltatójától kapott műszaki feltételek, valamint a jövőbeli gázvezeték korábban összeállított sémája.

Ha a hálózat több szakaszból ál, akkor azokat meg kell számozni és fel kell tüntetni a tényleges hosszukat. Ezenkívül minden szakaszhoz külön fel kell sorolni az összes változó adatot – ide tartozik a használni kívánt egyes készülékek összfogyasztása, a nyomásesés és egyéb értékek.

Kötelezően szükség lesz az egyidejűségi együtthatóra. Ez figyelembe veszi a hálózatra csatlakoztatott összes gázfogyasztó együttes működésének lehetőségét. Például egy társasházban vagy magánházban található összes fűtőberendezéssetében.

Az ilyen adatokat a hidraulikus számítást végző program használja a maximális terhelés meghatározásához bármely szakaszon vagy az egész gázvezetékben.

Minden egyes lakás vagy ház esetében a megadott együtthatót nem kell kiszámítani, mivel annak értékei ismertek, és az alább mellékelt táblázatban szerepelnek:

Az egyidejűségi együtthatók táblázata, amelyből az adatok bármilyen számításnál felhasználhatók. Elég kiválasztani az adott háztartási készüléknek megfelelő oszlopot, és kivenni a szükséges számot.

Ha egy objektumon kettőnél több fűtőkazánt, kályhát, tárolós vízmelegítőt terveznek használni, az egyidejűségi mutató mindig 0,85 lesz. Ezt kell majd feltüntetni a program számításhoz használt megfelelő oszlopában.

Ezt követően meg kell adni a csövek átmérőjét, továbbá szükség lesz az érdességi együtthatókra, amelyeket a csővezeték építése során használnak. Ezek az értékek szabványosak, és könnyen megtalálhatók a Szabályzatban.

A cső anyagának hatása a számításra

A gázvezetékek építéséhez csak meghatározott anyagokból készült csövek használhatók: acél, polietilén. Bizonyos esetekben rézből készült termékeket alkalmaznak. Hamarosan tömegesen fogják használni a fém-műanyag szerkezeteket.

Minden cső rendelkezik érdességgel, ami lineáris ellenállást okoz, amely befolyásolja a gáz mozgását. Ráadásul ez az érték az acél termékeknél lényegesen magasabb, mint a műanyagoknál.

Ma a szükséges információkat csak acél- és polietiléncsövekre lehet beszerezni. Ennek eredményeképpen a tervezés és a hidraulikai számítás csak az ezek jellemzőinek figyelembevételével végezhető el, amit az ágazati Szabályzat előír. A dokumentumban továbbá feltüntetik a számításhoz szükséges adatokat is.

Az érdességi együttható mindig a következő értékekkel egyenlő:

• minden polietiléncső esetében, függetlenül attól, hogy új vagy használt, – 0,007 cm;
• a már használt acél termékek esetében – 0,1 cm;
• az új acél szerkezetek esetében – 0,01 cm.

Bármilyen más típusú cső esetében ezt a mutatót a Szabályzat nem tünteti fel. Ezért nem célszerű azokat új gázvezeték építéséhez használni, mivel a gázművek szakemberei korrekciókat követelhetnek. Ez pedig ismételten többletköltséggel jár.

Az áramlás számítása korlátozott szakaszon

Ha a gázvezeték különálló szakaszokból áll, akkor az összesített fogyasztást mindegyiken külön-külön kell kiszámítani. De ez nem nehéz, mivel a számításokhoz már ismert adatokra lesz szükség.

Adatok meghatározása program segítségével

A kezdeti adatok ismeretében, az egyidejűségi táblázat és a tűzhelyek, kazánok műszaki adatlapjainak birtokában megkezdhető a számítás.

Ehhez az alábbi műveleteket kell elvégezni (a példa egy belső, kisnyomású gázvezetékre vonatkozik):

1. A kazánok számát meg kell szorozni az egyes kazánok teljesítményével.
2. A kapott értéket meg kell szorozni az ilyen típusú fogyasztókra vonatkozó, egy speciális táblázat segítségével pontosított egyidejűségi együtthatóval.
3. A főzésre szánt tűzhelyek számát megszorozzuk az egyes tűzhelyek teljesítményével.
4. Az előző műveletből kapott értéket megszorozzuk a speciális táblázatból vett egyidejűségi tényezővel.
5. A kazánokra és tűzhelyekre kapott összegeket összeadjuk.

Hasonló műveleteket kell elvégezni a gázvezeték minden szakaszán. A kapott adatokat be kell írni a program megfelelő oszlopaiba, amelynek segítségével a számításokat elvégzik. Minden mást az elektronika maga intéz.

Számítás képletek használatával

Ez a hidraulikai számítási mód hasonló a fent leírthoz, vagyis ugyanazokra az adatokra lesz szükség, de az eljárás hosszadalmas lesz. Mivel mindent kézzel kell elvégezni, ráadásul a tervezőnek számos közbenső műveletet kell végrehajtania, hogy a kapott értékeket a végső számításhoz felhasználhassa.

Továbbá elég sok időt kell szánnia arra, hogy megértse azokat a fogalmakat és kérdéseket, amelyekkel a speciális program használatakor nem találkozik. A fentiek helyességéről Ön is meggyőződhet, ha megismerkedik a használni kívánt képletekkel.

A képletekkel való számítás bonyolult, ezért nem mindenki számára elérhető. A képen a nyomásesés kiszámításához használt képletek láthatók magas, közepes és alacsony nyomású hálózatokra, valamint a hidraulikai súrlódási tényező.

A képletek alkalmazásánál, akárcsak a speciális programmal végzett hidraulikai számítás esetében, vannak sajátosságok az alacsony, közepes és természetesen a magas nyomású gázvezetékeknél. Érdemes ezt szem előtt tartani, mivel a hiba mindig jelentős pénzügyi költségekkel jár.

Számítás nomogramok segítségével

Egy speciális nomogram olyan táblázat, amelyen számos érték van feltüntetve; ezeket tanulmányozva számítások nélkül megkaphatók a szükséges adatok. A hidraulikai számítás esetében ez a csőátmérő és a falvastagság.

A számítási nomogramok egyszerű módot kínálnak a szükséges információk megszerzésére. Önnek elegendő a hálózat adott jellemzőinek megfelelő sorokhoz fordulnia.

Léteznek külön nomogramok polietilén és acél termékekhez. Számításukhoz standard adatokat használtak, például a belső falak érdességét. Ezért nem kell aggódnia az információk helyességéért.

Példa a számítás elvégzésére

Példa található a hidraulikai számítás elvégzésére egy alacsony nyomású gázvezetékekre szolgáló program segítségével. A javasolt táblázatban sárga színnel vannak kiemelve azok az adatok, amelyeket a tervezőnek saját magának kell megadnia.

Ezek a fent ismertetett számítógépes hidraulikai számításról szóló pontban vannak felsorolva. Ezek: a gáz hőmérséklete, a kinematikai viszkozitási tényező és a sűrűség.

Ebben az esetben a kazánok és tűzhelyek számítása történik, ezért pontosan meg kell adni az égőfejek számát, amely 2 vagy 4 lehet. A pontosság fontos, mert a program automatikusan kiválasztja az egyidejűségi tényezőt.

A képen sárga színnel vannak kiemelve azok az oszlopok, amelyekbe a tervezőnek kell beírnia az adatokat. Alul látható a szakaszon történő áramlás kiszámításának képlete.

Érdemes figyelni a szakaszok számozására – azt nem önállóan találják ki, hanem a korábban összeállított sémából veszik, ahol hasonló számok vannak feltüntetve.

Ezután megadják a gázvezeték tényleges hosszát és az úgynevezett számítási hosszt, amely nagyobb. Ennek az az oka, hogy minden olyan szakaszon, ahol helyi ellenállás van, a hosszt 5-10%-kal meg kell növelni. Ezt azért teszik, hogy kizárják a fogyasztóknál a nem megfelelő gáznyomást. A program önállóan végzi el a számítást.

Az egyes szakaszokon a teljes áramlást köbméterben, amelyhez külön oszlop van, előre kiszámítják. Ha a ház többlakásos, akkor meg kell adni a lakások számát, mégpedig a maximális értéktől kezdve, ahogy a megfelelő oszlopban látható.

Kötelezően be kell vinni a táblázatba a gázvezeték minden olyan elemét, amely áthaladásakor nyomásveszteség keletkezik. A példában hőelzáró szelep, elzáró szelep és mérőóra van feltüntetve. A veszteség értékét minden esetben a termék adatlapjáról vették.

Egyetlen program segítségével számításokat lehet végezni mindenféle gázvezetékre. A képen a középnyomású hálózatra vonatkozó számítások láthatók.

A cső belső átmérőjét a műszaki előírások szerint adják meg, ha a gorgáznak vannak ilyen követelményei, vagy a korábban összeállított sémából. Ebben az esetben a legtöbb szakaszon 5 cm-es átmérő van megadva, mivel a gázvezeték nagy része a homlokzat mentén halad, és a helyi gorgáz megköveteli, hogy az átmérő ne legyen kisebb.

Ha Ön felületesen is megismerkedik a hidraulikai számítás bemutatott példájával, könnyen észreveheti, hogy az ember által bevitt értékeken kívül sok más is szerepel. Ez mind a program munkájának eredménye, mert miután a sárga színnel kiemelt oszlopokba beírta a számokat, az ember számára a számítási munka befejeződött.

Vagyis a számítás maga meglehetősen gyorsan történik, majd a kapott adatokkal el lehet menni a saját város gorgázához egyeztetésre.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Ez a videó lehetővé teszi, hogy megértsük, hol kezdődik a hidraulikai számítás, honnan veszik a tervezők a szükséges adatokat:

A következő videóban egy számítógépes számítási típus példája látható:

Ezután megtekinthet egy számítógépes program segítségével végzett számítási példát:

Ahhoz, hogy számítógép segítségével hidraulikai számítást végezzen, ahogy azt a vonatkozó szabályzat lehetővé teszi, elég egy kis időt szánnia a program megismerésére és a szükséges adatok összegyűjtésére.

Ennek azonban nincs gyakorlati jelentősége, mivel a terv elkészítése sokkal átfogóbb eljárás, és számos más kérdést is magában foglal. Emiatt a legtöbb polgárnak szakemberek segítségét kell kérnie.

Kérdései merültek fel, hibákat talált, vagy értékes információkkal egészítené ki anyagunkat? Hagyja meg észrevételeit, tegye fel kérdéseit, ossza meg tapasztalatait az alábbi blokkban.