presiune medie si redusa

III. APLICAŢII

III.1 CALCULUL HIDRAULIC AL CONDUCTELOR DE DISTRIBUŢIE GAZE NATURALE

A. TEORIE Prin calcul hidraulic al unui sistem se înţelege rezolvarea unor probleme după cum urmează:

- probleme de proiectare: determinarea diametrelor conductelor sau a sarcinii sistemului când se cunosc celelalte elemente ale acestuia (debitele care trebuie furnizate şi nivelele de presiune);

- probleme de exploatare: determinarea debitelor furnizate când se cunosc celelalte elemente ale sistemului (diametrul interior al conductei şi nivelul de presiuni). În soluţionarea acestor probleme se deosebesc conducte scurte, considerate a fi acelea la care

raportul L/D>200 + 400 sau la care pierderile de sarcină locale nu pot fi neglijate şi

conducte lungi, la care aceste pierderi de sarcină pot fi neglijate fiind coeficientul de

rezistentă hidraulic. III.1.1. REGIMUL DE CURGERE A GAZELOR PRIN CONDUCTE ŞI CALCULUL

COEFICIENTULUI DE REZISTENTA HIDRAULICA

În curgerea gazelor naturale prin conducte apar diferite regimuri de curgere. Având drept criteriu de analiză numărul Reynolds, se disting următoarele regimuri fundamentale de curgere a gazelor prin conducte: -laminar: Re <2320:

- tranzitoriu: 2320 < Re < 2400:

- turbulent: Re > 2400. Relaţia stabilită de Reynolds în 1885 defineşte criteriul de apreciere a regimului de curgere:

(III.1)

Sau

(III.2)

unde: Re - numărul Reynolds (mărime adimensională); V - viteza de curgere a gazelor naturale (m/s); D - diametrul interior al ţevii (m); ρ - densitatea gazului (kg/m3); η - vâscozitate dinamică a gazelor naturale (kg/m*s); Q - debitul gazelor naturale m3/h.

Pentru uşurinţa calculelor se introduc ipotezele simplificate:

- vâscozitatea dinamică nu variază cu presiunea - densitatea prezintă variaţii suficient de mici astfel încât poate fi considerată constantă.

Relaţia Reynolds putând să se scrie astfel încât din relaţia (III.1) şi (III.2) rezultă Re=const.

rezultă că λ este o funcţie numai de rugozităţile relative

(III.3)

Unde:

K = 2230 pentru un gaz cu compoziţia de 100% metan în condiţii normale;

K = 2482 pentru un gaz cu compoziţia de 100% metan în condiţii standard.

Coeficientul de rezistenţă hidraulică λ unul din factorii generatori de pierderi energetice la curgerea prin conducte se calculează cu formule diferite, funcţie de regimul de curgere.

Având în vedere experieţa practică şi constatările asupra fenomenelor reale din sisteme de distribuţie a gazelor, putem afirma că în curgerea gazelor prin conductele de distribuţie regimul

preponderent este cel turbulent.

III.1.2. MEDODE PREACTICE DE CALCUL HIDRAULIC AL CONDUCTELOR DE DISTIBUŢIE

Diametrul conductelor se determină pe criteriul asigurării debitelor nominale de gaz şi a

presiunii minime necesare la aparatul de utilizare a gazelor naturale pentru toti consumatorii.

Dimensionarea conductelor de distribuţie sa face diferit în funcţie de tipul instalaţiei cu care ne confruntăm: sistem de distribuţie, reţea de distribuţie, branşament sau instalaţie de

utilizare.

Ca atare nu este justificat săse investească pentru capacitaţi de transport care nu ar putea fi folosite într-un interval de timp determinat. Pe de altă parte nu este raţional să se realizeze investiţi mari pe termen lung.

Activitaţile umane din orice localitate cunosc o anumita ritmicitate, respectiv toate se petrec cu un anumit grad de sincronism, drept pentru care pentru stabilirea debitelor de calcul a debitelor de gaz se folosesc factorii de simultaneitate al consumului realizat de o anumită categorie de consumatori. NTPEE-2008 cuprinde tabele în care se pezintăfactorii de

simultaneitate pentru consumul în sectorul rezidenţial.

Astfel, pentru stabilirea debitului de calcul al unei conducte este necesară însumarea debitelor nominale ale aparatelor deja instalate sau care urmează a se instala şi se aplică factori de

încărcare corespunzâtori tipului şi numărului de aparate.

Treptele de presiune din sistemul de alimentare cu gaze naturale sunt:

- presiune medie între 6 si 2 bar pentru conducte din oţel şi PE 100 şi între 4 şi 2 bar pentru conducte din PE 80

- Presiune redusă între 2 şi 0,05 bar - Presiune joasă sub 0,05 bar

1 P1

3

P3

P2

2

P4

P=P1-P2

P'=P1-P3

P"=P4-P3

Fig.III.1. Schema de principiu pentru stabilirea căderilor de presiune în regim de presiune

medie;

1 - staţie de predare; 2 - staţie de sector; 3 - post de reglare

Stabilirea presiunilor din punctul iniţial şi final al reţelelor de presiune medie şi redusă se realizează astfel:

- se identifică presiunea minimă la ieşirea din regulator din punctul iniţial al conductei;

- se determină presiunea minimă necesară la ieşirea din conductă majorată cu 10% pentru compensarea unor factori imprevizibili. În cazul unor extinderi ale reţelelor de distribuţie de presiune joasă existentă, care alimentează aparatele de utilizare cu presiunea nominală de 20 mbar căderea totală de presiune pentru dimensionarea reţelei de distribuţie şi a instalaţiei de utilizare este de 10 mbar, cu condiţia ca la ieşirea din staţia sau postul de reglare să se menţină presiunea de 30 mbar, în continuare plecând de la diametrele conductelor rezultate din calcul se recalculează căderile de presiune şi presiunea în punctul iniţial la ieşirea din regulator.

1 P1

P5

P32

P6

P2

P4

2

P=P1-P2

P'=P1-P3

P'"=P6-P4

P"=P5-P3

Fig.III.2. Schema de principiu pentru stabilirea căderilor de presiune în regim de presiune redusă

1 - staţie de sector; 2 - post de reglare În cazul regimului de presiune joasă pentru reţeaua de distribuţie, inclusiv branşamentul, se

consideră căderea de presiune de 5 mbar, diferenţa de 5 mbar fiind necesară dimensionării conductelor instalaţiei de utilizare, inclusiv contorul (fig. III.3).

1 P1=30mbar

2

P=5mbar

P=5mbarP'

2

3

2

P'2=30mbarP2=30mbar

Fig.III.3. Schema de principiu pentru stabilirea căderilor de presiune în regim de presiune

medie; 1 - staţie reglare de sector; 2 - robinet de branşament; 3 – branşament În instalaţiile de utilizare cu presiune joasă, din clădiri cu înălţime de peste 10 m pentru

dimensionarea coloanelor, se ţine seama şi de creşterea disponibilului de presiune datorită forţei ascensionale a gazelor naturale.

Cuantumul creşterii disponibilului de presiune provocat de forţa ascensională se obţine făcând produsul între valoarea indicată în tabelul III.1 şi înălţimea la care se montează punctul de consum, măsurată de la nivelul regulatorului de presiune.

Dimensionarea instalaţiilor de distribuţie trebuie realizată astfel încât să nu se depăşească vitezele limită de la care pot apare fenomene perturbatoare sau manifestări neplăcute.

Viteza maximă admisă a gazelor (calculată în secţiunea aval), în conducte este: - 20 m/s pentru conducte supraterane;

- 40 m/s pentru conducte subterane. Viteza maximă admisă a gazelor naturale în panouri, colectoare şi conducte de ocolire ale

claviaturilor de reglare şi măsurare din staţii şi posturi de reglare este de 20 m/s.

Tabelul III.1 Valorile disponibilului suplimentar de presiune dat de forţa ascensionala, în funcţie de înălţimea punctului de consum faţă de nivelul regulatorului de presiune.

Altitudinea locului unde se montează regulatorul de

presiune

Disponibilul suplimentar de presiune dat de forţa ascensională în funcţie de înălţimea punctului de consum, faţă de nivelul

regulatorului de presiune

(m) (mbar/10m) 0 0,054

100 0,052 200 0,051

300 0,050 400 0,049

500 0,047

600 0,046 700 0,045

800 0,043 900 0,042

1000 0,041 1100 0,040

1200 0,039

III.1.2.1. Calculul conductelor de distribuţie care funcţionează în regim de presiune medie sau presiune redusă

Diametrul conductelor de presiune medie sau presiune redusă se stabileşte cu relaţia:

(III.10)

unde: D - diametrul interior al conductei (cm); QCS - debitul de calcul la starea de referinţă standard (la P= 1,013 bar şi T=288,15 K) (ms

3/h); P1- presiunea absolută Ia începutul tronsonului (bara); P2- presiunea absolută la sfârşitul tronsonului (bara): T - temperatura gazelor (K); L - lungimea tronsonului respectiv (km): δ- densitatea relativă a gazelor faţă de densitatea aerului; λ - coeficientul de rezistenţă hidraulică; Re - număr adimensional Reynolds.

B) Desfăşurarea calculului de dimensionare a unei conducte de distribuţie ramificată de presiune medie sau redusă, presupune parcurgerea următorului algoritm:

■ Identificarea tronsoanelor de distribuţie şi numerotarea acestora pe schema reţelei

■ Identificarea lungimii fizice şi determinarea lungimii de calcul prin adunarea la lungimea fizică a tuturor lungimilor echivalente datorate rezistenţelor hidraulice suplimentare

(III.27)

unde: Lc - lungimea de calcul a conductei (m); Lf - lungimea fizică a conductei (m): Lhi – lungimi echivalente datorate rezistenţelor hidraulice suplimentare (m);

■ Debitele de calcul. Debitele de calcul se determină prin însumarea debitelor distribuite şi a debitelor de tranzit pe respectivul tronson. Debitele distribuite se calculează prin însumarea debitelor nominale ale aparatelor şi aplicarea factorilor de simultaneitate.

■ Calculul căderii de presiune maximă admisibilă rezultă din diferenţa între presiunea minimă în punctul de alimentare şi nivelul maxim de presiune cerut de către consumatorul cel mai depărtat de punctul de alimentare sau la sfârşitul fiecărui tronson final. Este necesară determinarea diametrelor tuturor tronsoanelor astfel încât căderea de presiune pe orice tronson să fie inferioară căderii maxime de presiune.

■ Calcularea căderii de presiune pe unitatea de lungime. Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea căderii de presiune maximă admisibilă la lungimea maximă de calcul între punctul de intrare al gazelor în conductă şi un punct de consum.

(III.28)

■ Calculul căderii de presiune aferentă tronsonului 1.

(III.29)

■ Calculul presiunii aparente în punctul 2 al reţelei

(III.30)

■ Pentru valoarea P1, P'2, LC 1 şi valoarea debitului de calcul Qc s 1 în Nomograma din Anexa 7 - pentru conducte din oţel sau Anexa 8 - pentru conducte din polietilenă, se citeşte valoarea diametrului aparent al conductei.

■ Calculul valorii numărului Re

(III.31)

■ În Nomograma din Anexa 2 se citeşte coeficientul de frecare hidraulică iniţial

corespunzător valorii lui Re.

Notă: Pentru calcule exacte ale numărului Re se impune stabilirea tipului curgerii funcţie de numărul Re şi calculul coeficientului de frecare cu formula care permite calculul cu o precizie ridicată pentru fiecare regim de curgere (a se vedea tabelul III.1).

■ Calculul coeficientului de frecare hidraulică se realizează cu formula lui Colebrook-White

(III.32)

În cazul în care diferenţa dinire λ şi λi este mai mare de 10% se procedează la calcularea unui nou coeficient de frecare hidraulică, valoarea acestuia din prima iteraţie devenind valoarea iniţială de calcul.

Alături de formula Colebrook - White funcţie de regimul de curgere a gazelor se pot folosi formulele III. 19 sau III.20.

■ Calculul diametrului conductei de distribuţie

(III.33)

■ Alegerea diametrului STAS. Din Anexa 6 se alege diametrul exterior STAS al conductei.

■ Calculul grosimii de perete al conductei. Calculul grosimii de perete se calculează cu formula:

(III.34)

Din Anexa 6 se alege grosimea de perete imediat superioară valorii obţinută prin calcul. ■ Calculul diametrului interior . Se realizează prin scăderea din diametrul exterior, a grosimii de

perete a conductei.

(III.35)

■ Verificarea vitezei gazului în conductă. Calculul vitezei se realizează cu formula

(III.36)

aceasta trebuie să fie inferioară valori ii prevăzute de NTPEE-2009.

■ Calculul presiunii reale a gazelor în punctul 2. Pentru determinarea presiunii gazelor în punctul 2 funcţie de diametrul interior al conductei se procedează astfel:

- se calculează Re pentru diametrul STAS; - se identifică coeficientul de frecare hidraulic iniţial din Anexa 2; - se calculează coeficientul de frecare hidraulic cu formula Colebrook; - se determină presiunea cu formula:

(III.37)

■ Recalcularea căderii de presiune pe unitatea de lungime

Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea diferenţei presiunilor între punctul 2 şi presiunea maximă în cel mai îndepărtat punct şi lungimea între punctul 2 şi punctul cel mai îndepărtat.

(III.38)

În continuare se reiau paşii de la punctele 6 - 1 6 pentru fiecare tronson de conductă până la parcurgerea tuturor tronsoanelor.

Pentru uşurinţa realizării calculelor recomandăm folosirea tabelelor de calcul aşa cum este cel prezentat în continuare.

Tabelul III.3. Calculul diametrelor conductelor de distribuţie ramificate

Nodul Ik 1 1 2 2

Tronsonul T i j AB BC CD CE

Fizică (L i j) Lungimea (m) Echivalentă

De calcul (Lcij)

Qij (mc/s)

D i j - iniţial (m)

Re i j

λij

Unitară ΔP Căderea de

presiune Totală ΔP

Cumulată ΔH

De i j - calculat (m)

Dij - exterior STAS (m)

tij - calculat (mm)

t Sij - STAS (mm)

D i j - interior STAS (m) Presiunea disponibilă

La început de tronson

La sfârşit de tronson

V i j (m/s)

III. 1.2.4. Reţele inelare

O reţea plană inelară de gaze naturale este un sistem sub presiune format din n noduri şi m tronsoane coplanare, dispuse astfel încât în fiecare nod să conveargă cel puţin două tronsoane, două noduri oarecare să fie unite direct între ele prin cel mult un tronson, iar tronsoanele să nu se intersecteze în punctele în care nu sunt noduri (fig.III.5). În figura III.5.s-a notat: N i - nodurile reţelei; T i j - tronsoanele reţelei; Ik - inelul k din reţea; Q i j - debitul iniţial (corespunzător primei iteraţii) pentru tronsonul Tij; Q i - debitul de alimentare sau de consum; Dij - diametrul tronsonului T i j ; λi j - coeficientul de frecare hidraulică al gazelor din conductă. Nodurile şi tronsoanele unei reţele inelare plane formează r inele care mărginesc r domenii finite. Se poate scrie următoarea relaţie de interdependenţă dintre inele, noduri şi tronsoane:

r = m – n + 1.

Calculul de proiectare al sistemelor de distribuţie formate din reţele inelare apelează la teoria similitudinii. Similitudinea se realizează între fluide şi energia electrică. Legile lui Kirchoff pentru energic electrica sunt următoarele:

■ Suma intensităţilor curenţilor care intră într-un nod de reţea este nulă.

■ Pentru un inel suma tensiunilor electromotoare este egală cu suma produselor dintre intensitatea curentului electric şi rezistenţa electrică a rezistenţelor de pe inelul respectiv.

Plecând de la cele expuse anterior şi asimilând: - intensitatea curentului electric cu debitul de gaze: - diferenţa de potenţial între două noduri de reţea electrică cu diferenţa de presiune între două noduri de reţea: - rezistenţa electrică cu rezistenţa hidraulică Putem scrie următoarele ecuaţii pentru gazele naturale care parcurg reţele inelare:

■ Suma debitelor care se întâlnesc într-un nod de reţea este nulă. Această definiţie fiind de altfel definiţia ecuaţiei de continuitate: suma debitelor care intră într-un nod tehnologic este egală cu suma debitelor care ies dintr-un nod tehnologic.

unde debitele care intră în noduri se consideră pozitive, iar cele care ies din noduri se consideră negative.

■ Căderea de presiune aferentă unui inel din reţea este egală cu suma produselor dintre pătratul debitului şi rezistenţa hidraulică pentru fiecare tronson al inelului considerat.

I2

I1

Reţea de distribuţie buclată

În cele ce urmează vom prezenta o metodologie de calcul hidraulic al unei reţele buclate, care se bazează pe faptul că, însumând (într-un sens de parcurs ales) căderile de presiune în lungul unei bucle, suma este zero.

■ Numerotarea nodurilor reţelei; ■ Stabilirea sensului de curgere pentru fiecare tronson al inelelor. Recomandăm adoptarea

aceluiaşi sens pozitiv pentru toate inelele, de exemplu sensul acelor de ceasornic; ■ Stabilirea debitului iniţial corespunzător fiecărui tronson: ■ Determinarea diametrelor tronsoanelor ţinând cont de viteza limită admisă în reţelele de

distribuţie a gazelor. ■ Conform prevederilor NTPEE - 2008 vitezele limită admise pentru dimensionarea

reţelelor sunt următoarele: 20 m/s pentru conductele supraterane şi 40 m/s pentru conductele subterane.

■ Pentru fiecare tronson se calculează coeficientul de frecare hidraulică λ şi rezistenţa

hidraulică a tronsonului. Rezistenţa hidraulică a conductelor se poate determina după cum urmează:

- pentru conductele de presiune joasă:

- pentru conductele de presiune medie şi redusă:

■ Calculul pierderii de sarcină pentru fiecare inel, folosind formula:

unde se referă la toate tronsoanele care formează inelul Ik; se ia + dacă sensul de curgere

coincide cu sensul pozitiv ales pe Ik , iar - dacă sensul de curgere este opus sensului pozitiv ales pe Ik.

■ Pentru fiecare inel Ik se calculează debitul de corecţie, debitul rezultat ca diferenţă între debitul presupus iniţial şi debitul real, dat de formula:

■ Dacă diferenţa între debitul iniţial şi debitul real este diferită de zero se trece la un proces iterativ de calcul al debitelor.

■ Se calculează debitele tronsoanelor corespunzătoare iteraţiei 1: se ia semnul corecţiei de debit + sau - după cum sensul de curgere coincide sau nu cu sensul pozitiv ales pe Ik:

(III.47)

■ Se calculează pierderea de sarcină pe inelul Ik corespunzător iteraţiei 1 . Se admite că

aproximaţia dată de iteraţia p este suficientă dacă pierderea de presiune pentru inelul Ik este inferioară valorii de 0,5 bar/m, în caz contrar debitele Qij

(1) devin debite iniţiale pe tronsoane care se introduc în pasul 2 al iteraţiei.

■ Definitivarea debitelor de pe fiecare tronson putem proceda la determinarea cu exactitate a diametrelor conductelor.

■ Calculăm lungimea cea mai mare pe care trebuie să o parcurgă gazele naturale prin însumarea lungimii tronsoanelor interconectate şi a lungimii echivalente ca urmare a prezenţei pe conducte a unor elemente specifice (robineţi, teuri, coturi etc). Determinăm pierderea unitară maximă de presiune pe traseul cel mai lung "Pmax" (bara/m).

■ Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea căderii de presiune maximă admisibilă la lungimea maximă de calcul între punctul de intrare al gazelor în conductă şi un punct de consum.

(III.48)

■ Calculăm presiunea la capătul primului tronson prin scăderea din presiunea în punctul iniţial al tronsonului a pierderii de presiune ce revine tronsonului:

(III.49)

■ Pentru presiunile din punctul iniţial şi final al tronsonului considerat se determină diametrul conductei folosind formula:

- pentru presiune medie sau redusă: (III.50)

- pentru joasă: (III.51)

Tabelul III.4. Calculul diametrelor conductelor de distribuţie buclate pe fiecare tronson

Nodul Ik 1 1 2 2

Tronsonul T i j AB BC CD CE

Fizică (Li j)

Lungimea (m) Echivalentă (Le i j)

De calcul (Lc ij) Qij

(0) (mc/s) Vij (m/s)

D i j - iniţial (m)

Re i j

λ ij

R i j

Valori iniţiale

Iteraţia 1

Unitară

Căderea de presiune Totală

Cumulată

D i j - calculat (m) DeSi j - exterior STAS (m)

t i j - calculat (mm)

tSi j - STAS (mm)

D i j - interior STAS (m)

Presiunea disponibilă La început de tronson


■ Din Anexa 6 se alege diametrul nominal şi diametrul exterior al conductei cu valoarea imediat superioară valorii obţinute prin calcul.

■ Calculul grosimii de perete al conductei ţinând cont de sarcina efortului maxim la care este supusă conducta.

(III.52)

■ Din Anexa 6 se alege grosimea de perete imediat superioară valorii obţinută prin calcul. ■ Calculul diametrului interior

Se realizează prin scăderea din diametrul exterior a grosimii de perete a conductei. (III.53)

■ Verificarea diametrului conductei din condiţiile limitării vitezei la valorile prevăzute în NTPEE - 2008.

■ Calculul vitezei se realizează cu formula:

(III.54)

aceasta trebuie să fie inferioară valoriii prevăzute de NTPEE - 2008. Situaţia se repetă pentru fiecare tronson.

Pentru uşurinţa realizării calculelor recomandăm folosirea tabelelor de calcul aşa cum este tabelul III.4.

III.1.3. Particularităţi ale calculului hidraulic al conductelor de distribuţie

A) Conducte de gaze cu ramificaţie (colectoare sau distribuitoare)

Conductele cu ramificaţii sunt conducte în serie alcătuite din tronsoane la care nu se schimbă numai lungimea şi diametrul ci şi debitul. La intrarea în fiecare tronson, debitul creşte în cazul unei conducte colectoare sau scade în cazul conductelor distribuitoare. Pentru conducte de distribuţie funcţionând în regim de presiune medie sau redusă avem:

iar pentru conducte de distribuţie funcţionând în regim de presiune joasă:

unde:

B1=0,313TδZ

B2 =0,24TδZ

În figura III.2. este redată schematic situaţia unei conducte unifilare. de diametre diferite, ce se alimentează din mai multe surse şi care asigură cu gaze mai mulţi consumatori.

Q1,D1

Q5,D5

P1 L1,Q1 L2,Q3 Ln-1,Qn-1

Q6,D6

Q4,D4

Pn

Qn,Dn

Qn-1,Dn-1

Figura III.6. Conducte unifilare, de diametre diferite, ce se alimentează din mai multe surse şi care asigură cu gaze mai mulţi consumatori.

B) Conducte de gaze în serie

Conductele în serie sunt cele formate dintr-un singur fir de ţevi alcătuit din n tronsoane

cu lungimi şi diametre diferite. O conductă monofilară de distribuţie este formată din n tronsoane aşezate în serie,

tronsonul i; având lungimea li, diametrul Di etc.

Presiunea gazelor

P1

P2

P3

P4

I1, D1 I2, D2 I3, D3

Fig.III.7. Căderea de presiune de-a lungul unei conducte telescopice

Se poate defini o conductă simplă echivalentă cu conducta în serie, care transportă acelaşi debit Q la aceleaşi presiuni iniţiale şi finale ca şi sistemul alcătuit din conducte înseriate:

formulă cu care se poate determina diametrul conductei echivalente dacă se cunoaşte regimul de mişcare a gazelor.

C) Conducte paralele de gaze

Fiecare dintre conductele de gaze instalate paralel pot transporta o anumită cantitate de

gaze naturale care însumate determină capacitatea totală de transport a conducteii între

punctele A şi B, corespunzătoare presiunilor P1 şi P2.

Calculul conductelor de distribuţie gaze într-o astfel de situaţie se efectuează tot în

ipoteza "conductelor echivalente". În practică întâlnindu-se două cazuri:

- Conducte paralele cu lungimi diferite

- Conducte peralele cu lungini egale şi în aceleaşi condiţi de curgere:

P1

A

P2

Q1, D1, L1

Q2, D2 L2

Q3, D3, L3

Qn, Dn, Ln

Sistem de transport gaze naturale format din conducte montate în parallel

I I l.1.4. MĂRIREA CAPACITĂŢII DE TRANSPORT A UNEI CONDUCTE DE DISTRIBUŢIE GAZE

I I I .1 .4.1. Mărirea capacităţii de transport a unei conducte de distribuţie gaze naturale prin montarea unei intercalaţii

Capacitatea de transport a unei conducte de distribuţie gaze se poate mări atunci când se montează o intercalaţie cu diametrul interior D1>D. Dacă se alege debitul Q1 lungimea intercalaţiei se obţine cu formula:

unde: Q - debitul de gaze naturale în conducta existentă (m3/h) Q1 - debitul de gaze naturale în noul sistem de conducte (m3/h) L – lungimea conductei existente (km) x - lungimea conductei intercalează (km)

K - modul de debit, are expresia:

K1 - modulul de debit în conductele existente după intercalarea noii conducte:

I I I .1.4.2. Mărirea capacităţii de transport a unei conducte de distribuţie gaze naturale prin montarea unei conducte paralele

Mărirea capacităţii de transport a unei conducte de distribuţie gaze, păstrând neschimbate presiunile iniţiale şi finale, se poate realiza prin montarea unei derivaţii cu diametrul interior diferit de cel al conductei existente.

Această expresie, pentru D=d1, adică K=K1 se reduce la:

III.1.5. CALCULUL GROSIMII DE PERETE A ŢEVII CONDUCTELOR

Calculul grosimii de perete pentru conducte din oţel se face cu formula de mai jos:

unde:

t – grosimea de perete (mm)

Pr.max – presiunea maximă de regim a gazelor (exprimată în suprapresiune) (bara);

De – diametrul exterior al ţevii (mm)

φ – coeficientul de calitate al îmbinării sudate; se stabileşte de furnizorul materialului tubular

prin normele de fabricaţie sau standarde

σa – rezistenţa admisibilă a oţelului (N/mm²)

a - adaos pentru siguranţă (mm)

Calculul de mai sus este valabil pentru conductele montate subteran în condiţii normale. În cazuri speciale, când pe lângă presiunea interioară apar o serie de solicitări exterioare (vânt, zăpadă, circulaţia vehiculelor, diferenţa de temperatură, solicitări suplimentare din curbarea ţevii

etc) la calculul grosimii de perete a ţevii se va ţine seama şi de aceste solicitări.

Pentru conducte din PE determinarea grosimii de perete presupune parcurgerea

următoarelor etape:

- Determinarea presiunii maxime de serviciu Ps, în N/mm², cu relaţia:

unde:

Pm – rezistenţa minimă necesară a materialului plastic din care se confecţionează tubul (valorile

corespunzătoare celor patru tipuri de polietilenă (N/mm²))

C – coefficient global de calcul, cu valori între 2 şi 3,25, la alegerea proiectantului;

SDR – raportul dimensional standard definit ca raport dintre diametrul nominal (dn) şi grosimea

nominală de perete (tn).

şi care are două valori,

pentru ţevi subţiri şi respectiv SDR(III) = 17,6 (III.73)

pentru ţevi groase SRD(2) = 11 (III.74)

- Calculul grosimii de perete a ţevii t, în mm, se face cu relaţia:

unde σ este tensiunea admisibilă, în N/mm², care se calculează cu:

Aici S, în N/mm², este rezistenţa specifică la tracţiune minim garantată pentru 50 de ani la 20°C,

cu valori egale cu Pm iar K este coeficientul de siguranţă care are valoarea:

pentru ţevile groase (SDR=11) K = 3,25 (III.77)

pentru ţevile subţiri (SDR=17,6) K = 2,0 (III.78)

Grosimea rezultată din (III.70) trebuie încadrată în gama de grosimi nominale tn, de la 2 mm la

46 mm. astfel încât ţeava care corespunde condiţiilor de proiectare este dn x tn

B. APLICAŢII

Problema III.1. Se consideră o conductă de repartiţie gaze livrează şi primeşte gaze pe traseu,

având următoarele caracteristici:

Fig. 111.9. Reţea de repartiţie a gazelor naturale pentru enunţul problemei III. 1 - densitatea relativă a gazelor (se consideră constantă de-a lungul conductei) δ = 0.6; - coeficientul de abatere al gazelor reale de la gazele ideale este egal cu Z=1;

Q2

Q1

1 2 3

Q3

4 5 L1 L2 L3 L4

P1=1,8bari

- temperatura gazelor din conductă (se consideră constantă de-a lungul conductei) T = 283 K; - rugozitatea conductei se presupune k=0,05 mm; - presiunea în punctul iniţial 1,8 bara. Tabelul III.5. Parametrii reţelei din enunţul problemei III. 1.

Să se calculeze presiunile în punctele 2, 3, 4 şi 5

Rezolvare: Se aplică formula pentru tronsonul 1-2 astfel:

Calculul valorii numărului Reynolds

Deoarece valoarea numărului Reynolds plasează curgerea în regimul turbulent, conducte

netede, valabil până la Re≤150000, rezultă valoarea coeficientului de rezistenţă hidraulică:

cu acestea,

Pentru tronsonul 2-3

Tronson Lungime (m) Diametru (mm) Debit (m³s/h)

1-2 750 100 400

2-3 35 100 300

3-4 50 50 100

4-5 40 75 300

Calculul valorii numărului Reynolds:


netede, valabil până la Re≤150000. rezultă valoarea coeficientului de rezistentă hidraulică:

Cu acestea,





Cu acestea,





Cu acestea,

Problema III.2. O conductă de distribuţie gaze naturale, pozată suprateran, funcţionând în

regim de presiune medie urmează să se proiecteze şi să se construiască pe baza debitelor

indicate în figura de mai jos şi a lungimilor indicate în tabelul de mai jos.

Fig. III.10. Reţeaua de repartiţie a gazelor naturale pentru enunţul problemei III.2

Q1=100ms³/h

Q5=307,5ms³/h

Q2=300ms³/h

Q3=280ms³/h

Q4=112,5ms³/h

A

C D E I

H

G

P1=7bara

II

PH=3bara

P3=? P2=? P4=?

PG=5bara PB=3bara

F

PI=3bara

1km 0.6km 0.7km

3km

0.5km

2km

Tabelul III.6. Parametrii reţelei din enunţul problemei III.2

Nr. crt Sectorul Li (km) ΣLhi (km)

1. AC 1 0,1 2. CF 1 0,1

3. CD 0,7 0,07

4. DH 3 0,3

5. DE 0,6 0,06

6. EG 2 0,2

7. EI 0,5 0,05

Se cere să se determine diametrele sectoarelor considerând căderea de presiune,

liniară cu lungimea conductei.

Pentru operativitatea calculelor se va considera că: k = 0,05 mm, δ = 0,554: T = 283.15

K; σa = 400 N/mm², a = 1 mm.

Rezolvare:

■ Determinarea lungimii de calcul

Calculul lungimii de calcul se realizează prin adunarea la lungimea fizică a tuturor lungimilor

echivalente datorate rezistenţelor hidraulice suplimentare:

unde:

Lc – lungimea de calcul a conductei (Km);

Lf – lungimea fizică a conductei (Km); Lhi – lungimi echivalente datorate rezistenţelor hidraulice suplimentare (Km). Sectorul care prezintă lungimea cea mai mare este: A-C-D-H

Lc =4.7 + 0.47 = 5.17 km

■ Debitul de calcul al trosonului AC

Debitul de calcul este debitul de gaze care se introduce în punctul A de 1000 S m³/h.

■ Calculul căderii de presiune maximă admisibilă

Căderea maximă de presiune rezultă din diferenţa între presiunea minimă în punctul de

alimentare şi nivelul maxim de presiune cerut de către consumatorul cel mai depărtat de punctul

de alimentare

ΔPmax1 = PA – P1

ΔPmax = 7 – 3 = 4 bara

■ Calcularea căderii de presiune pe unitatea de lungime

Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea căderii de presiune maximă

admisibilă la lungimea maximă de calcul între punctul de intrare al gazelor în conductă şi un

punct de consum.

sau

ΔP’ = 0,00077 bara/m

■ Calculul căderii de presiune aferentă tronsonului 1

ΔP1 = ΔP’ * Lc1

ΔP1 = 0,77 * 1,1 = 0,847 bara

■ Calculul presiunii aparente în punctul 2 al reţelei

P2’ = P1 – ΔP1

P2’ = 7 – 0,454 = 6,153 bara

■ Determinarea diametrului aparent al conductei

Pentru valorile:

- P1 = 6 bar;

- P’2 = 5.153 bar; - Lcl = 1,1 km - Qcsl = 1000 ms³/h, în Nomograma din Anexa 7 se citeşte valoarea diametrului conductei ca fiind: 100 mm


■ Calculul coeficientul de rezistenţă hidraulică

În Nomograma din Anexa 2 se citeşte coeficientul de frecare hidraulică iniţial corespunzător valorii lui Re şi a raportului k/D:

- Re = 223000;

- k/D = 0,0005;

ca fiind λi = 0,026

calculul coeficientului de frecare hidraulică se realizează cu formula lui Colebrook

Se validează valoarea calculată pentru λ1


Calculul diametrului conductei de distribuţie se realizează cu formula:

■ Alegerea diametrului STAS

Din Anexa 6 se alege diametrul nominal STAS al conductei: 100 mm

■ Calculul grosimii de perete al conductei

Calculul grosimii de perete se calculează cu formula:

Din Anexa 6 se alege grosimea de perete de 4 mm.

■ Calculul diametrului interior

Se realizează prin scăderea din diametrul exterior a grosimii de perete a conductei

Di = 100 – 2 * 4 = 92 mm

■ Verificarea vitezei gazului în conductă

Calculul vitezei se realizează cu formula:

Aceasta fiind inferioară valoriii de 20 m/s prevăzută de NTPEE – 2008, se validează alegerea făcută.

■ Calculul presiunii reale a gazelor în punctul 2

Pentru determinarea presiunii gazelor în punctul 2 funcţie de diametrul interior al conductei se procedează astfel:

- calculul lui Re:

În Nomograma din Anexa 2 se citeşte coeficientul de rezistenţă hidraulică iniţial corespunzător valorii lui Re şi a raportului k/D:

- Re=242391;

- k/D=0,00054;

ca fiind: λi=0,0265.

Calculul coeficientului de rezistenţă se efectuează cu formula lui Colebrook-White:

Presiunea gazelor în punctul C se determină cu formula:


Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea diferenţei presiunilor între punctul 2 şi presiunea maximă în cel mai îndepărtat punct şi lungimea între punctul 2 şi punctul cel mai îndepărtat.

În continuare se reiau paşii de la punctele 5-16 pentru fiecare tronson de conductă până la parcurgerea tuturor tronsoanelor.

În continuare vom prezenta calculele rezultate în tabelul III.7.

Tabelul 111.7 Calculul diametrelor conductelor de distribuţie ramificate

Nodul Ik C C C D D E E

Tronsonul T i j AC CF CD DH DE EG El

Lungi m ea(km )

Fizică (L i j) 1 1 0,7 3 0,6 2 0,5

Echivalentă 0,1 0,1 0,07 0,3 0,06 0,2 0,05

De calcul (Lcij) 1,1 1,1 0,77 3,3 0,66 2,2 0,55

Qij (m³/s) 1000 300 700 280 420 112.5 307,5

D i j - iniţial (mm) 100 80 100 100 100 80 80

Re i j 223000 83625 156100 62440 93660 31359 85715

λ i j 0,026 0,03 0,0277 0,029 0,0291 0,033 0,03

Căderea de presiune

Unitară ΔPI’ 0.77 0.54 0.53

Totală ΔPI 0.85 2.28 0.42 1,42 0,35 0.87 1.12

Cumulată ΔH 1.78 2.55 2,57 3,29 2,86 3.85 3.37

De i j calculat (mm) 74,25 42,63 73,43 57,68 62,81 39,69 44,18

D i j exterior STAS (mm) 100 80 100 100 100 63,2 80

tij calculat (mm) 1,12 1,1 1,12 1,12 1,12 1,07 1,1

tSij STAS (mm) 4 4 4 4 4 4 4

D i j , interior STAS (mm) 92 72 92 92 92 55,2 72

Re i j_ rea l 242391 92916 169673 67869 101804 45448 95239

λ i j_ rea l 0,0265 0,03 0,0277 0,03 0,0291 0,032 0,03

Presiunea

disponibilă

(bara)

La început de tronson 7 5,22 5,22 4.42 4,42 4,127 4,127

La sfârşit de tronson 5.22 4.44 4,42 3,7 4,127 4,0 3,61

Vij (m/s) 5,97 5,59 3,98 2,64 5,59 3,96 5,08

Problema 3. O conductă de distribuţie gaze naturale, pozată suprateran, funcţionând în regim

de presiune redusă urmează să se proiecteze şi să se construiască pe baza debitelor indicate

în figură şi a lungimilor indicate în tabel.

Fig. III. 11. Reţea de repartiţie a gazelor naturale pentru enunţul problemei.

Tabelul III.8. Parametrii reţelei din enunţul problemei.

Tronson Sectoru l Li (km)

1. AB 2

2. BC 0,7

3. BD 3

4. DE 0,6

5. DF 3

6. FG 0,8

7. FH 0,5

Presiunea gazelor prezintă următoarele valori

Presiunea

A C E G H

2 bar 0,5 bar 0.05 0.05 0,05

A

E

D C

B

G

H F

Q2=30ms³/h Q4=19,5ms³/h

Q5=30,5ms³/h

Q3=20ms³/h

3km 2km

2bar

3km

0,6km

0,7km

0,8km

0,5km

0,05bar

0,05bar 0,5bar

0,05bar

Se cere să se determine diametrele sectoarelor considerând căderea de presiune ca

fiind liniară cu lungimea conductei.

Pentru operativitatea calculelor se va considera că: k = 0,05 mm, δ = 0.554; T = 283.15

K; σa = 400 N/mm²: a = 1 mm.

Rezolvare:

■ Determinarea lungimii de calcul pe distanţa cea mai mare de transport

Calculul lungimii de calcul se realizează prin adunarea la lungimea fizică a tuturor

lungimilor echivalente datorate rezistenţelor hidraulice suplimentare:

unde:

Lf – lungimea de ca lcu l a conducte i (Km);

Lf i – lungim ea fiz ică a tronsoanelor de conductă (Km);

Sectoru l care prez intă lungimea cea mai mare este: A-B-D-F-H

Lf = 2 + 3 + 3 + 0.5 = 8,5 km Pentru a acoper i i căder i ile de presiune cauzate de rezistenţe le loca le se

va mări i lungimea f iz ic ă cu 20%. Astfel , lungimea de ca lcu l pe traseul c el mai lung are va loarea:

Lc = Lf + 0 ,2L f

Lc= 8.5 + 0,2 x 8,5 = 10,2 km

■ Debitul de calcul a l tr osonului AB

Debitu l de ca lcul este debi tu l de gaze care s e in troduce în punctu l A (100 m s ³/h).

■ Calculu l căderi i de presiune maximă admisibilă

Căderea maximă de pres iune rezul tă d in di ferenţa înt re presiunea minimă în punctu l de a limentare şi n ive lu l maxim de presiune cerut de către consumatoru l cel mai depărtat de punctu l de a limentare

ΔPmax1 = PA – PH

ΔPmax = 3 – 1,05 = 1,95 bara


Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea căderii de presiune

maximă admisibilă la lungimea maximă de calcul între punctul de intrare al gazelor în conductă

şi un punct de consum.


ΔP1 = ΔP’ * Lc1

ΔP1 = 0,19 * 2,4 = 0,458 bara

■ Calculul presiunii aparente în punctul B al reţelei

P2’ = P1 – ΔP1

P2’ = 2 – 0,458 = 1,541 bara


Pentru valorile:

- P1 = 3 bara;

- P’2 = 1.544 bara; - Lcl = 2,4 km - Qcsl = 100 ms³/h, în Nomograma din Anexa 7 se citeşte valoarea diametrului conductei ca fiind: 52,2 mm


■ Calculul coeficientul de frecare hidraulică


- Re = 42720;

- k/D = 0,00095;

ca fiind λi = 0,033

calculul coeficientului de frecare hidraulică se realizează cu formula lui Colebrook


Calculul diametrului conductei de distribuţie se realizează cu formula:

■ Alegerea diametrului STAS

Din Anexa 6 se alege diametrul nominal STAS al conductei: 80 mm



Din Anexa 6 se alege grosimea de perete de 3,5 mm.


Se realizează prin scăderea grosimii de perete a conductei din diametrul exterior

Di = 80 – 2 * 3,5 = 73 mm



Aceasta fiind inferioară valoriii de 20 m/s prevăzută de NTPEE-2008. se validează alegerea făcută.

■ Calculul presiunii reale a gazelor în punctul B

Pentru determinarea presiunii gazelor în punctul 2 funcţie de diametrul interior al conductei se procedează astfel:

- calculul lui Re:

În Nomograma din Anexa 2 se citeşte coeficientul de rezistenţă hidraulică iniţial corespunzător valorii lui Re şi a raportului k/D:

- Re=30547;

- k/D=0,00068;

ca fiind: λi=0,033.

Calculul coeficientului de rezistenţă se efectuează cu formula lui Colebrook-White:

Presiunea gazelor în punctul C se determină cu formula:


Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea diferenţei presiunilor între punctul B şi presiunea maximă în cel mai îndepărtat punct şi lungimea între punctul B şi punctul cel mai îndepărtat.

În continuare se reiau paşii de la punctele 5-16 pentru fiecare tronson de conductă până la parcurgerea tuturor tronsoanelor.

În continuare vom prezenta calculele realizate în cadrul tabelului de calcul

Tabelul III.9 Calculul diametrelor conductelor de distribuţie ramificate Nodul Ik B B B D D F F

Tronsonul T i j AB BD BC DE DF FG FH

Lungimea(km) Fizică (L i j) 2 3 0,7 0,6 3 0,8 0,5

Echivalentă 0,4 0,6 0,14 0,12 0,6 0,16 0,10 De calcul (Lcij) 2,4 3,6 0,84 0,72 3,60 0,96 0,60

Qij (m³/s) 100 70 30 20 50 19,5 30,5 D i j - iniţial (mm) 52,2 65 65 65 65 65 65

Re i j 42720 24015 10292 6861 17153 6690 10463

λi j 0,0338 0,0342 0,035 0,0359 0,0348 0,036 0,0355


Unitară ΔPI ’ 0,19 0,20 0,12 0,12

Totală ΔPI 0,45 0,74 1,56 0,54 0,46 0,28 0,28 Cumulată ΔH 0,34 1,41 1,15 1,54 1,67 1,85 1,72

De i j calculat (mm) 48,17 43,30 21,67 22,88 46,40 27,70 30,10 D i j exterior STAS (mm) 80 65 40 50 80 50 65

tij calculat (mm) 1,06 1,04 1,03 1,03 1,06 1,03 1,04

tSij STAS (mm) 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 D i j, interior STAS (mm) 73 58 33 43 73 43 58

Re i j _ r ea l 30547 26913 20272 10372 15273 10112 11726 λ i j _ r ea l 0,0331 0,0034 0,038 0,038 0,0343 0,038 0,036

Presiunea disponibilă

(bara)

La început de tronson 3 2,66 2,66 1,59 1,59 1,33 1,33

La sfârşi t de tronson

2,66 1,59 1,85 1,46 1,33 1,15 1,28

Vij (m/s) 2,21 2,76 3,65 2,40 2,08 2,39 2,78

Problema III.4. O conductă de distribuţie gaze naturale, pozată subteran, funcţionând în regim de presiune joasă urmează să se proiecteze şi să se construiască pe baza debitelor indicate în figura 111.12 şi a lungimilor indicate în tabelul III. 10.

Sistemul este realizat din conducte din polietilenă cu PE 100.

Fig. III. 12. Reţea de repartiţie a gazelor naturale pentru enunţul problemei.


Tronson Sectoru l L i (km)

1. AB 0,7 2. BC 0,7

3. BD 0,3

4. DE 0,6

5. DF 0,5

6. FG 0,9

7. FH 0,5

Se cere să se determine diametrele sectoarelor considerând căderea de presiune ca

fiind liniară cu lungimea conductei.

A

E

D

C

B

G

H F

Q2=3ms³/h Q4=1,5ms³/h

Q5=7ms³/h

Q3=5ms³/h

Rezolvare:

■ Determinarea lungimii de calcul pe distanţa cea mai mare de transport

Calculul lungimii de calcul se realizează prin adunarea la lungimea fizică a tuturor

lungimilor echivalente datorate rezistenţelor hidraulice suplimentare:

unde: Lf – lungimea de calcul a conductei (Km); Lfi – lungimea fizică a tronsoanelor de conductă (Km); Sectorul care prezintă lungimea cea mai mare este: A-B-D-F-G

Lf = 0,7 + 0,3 + 0,5 + 0,9 = 2,4 km

Pentru a ac operi i căderi i le de pres iune cauz ate de rez istenţele loca le se

va măr i i lungimea f iz ică c u 20%. As tfel , lungimea de ca lcul pe traseul ce l mai lung are va loarea:

Lc = Lf + 0 ,2L f

Lc= 2,4 + 0,2 * 2,4 = 2,88 km

■ Debitul de calcul a l tr osonului AB

Debitu l de ca lcul este debi tu l de gaze care s e in troduce în punctu l A (16,5 m s ³/h) .

■ Calculu l căderi i de presiune maximă admisibilă

Conform prescripţ ii lor NTPEE-2008, presiunea la ieş irea din staţ ia de reg lare măs urare de sector este de 30 mbar ş i presiunea min imă la intrarea în instalaţ ia de ut il izare este de 25 de mbar .

Căderea maximă de pres iune rezultă din di ferenţa între presiunea minimă în punctu l de a lim entare şi n ive lu l maxim de presiune cerut de către consumatoru l cel mai depărtat de punctu l de a limentare .

ΔPmax1 = PA – PH

ΔPmax = 0,03 – 0,025 = 0,005 bara


Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea căderii de presiune

maximă admisibilă la lungimea maximă de calcul între punctul de intrare al gazelor în conductă

şi un punct de consum.


ΔP1 = ΔP’ * Lc1

ΔP1 = 0,0017 * 0,6 = 0,0017 bar


Pentru valorile:

- ΔP’1 = 0.002 mbar/m; - Qcsl = 16,5 ms³/h, în Nomograma din Anexa 7 se citeşte valoarea diametrului conductei ca fiind: 90 mm

■ Determinarea presiunii gazelor în punctul final al tronsonului pentru diametru ales şi debitul de transportat

Pentru diametrul ales şi debitul de transportat se citeşte din Anexa 5 căderea de presiune. Din tabel observăm că debitul de 16.5 ms³/h se găseşte între debitul de 14,40 ms³/h care corespunde unei căderi de presiune unitare de 0,002 mbar/m şi debitul de 20.8 m s³/h care corespunde unei căderi de presiune unitare de 0.003 mbar/m.

Realizăm o interpolare: Astfel scădem din 16,5 - 14,4 =2,1:

0,003.................................20,8 0,002.................................14,4 0,001..................................6,4 respectiv

0,001..................................6,4 x..........................................2,1

de unde

Căderea unitară efectivă de presiune va fi: ΔP"1 = 0,002 + 0,0003= 0,0023 mbar/m

■ Determinarea căderii de presiune pentru tronsonul considerat

Se determină căderea de presiune pentru tronsonul considerat prin înmulţirea presiunii unitare cu lungimea de calcul.

ΔP11 = ΔP’’1 * Lc1

ΔP11 = 0,0023 *0,84 = 0,0019 bar

■ Calculul presiunii aparente în punctul B al reţelei

P2’ = P1 – ΔP11

P2’ = 0,03 – 0,0019 = 0,0281 bara



Aceasta se încadrează în valorile prevăzute în NTPEE-2008.


Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea diferenţei presiunilor între punctul B şi presiunea maximă în cel mai îndepărtat punct şi lungimea între punctul B şi punctul cel mai îndepărtat (punctul G).

În continuare se reiau paşii de la punctele 6-11 pentru fiecare tronson de conductă până Ia parcurgerea tuturor tronsoanelor.

În continuare vom prezenta calculele realizate în cadrul tabelului de calcul

Tabelul III.11 Calculul diametrelor conductelor de distribuţie ramificate Nodul Ik B B B D D F F Tronsonul T i j AB BD BC DE DF FG FH

Lungimea(km) Fizică (L i j) 0,7 0,3 0,7 0,6 0,5 0,9 0,5 Echivalentă 0,14 0,06 0,14 0,12 0,1 0,18 0,1 De calcul (Lcij)

0,84 0,36 0,84 0,72 0,6 1,08 0,6

Qij (m³/s) 16,5 13,5 3 5 8,5 1,5 7


Unitară ΔPI ’ 0,0017 0,0014 0,0043

0,004 0,0014 0,0016 0,0024

Totală ΔPi 0,0014 0,0005 0,0036

0,0029 0,0008 0,0017 0,0014

D i j interior STAS (mm) 90 90 50 63 75 40 63 Qsuperior 20,8 14,4 3 7,7 9,9 2,3 7,7

ΔPi’’superior 0,003 0,002 0,002 0,003 0,002 0,003 0,003

Qinf erior 14,4 10,9 2,3 4,1 6,3 1,9 6,1 ΔPi’’inf erior 0,002 0,001 0,001 0,002 0,001 0,002 0,002

Presiunea disponibilă

(bara)


1,03 1,028 1,028 1,027 1,027 1,026 1,026


1,028 1,027 1,026 1,026 1,026 1,025 1,025

Vij (m/s) 0,69 0,57 0,41 0,43 0,52 0,32 0,60

Problema III.5. Să se proiecteze o reţea inelară pentru distrubuţia gazelor naturale , pozată

subteran, funcţionând în regim de presiune medie pe baza debitelor indicate în figură şi a

lungimilor din tabel.

Fig. III. 13. Reţea de repartiţie a gazelor naturale pentru enunţul problemei


Se cunosc:

Q1=16500 ms3/h; Q2=9000 ms

3/h; Q3=1000 ms3/h: Q4=5000 ms

3/h, Q5=7000 ms3/h

P1=P6=6 bar; P2=P2= P4=P5=2 bar Se cere: Dimensionarea reţelei de distribuţie

Tronson Li (km)

1-2 1

2-3 1

1-4 0,7

4-5 3

2-5 0,6 5-6 2

3-6 0,5

Q1 – 16500m³/h

Q6 – 11000m³/h

Q3 - 1000m³/h

Q4 – 5000m³/h Q5 – 7000m³/h

Q36

Q23 Q12

Q45

Q14

1

Q56

2

5

6

3

4

I1 I2

P1=6bar P2=2bar

P5=2bar

P6=6bar

P3=2bar

P4=2bar

Q2– 9000m³/h

Rezolvare

■ Stabilirea debitului iniţial corespunzător fiecărui tronson

Debitul de intrare aferent punctului 6 trebuie să aibă o valoare care să asigure un surplus de debit egal cu 50% din debitul cel mai mare al traseelor interconectate.

Astfel debitul în punctul 6 trebuie să fie de minim 11000 ms3/h.

Debitele aferente fiecărui tronson, ţinând seama de principul anterior, sunt redate mai jos:

Q12 Q23 Q14 Q45 Q25 Q56 Q36 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11000 1000 7000 3000 4000 7000 5000

■ Determinarea diametrelor tronsoanelor ţinând cont de viteza limită admisă în

reţelele de distribuţie a gazelor.

Conform prevederilor NTPEE-2008 vitezele limită admise pentru dimensionarea

conductelor subterane este de 40 m/s.

Pentru determinarea diametrului interior al conductei se foloseşte formula:

Din Anexa 6 se alege diametrul exterior DeS=125 mm.



Din Anexa 6 se alege grosimea de perete de 4 mm.


Se realizează prin scăderea din diametrul exterior a grosimii de perete a conductei.

Di = 125 – 2 x 8 = 117mm

■ Calculul valonii numărului Re

■ Calculul coeficientul de frecare hidraulică


- Re = 2096581;

- k/D = 0,00042;

ca fiind λ’i = 0,018

Calculul coeficientului de frecare hidraulică se realizează cu formula lui Colebrook

λ1 = 0,0184

Se validează valoarea lui λ1.

În tabelul 111.13 sunt redate valoriile rezultate din calcul pentru fiecare tronson de conductă.

■ Calculul rezistenţei hidraulice

Rezistenţa hidraulică a conductelor se poale determina după cum urmează:

■ Calculul pierderii de sarcină pentru fiecare inel

Calculul pierderii de sarcină pentru fiecare inel. folosind formula:

unde Σ se referă la toate tronsoanele care formează inelul lk; se ia + dacă sensul de curgere coincide cu sensul pozitiv ales pe lk, iar - dacă sensul de curgere este opus sensului pozitiv ales pe lk.

■ Calculul debitului de corecţie

Pentru fiecare inel lk se calculează debitul de corecţie, debitul rezultat ca diferenţă între debitul presupus iniţial şi debitul real, dat de formula:

Dacă diferenţa între debitul iniţial şi debitul real este diferită de zero se trece la un proces iterativ de calcul al debitelor. ■ Calculul debitelor reale pe fiecare tronson Se calculează debitele tronsoanelor corespunzătoare iteraţiei 1; se ia semnul corecţiei de debit + sau - după cum sensul de curgere coincide sau nu cu sensul poz itiv ales pe lk:

Se calculează pierderea de sarcină pe inelul lk corespunzător iteraţiei 1. Se admite că aproximaţia dată de iteraţia p este suficientă dacă pierderea de presiune pentru inelul lk este inferioară valorii de 0,5 bar/m, în caz contrar debitele Qij

(l) devin debite iniţiale pe tronsoane care se introduc în pasul 2 al iteraţiei. ■ Calculul diametrelor pentru fiecare tronson Cunoaşterea debitelor de pe fiecare tronson putem proceda la determinarea cu exactitate a diametrelor conductelor. - Calculăm lungimea cea mai lungă pe care trebuie să o parcurgă gazele naturale prin însumarea lungimii tronsoanelor interconectate şi a lungimii echivalente ca urmare a prezenţei pe conducte a unor elemente specifice (robineţi, teuri, coturi etc). - Calcularea căderii de presiune unitară se face prin raportarea căderii de presiune maximă admisibilă la lungimea maximă de calcul între punctul de intrare al gazelor în conductă şi un punct de consum.

ΔP’ = ΔPmax / Lc

- Calculăm presiunea la capătul primului tronson prin scăderea din presiunea în punctul iniţial al tronsonului a pierderii de presiune ce revine tronsonului:

P2 = P1 – Lcl x ΔP’

- Pentru presiunile din punctul iniţial şi final al tronsonului considerat se determină diametrul conductei folosind formula:

- Din Anexa 6 se alege diametrul nominal şi diametrul exterior al conductei cu valoarea imediat superioară valorii opţinute prin calcul. - Calculul grosimii de perete al conductei ţinând cont de sarcina efortul maxim la care este supusă conducta.

Din Anexa 6 se alege grosimea de perete imediat superioară valorii obţinută prin calcul. - Calculul diametrului interior se realizează prin scăderea din diametrul exterior a grosimii de perete a conductei.

Di = De – 2t - Verificarea diametrului conductei din condiţiile limitării vitezei la valorile prevăzute în NTPEE – 2008.


aceasta trebuie să fie inferioară valonii prevăzute de NTPEE – 2008.

Tabelul III.13 Calculul diametrelor conductelor de distribuţie buclate pe fiecare tronson

Nodul Ik 1 2 Tronsonul T i j 12 14 45 25 25 65 63 23

Lungi m ea(km )

Fizică (L i j) 1,0 0,7 3,0 0,7 0,7 2,0 0,5 1,0 Echivalentă 0,2 0,14 0,6 0,12 0,12 0,4 0,1 0,2

De calcul (Lcij) 1,2 0,84 3,6 0,82 0,82 2,4 0,6 1,2 Qij (ms³/h) 11000 7000 3000 4000 4000 7000 5000 1000

vij (m/s) 40 40 40 40 40 40 40 40

D i j - iniţial (mm) 117 72 72 72 72 117 117 117

Re i j 226812

0 140923

0 557500 1238889 1238889 1305598 953373 173254

λ i j 0.019 0.020 0,023 0.021 0,021 0.020 0.021 0.027 R i j 4.6*108 3.5*10-7 1,5*10-6 3.05*10-7 3.05*10-7 9.21*10-8 2,3*10-8 4,6*10-8 Val o ri i ni t i al e R i j |Qij

(())| 0,0005 0,0024 0,0045 0,0012 0,0012 0,0006 0,0001 0,00004

± R i j Qij(())2

5,58 -17,4 -13,4 4,88 -4,88 4,52 0,58 0,05 ΔQ i

( t ) 2335,0 -126,36

It e rat ia 63 Qij(l)

11900 4550 11800 4020 4020 6850 5002 909 R i j |Qij

(l)| 0,0005 0,0016 0,0029 0,0013 0,0013 0,0006 0,0001 0,0000

± R i j Qij(l)2

6,81 -7,37 -5,30 5,28 -5,28 4,51 0,6 0,4 Qij f inal (ms³/h) 12435 4500 1740 4000 4000 6900 5050 898


Unitară 1,67 0,90 0,41 0,56 0.18 0,65 1,33 0,80 Totală 1,96 2,19 0,45 0,45 0,47 2,94 1,60 1,30 Cumulată 1,96 2,19 2,64 2,41 3,35 2,94 1,60 2,90

D i j calculat (mm) 166,3 124,3 113,7 144,2 182,6 159,5 122,1 75,3 DeSi j exterior STAS (mm) 250 150 200 200 200 200 150 100 tij calculat (mm) 1,31 1,18 1,25 1,25 1.25 1,25 1,18 1,12

tSij STAS (mm) 5 5 5 5 5 5 5 4 D i j , interior STAS (mm) 240 140 190 190 190 190 190 92

Presiunea

disponibilă


7,00 7,00 4,81 5,04 5,40 7,00 7,00 4,06

La sfârşit de

tronson 5,04 4,81 4,36 4,59 4,93 4,06 5,40 2,76

presiune medie si redusa

Documents