OBLICZANIE SPADKU CIŚNIENIA GAZU W INSTALACJACH WYKONANYCH Z RUR MIEDZIANYCH.
(INSTALACJA GAZOWA NISKIEGO CIŚNIENIA - PONIŻEJ 10kPa)
SPADEK CIŚNIENIA GAZU NA DANYM ODCINKU INSTALACJI GAZOWEJ
gdzie:
Ri - jednostkowe straty liniowe ciśnienia na określonym odcinku, [Pa/m],
li - długość odcinka instalacji, [m]
Zi - miejscowe straty ciśnienia na określonym odcinku (np. kolanka, trójniki, kurki, gazomierze itp.). [Pa]
ΔpHi - strata (odzysk) ciśnienia spowodowana różnicą poziomów i gęstości gazu w stosunku do powietrza na określonym odcinku [Pa].
JEDNOSTKOWE LINIOWE STRATY CIŚNIENIA
- Dla wyznaczenia liniowych strat ciśnienia konieczna jest znajomość przepływu obliczeniowego gazu na danym odcinku instalacji, którą wyznacza się wg wzoru:
gdzie:
V - przepływ obliczeniowy gazu [m3/h],
Q - moc odbiornika gazowego, [kW],
η- sprawność odbiornika gazowego,
Wd - wartość opałowa gazu [kWh/m3].
Wartość opałową gazu przyjęto wg danych PGNiG:
Gaz wysokometanowy typu E (GZ-50) Wd=31MJ/m3,
Gaz ziemny zaazotowany typu Lw (GZ-41,5) Wd=27MJ/m3,
Gaz ziemny zaazotowany typu Ls (GZ-35) Wd=24MJ/m3.
(Warunki odniesienia dla procesu spalania i objętości: t1/t2 - 298,15 K (25oC)/273,15 K (0oC), p1=p2=101,325 kPa)
- Liniowe straty ciśnienia R przypadające na 1m rury miedzianej w instalacji gazu ziemnego przedstawiono w poniższej tabeli. Kalkulator umożliwia obliczenie strat również dla pośrednich wartości przepływu.
Szczytowy pobór gazu [m3/h] |
12x1 |
15x1 |
18x1 |
22x1 |
28x1,5 |
35x1,5 |
42x1,5 |
54x1,5 |
R [Pa/m] |
||||||||
1,0 |
21,66 |
4,00 |
1,74 |
0,65 |
- |
- |
- |
- |
1,5 |
43,40 |
12,51 |
4,70 |
1,28 |
- |
- |
- |
- |
2,0 |
71,43 |
20,48 |
7,67 |
2,46 |
0,61 |
- |
- |
- |
2,5 |
105,51 |
30,10 |
11,21 |
3,88 |
1,28 |
- |
- |
- |
3,0 |
145,39 |
41,33 |
15,36 |
5,40 |
1,88 |
0,58 |
- |
- |
3,5 |
- |
54,05 |
20,05 |
7,01 |
2,46 |
0,76 |
- |
- |
4,0 |
- |
68,33 |
25,30 |
8,76 |
3,06 |
0,95 |
- |
- |
4,5 |
- |
- |
31,08 |
10,68 |
3,72 |
1,16 |
- |
- |
5,0 |
- |
- |
- |
12,82 |
4,44 |
1,39 |
0,55 |
- |
5,5 |
- |
- |
- |
15,17 |
5,24 |
1,64 |
0,64 |
- |
6,0 |
- |
- |
- |
17,71 |
6,09 |
1,90 |
0,74 |
- |
6,5 |
- |
- |
- |
20,38 |
7,01 |
2,18 |
0,85 |
- |
7,0 |
- |
- |
- |
23,15 |
7,99 |
2,47 |
0,97 |
0,30 |
7,5 |
- |
- |
- |
26,07 |
9,01 |
2,79 |
1,09 |
0,34 |
8,0 |
- |
- |
- |
29,28 |
10,09 |
3,11 |
1,22 |
0,38 |
8,5 |
- |
- |
- |
- |
11,21 |
3,46 |
1,35 |
0,42 |
9,0 |
- |
- |
- |
- |
12,37 |
3,82 |
1,49 |
0,46 |
9,5 |
- |
- |
- |
- |
13,59 |
4,19 |
1,64 |
0,51 |
10,0 |
- |
- |
- |
- |
14,86 |
4,58 |
1,79 |
0,55 |
10,5 |
- |
- |
- |
- |
16,19 |
4,99 |
1,95 |
0,60 |
11,0 |
- |
- |
- |
- |
17,58 |
5,41 |
2,11 |
0,65 |
11,5 |
- |
- |
- |
- |
19,02 |
5,85 |
2,28 |
0,70 |
12,0 |
- |
- |
- |
- |
20,51 |
6,30 |
2,46 |
0,75 |
12,5 |
- |
- |
- |
- |
22,02 |
6,77 |
2,64 |
0,81 |
13,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
7,25 |
2,82 |
0,87 |
13,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
7,74 |
3,02 |
0,93 |
14,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
8,25 |
3,21 |
0,99 |
14,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
8,77 |
3,42 |
1,05 |
15,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
9,31 |
3,62 |
1,11 |
15,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
9,86 |
3,84 |
1,18 |
16,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
10,43 |
4,06 |
1,24 |
16,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
11,01 |
4,28 |
1,31 |
17,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
11,60 |
4,51 |
1,38 |
17,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
12,21 |
4,74 |
1,46 |
18,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
12,84 |
4,98 |
1,53 |
18,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
13,47 |
5,23 |
1,60 |
19,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
14,12 |
5,48 |
1,68 |
19,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
14,79 |
5,73 |
1,76 |
20,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
15,47 |
5,99 |
1,83 |
20,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
6,26 |
1,92 |
21,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
6,53 |
2,00 |
21,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
6,81 |
2,08 |
22,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7,09 |
2,16 |
22,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7,38 |
2,25 |
23,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7,67 |
2,34 |
23,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7,97 |
2,43 |
24,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
8,27 |
2,52 |
24,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
8,57 |
2,61 |
25,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
8,89 |
2,71 |
25,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
9,20 |
2,80 |
26,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
9,53 |
2,90 |
26,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
9,85 |
3,00 |
27,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
10,18 |
3,10 |
27,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
10,52 |
3,20 |
28,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
10,86 |
3,31 |
28,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
11,21 |
3,41 |
29,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
11,56 |
3,52 |
29,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
11,91 |
3,63 |
30,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
12,27 |
3,74 |
30,5 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
12,63 |
3,84 |
31,0 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
12,99 |
3,95 |
MIEJSCOWE STRATY CIŚNIENIA
- Wartość oporu miejscowego zależy od liczby Reynoldsa, chropowatości wewnętrznej, kształtu elementu wyposażenia instalacji, rozkładu prędkości w przekroju, a dla elementów odcinających również od stopnia otwarcia.
- Miejscowe straty ciśnienia na kolankach, trójnikach, kurkach, itp. oblicza się wg wzoru:
gdzie:
Z - miejscowa strata ciśnienia [Pa],
ξ - współczynnik oporów miejscowych,
ρ - gęstość gazu [kg/m3],
w - prędkość gazu [m/s].
- W poniższej tabeli przedstawiono współczynniki oporów miejscowych wybranych łączników i armatury:
Nazwa elementu |
ξ |
Kolano lub zgięta rura |
0,7 |
Łuk 90°, r/D=1,2 |
0,35 |
Łuk 90°, r/D=2,0 |
0,20 |
Łuk 90°, r/D=3,0 |
0,15 |
Element redukcyjny |
0,4 |
Trójnik z głównym przepływem gazu pod kątem 0° |
0,3 |
Trójnik z głównym przepływem gazu pod kątem 90° |
1,3 |
Trójnik – łączenie dwóch strumieni |
1,5 |
Czwórnik z głównym przepływem gazu pod kątem 0° |
1,3 |
Czwórnik z głównym przepływem gazu pod kątem 90° (rozpływ w dwie strony) |
2,0 |
Podłączenie licznika gazu DN=25mm |
2,0 |
Podłączenie licznika gazu DN>25mm |
4,0 |
Kurek kulowy |
0,5 |
Kurek stożkowy |
2,0 |
Kurek kątowy |
1,3 |
- Aby uprościć obliczenia miejscowych strat ciśnienia wprowadzono pojęcie długości zastępczej. Długość zastępcza jest to długość rurociągu o średnicy d, która przy średniej prędkości w i współczynniku tarcia λ wywołuje stratę ciśnienia równą stracie ciśnienia w elementach kształtowych mających całkowity współczynnik oporów miejscowych równy ∑ξ .
- W poniższej tabeli przedstawiono przybliżone wartości długości zastępczej równoważne oporowi miejscowemu wybranych łączników i armatury:
Średnica zewnętrzna rury miedzianej [mm] |
Długość zastępcza [m] |
|||||
Kurek kulowy |
Kurek kątowy |
Kolanko |
Zwężka |
Trójnik z głównym przepływem gazu pod kątem |
||
0° |
90º |
|||||
12 |
0,10 |
0,30 |
0,40 |
0,10 |
0,10 |
0,25 |
15 lub 18 |
0,15 |
0,40 |
0,55 |
0,10 |
0,15 |
0,40 |
22 |
0,30 |
0,70 |
1,30 |
0,10 |
0,40 |
0,90 |
28 |
0,30 |
0,70 |
1,30 |
0,15 |
0,40 |
1,10 |
35 |
0,30 |
0,80 |
1,50 |
0,20 |
0,50 |
1,40 |
42 |
0,40 |
1,10 |
1,80 |
0,25 |
0,70 |
1,90 |
54 |
0,50 |
1,70 |
1,90 |
0,30 |
1,00 |
2,70 |
ODZYSK (STRATA) CIŚNIENIA W PIONOWYCH ODCINKACH INSTALACJI
- Przy dużych różnicach wysokości poszczególnych odcinków gazociągu niskiego ciśnienia wskazane jest uwzględnienie zmian ciśnienia gazu. Wpływ różnicy wysokości można określić za pomocą wzoru:
gdzie:
ΔpHi - strata ciśnienia spowodowana różnicą poziomów [Pa],
g - przyspieszenie ziemskie (9,81 m/s2),
ΔHi - różnica wysokości na określonym odcinku, która ma znak dodatni jeżeli gaz przepływa do góry, a znak ujemny – przy przepływie gazu w dół [m],
ρ - gęstość gazu [kg/m3]
ρp - gęstość powietrza (1,293kg/m3).
DOPUSZCZALNE SPADKI CIŚNIENIA W INSTALACJI GAZOWEJ NISKIEGO CIŚNIENIA
- Obliczony całkowity spadek ciśnienia w wewnętrznej instalacji gazowej powinien być niższy od wartości dopuszczalnych.
- Dopuszczalne wartości spadku ciśnienia w zależności od rodzaju gazu przedstawiono w poniższej tabeli.
Rodzaj gazu |
Instalacja zasilana z sieci niskiego ciśnienia |
Gaz ziemny GZ-35 |
100 |
Gaz ziemny GZ-41,5 |
100 |
Gaz ziemny GZ-50 |
150 |
LITERATURA
- K. Bąkowski, J. Bartuś, R. Zajda. Projektowanie instalacji gazowych.
- K. Bąkowski. Gazyfikacja.
- Centrum Szkolenia i Doskonalenia Zawodowego Gazownictwa PGNiG. Miedź w instalacjach gazowych.