Hydraulisk beregning af gasledning: metoder og beregningsmåder + beregningseksempel

For en sikker og pålidelig drift af gasforsyningen skal den designes og beregnes. Det er vigtigt at vælge rør perfekt til alle tryktyper, der sikrer stabil levering af gas til apparaterne.

For at udvælgelsen af rør, fittings og udstyr er så præcis som muligt, udføres en hydraulisk beregning af rørledningen. Hvordan gør man det? Indrøm det, du er ikke alt for vidende om dette emne, lad os finde ud af det.

Vi tilbyder at sætte dig ind i omhyggeligt udvalgt og grundigt behandlet information om mulighederne for at udføre hydraulisk beregning for gasledningssystemer. Brugen af de data, vi præsenterer, vil sikre levering af blåt brændstof til apparaterne med de krævede trykparametre. De omhyggeligt kontrollerede data er baseret på reglerne i normativ dokumentation.

Artiklen fortæller yderst grundigt om principperne og skemaerne for udførelse af beregninger. Der gives et eksempel på udførelse af beregninger. Som et nyttigt informativt supplement er der brugt grafiske applikationer og video-vejledninger.

Specifikationer for hydraulisk beregning

Enhver udført hydraulisk beregning er en bestemmelse af parametrene for den fremtidige gasledning. Denne procedure er obligatorisk og en af de vigtigste faser i forberedelsen til byggeriet. Beregningens nøjagtighed afgør, om gasledningen vil fungere optimalt.

Ved udførelse af hver hydraulisk beregning bestemmes:

• den nødvendige rørdiameter, som vil sikre effektiv og stabil transport af den nødvendige mængde gas;
• om tryktabet ved bevægelse af den krævede mængde blåt brændstof i rør med en given diameter vil være acceptabelt.

Tryktab opstår, fordi der er hydraulisk modstand i enhver gasledning. Ved forkert beregning kan det føre til, at forbrugerne ikke har nok gas til normal drift på alle tilstande eller i tidspunkter med maksimalt forbrug.

Denne tabel er resultatet af en hydraulisk beregning udført under hensyntagen til de givne værdier. For at udføre beregningerne skal specifikke indikatorer indtastes i kolonnerne.

Denne operation er en statsstandardiseret procedure, der udføres i henhold til formler og krav beskrevet i SP 42-101–2003.

Beregningerne skal udføres af bygherren. Grundlaget er data fra rørledningens tekniske specifikationer, som kan fås fra den lokale gasforsyning.

Gasledninger, der kræver beregninger

Staten kræver, at hydrauliske beregninger udføres for alle typer rørledninger, der tilhører gasforsyningssystemet, da processerne ved gasbevægelse altid er de samme.

De nævnte gasrørledninger omfatter følgende typer:

• lavt tryk;
• mellemtryk, højt tryk.

De første er beregnet til transport af brændstof til boliger, offentlige bygninger og husstands virksomheder. I private huse, lejlighedsbygninger og sommerhuse må gastrykket ikke overstige 3 kPa; i husstands virksomheder (ikke-produktionsmæssige) er dette tal højere og kan nå 5 kPa.

Den anden type rørledning er beregnet til at forsyne netværk, både lav- og mellemtryk, via gasreguleringsstationer, samt til at føre gas til individuelle forbrugere.

Dette kan være industrielle, landbrugsmæssige, forskellige kommunale virksomheder og endda fritstående eller tilstødende bygninger. Men i de to sidste tilfælde vil der være væsentlige trykbegrænsninger.

Eksperter opdeler de ovennævnte typer gasrørledninger i følgende kategorier:

• indendørs, interne værkstedsrør, dvs. der transporterer blåt brændstof inde i en bygning og leverer det til individuelle enheder og apparater;
• abonnentforgreninger, der bruges til at levere gas fra et distributionsnetværk til alle eksisterende forbrugere;
• distributionsrør, der bruges til at forsyne bestemte områder med gas, f.eks. byer, deres distrikter, industrivirksomheder. Deres konfiguration varierer afhængigt af planlægningens karakteristika. Trykket i netværket kan være ethvet foreskrevet – lavt, mellem, højt.

Derudover udføres hydraulisk beregning for gasnetværk med forskellige antal tryktrin, hvoraf der findes mange varianter.

Så til at opfylde behovene kan der anvendes to-trins netværk, der arbejder med gas transporteret ved lavt, højt tryk eller lavt, mellemtryk. Tre-trins og forskellige flertrinsnetværk er også i brug. Alt afhænger således af forbrugernes tilstedeværelse.

Hydraulisk modstand er hovedårsagen til, at denne type beregning skal udføres. Desuden afhænger den også af rørmaterialet.

På trods af den store variation af gasrørledningstyper er den hydrauliske beregning i alle tilfælde ens. Da der til fremstilling anvendes konstruktionselementer af lignende materialer, og der foregår de samme processer inde i rørene.

Hydraulisk modstand og dens rolle

Som nævnt ovenfor er grundlaget for beregningen tilstedeværelsen af hydraulisk modstand i hver gasrørledning.

Det påvirker hele rørledningskonstruktionen såvel som dens enkelte dele og samlinger – T-stykker, steder med væsentlig reduktion i rørdiameter, afspærringsventiler, forskellige ventiler. Dette fører til tryktab for den transporterede gas.

Hydraulisk modstand er altid summen af:

• lineær modstand, dvs. virkende langs hele konstruktionens længde;
• lokale modstande, der virker ved hver enkelt del af konstruktionen, hvor gastransporthastigheden ændres.

De nævnte parametre påvirker konstant og væsentligt driftsegenskaberne for hver gasrørledning. Derfor vil et forkert beregningsresultat medføre yderligere og betydelige økonomiske tab, fordi projektet skal laves om.

Regler for udførelse af beregning

Som nævnt ovenfor er proceduren for enhver hydraulisk beregning reguleret af den relevante regelsamling nummer 42-101–2003.

Dokumentet fastslår, at den primære beregningsmetode er brug af en computer med særlige programmer, der kan beregne det planlagte tryktab mellem sektioner af den fremtidige gasrørledning eller den nødvendige rørdiameter.

Enhver hydraulisk beregning udføres efter oprettelse af et beregningsskema med de vigtigste parametre. Desuden indtaster brugeren kendte data i de relevante felter.

Hvis sådanne programmer ikke findes, eller en person finder det uhensigtsmæssigt at bruge dem, kan man anvende andre metoder, der er tilladt af regelsamlingen.

Disse omfatter:

• beregning efter formlerne i regelsamlingen – den sværeste beregningsmetode;
• beregning ved hjælp af såkaldte nomogrammer – en enklere mulighed end at bruge formler, da der ikke skal foretages nogen beregninger, fordi de nødvendige data er angivet i en særlig tabel i regelsamlingen, og man skal blot vælge dem.

Enhver af beregningsmetoderne giver de samme resultater. Derfor vil den nybyggede gasrørledning være i stand til at sikre rettidig og uafbrudt levering af den planlagte mængde brændstof, selv i spidsbelastningstimerne.

Beregning ved hjælp af PC

Udførelse af beregning ved hjælp af computer er den mindst arbejdskrævende – alt, hvad der kræves af en person, er at indsætte de nødvendige data i de relevante felter.

Derfor udføres den hydrauliske beregning på få minutter, og denne operation kræver ikke den store viden, som er nødvendig ved brug af formler.

For at udføre det korrekt skal følgende data hentes fra de tekniske specifikationer:

• gastæthed;
• kinetisk viskositetskoefficient;
• gastemperaturen i din region.

De nødvendige tekniske specifikationer fås fra bygasværket i den by, hvor gasledningen skal bygges. Faktisk begynder designet af enhver rørledning med at få dette dokument, da det indeholder alle de grundlæggende krav til dens konstruktion.

Brug af specialprogrammer er den enkleste måde at udføre hydrauliske beregninger på, da det eliminerer behovet for at søge efter og studere formler til beregningerne.

Dernæst skal bygherren kende gasforbruget for hvert apparat, der planlægges tilsluttet gasledningen. Hvis brændstoffet for eksempel skal transporteres til et privat hus, bruges der som regel komfurer til madlavning og diverse varmekedler, og i deres datablade står de nødvendige tal altid.

Derudover skal man kende antallet af blus på hvert komfur, der skal tilsluttes røret.

I næste fase af indsamlingen af nødvendige data indhentes oplysninger om trykfald på installationsstederne for eventuelt udstyr – dette kan være en måler, en afspærringsventil, en termisk afspærringsventil, et filter eller andre komponenter.

I dette tilfælde er de nødvendige tal lette at finde – de findes i en speciel tabel, der følger med databladet for hvert produkt. Designeren skal være opmærksom på, at trykfaldet ved maksimalt gasforbrug skal angives.

Fra den specielle tabel, der følger med produkternes datablade, kan man få oplysninger om trykfald ved tilslutning af apparater til netværket

På næste trin anbefales det at finde ud af, hvad trykket af den blå brændstof vil være ved tilslutningspunktet. Sådanne oplysninger kan findes i de tekniske specifikationer fra bygasværket eller i et tidligere udarbejdet diagram over den fremtidige gasledning.

Hvis netværket består af flere sektioner, skal de nummereres og den faktiske længde angives. Derudover skal alle variable parametre angives separat for hver sektion – det er det samlede forbrug for ethvert apparat, der vil blive brugt, trykfaldet og andre værdier.

Samtidighedsfaktoren vil være påkrævet. Den tager højde for muligheden for samtidig drift af alle gasforbrugere tilsluttet netværket. For eksempel alt varmeudstyr i en lejlighedsbygning eller et privat hus.

Sådanne data bruges af programmet, der udfører den hydrauliske beregning, til at bestemme den maksimale belastning på en given sektion eller i hele gasledningen.

For hver enkelt lejlighed eller hus behøver den nævnte faktor ikke beregnes, da dens værdier er kendte og angivet i tabellen nedenfor:

Tabel med simultanitetskoefficienter, data fra denne bruges i alle former for beregninger. Det er tilstrækkeligt at vælge en kolonne, der svarer til en specifik husholdningsapparat, og tage det nødvendige tal.

Hvis der på et anlæg planlægges at bruge mere end to varmekedler, ovne, beholdervandvarmere, vil simultanitetsindikatoren altid være 0,85. Det skal angives i den relevante kolonne, der anvendes til beregning, i programmet.

Derefter skal man angive rørdiameter, og der vil også være brug for deres ruhedskoefficienter, som vil blive brugt ved opførelsen af rørledningen. Disse værdier er standard og kan let findes i regelsamlingen.

Indflydelse af rørmateriale på beregningen

Til opførelse af gasrørledninger kan der kun anvendes rør fremstillet af bestemte materialer: stål, polyethylen. I nogle tilfælde anvendes kobberprodukter. Snart vil metal-plastkonstruktioner blive brugt i stor skala.

Hvert rør har ruhed, hvilket fører til lineær modstand, som påvirker gasbevægelsesprocessen. Desuden er denne indikator betydeligt højere for stålprodukter end for plastik.

I dag kan de nødvendige oplysninger kun fås for stål- og polyethylenrør. Som et resultat kan projektering og hydraulisk beregning kun udføres under hensyntagen til deres egenskaber, hvilket kræves af den relevante regelsamling. Dokumentet angiver også de nødvendige data til beregning.

Ruhedskoefficienten sættes altid lig med følgende værdier:

• for alle polyethylenrør, uanset om de er nye eller ej, — 0,007 cm;
• for brugte stålprodukter — 0,1 cm;
• for nye stålkonstruktioner — 0,01 cm.

For eventuelle andre rørtyper angives denne indikator ikke i regelsamlingen. Derfor bør de ikke anvendes til opførelse af en ny gasrørledning, da gasværkets specialister kan kræve justeringer. Det vil igen medføre ekstra omkostninger.

Beregning af flow på et begrænset område

Hvis gasrørledningen består af separate sektioner, skal beregningen af det samlede forbrug på hver af dem udføres separat. Men det er ikke svært, da der til beregningerne kræves allerede kendte tal.

Bestemmelse af data ved hjælp af program

Ved at kende de indledende indikatorer, have adgang til simultanitetstabellen og til tekniske datablade for komfurer og kedler, kan man begynde beregningen.

For at gøre dette udføres følgende handlinger (eksemplet er givet for en indendørs gasrørledning med lavt tryk):

1. Antallet af kedler multipliceres med hver kedels kapacitet.
2. Den opnåede værdi multipliceres med den simultanitetskoefficient, der er præciseret ved hjælp af en speciel tabel, for denne type forbrugere.
3. Antallet af kogeplader, der er beregnet til madlavning, ganges med ydelsen for hver af dem.
4. Den opnåede værdi efter den forrige operation ganges med simultanitetsfaktoren, som er hentet fra en speciel tabel.
5. Summerne for kedler og komfurer lægges sammen.

Lignende operationer udføres for alle sektioner af gasledningen. De opnåede data indtastes i de tilsvarende kolonner i programmet, som bruges til beregningerne. Resten klarer elektronikken selv.

Beregning ved brug af formler

Denne type hydraulisk beregning ligner den ovenfor beskrevne, det vil sige de samme data er nødvendige, men proceduren vil være tidskrævende. Da alt skal udføres manuelt, skal designeren desuden udføre en række mellemliggende operationer for at kunne bruge de opnåede værdier til den endelige beregning.

Og der vil også skulle afsættes tilstrækkelig meget tid til at forstå mange begreber og spørgsmål, som man ikke støder på ved brug af et specialprogram. Man kan overbevise sig om rigtigheden af det ovenstående ved at se på de formler, der skal anvendes.

Beregning ved hjælp af formler er kompliceret, derfor ikke tilgængelig for alle. Billedet viser formler til beregning af trykfald i høj-, mellem- og lavtryksnet samt den hydrauliske friktionskoefficient.

Ved anvendelse af formler, ligesom ved hydraulisk beregning ved brug af et specialprogram, er der særlige forhold for gasrørledninger med lavt, mellem og selvfølgelig højt tryk. Og det er værd at huske, da en fejl altid medfører betydelige økonomiske omkostninger.

Beregning ved hjælp af nomogrammer

Et specialnomogram er en tabel, hvor en række værdier er angivet, og ved at studere dem kan man få de nødvendige parametre uden at udføre beregninger. I tilfældet med hydraulisk beregning — rørdiameter og vægtykkelse.

Nomogrammer til beregning er en enkel måde at få de nødvendige oplysninger på. Det er tilstrækkeligt at se på rækkerne, der svarer til de givne netværkskarakteristika.

Der findes separate nomogrammer for polyethylen- og stålprodukter. Ved beregningen af dem blev der brugt standarddata, for eksempel ruheden af indervæggene. Så man behøver ikke bekymre sig om informationens rigtighed.

Eksempel på udførelse af beregning

Der gives et eksempel på udførelse af en hydraulisk beregning ved hjælp af et program for lavtryksgasrørledninger. I den præsenterede tabel er alle data, som designeren selv skal indtaste, fremhævet med gult.

De er anført i punktet om computerbaseret hydraulisk beregning, som er givet ovenfor. Det er gastemperatur, kinematisk viskositetskoefficient og densitet.

I dette tilfælde foretages beregningen for kedler og komfurer, derfor skal det nøjagtige antal blus angives, som kan være 2 eller 4. Præcision er vigtig, da programmet automatisk vælger samtidighedsfaktoren.

På billedet er kolonnerne, hvor designeren selv skal indtaste værdierne, markeret med gult. Nederst er formlen for beregning af flowet på strækningen angivet.

Det er værd at bemærke nummereringen af strækningerne — den opfindes ikke selv, men hentes fra et tidligere udarbejdet diagram, hvor de samme tal er angivet.

Dernæst angives den faktiske længde af gasledningen og den såkaldte beregningslængde, som er større. Dette skyldes, at på alle strækninger med lokal modstand skal længden øges med 5-10%. Dette gøres for at undgå utilstrækkeligt gastryk hos forbrugerne. Programmet foretager beregningen automatisk.

Det samlede flow i kubikmeter, for hvilket der er en separat kolonne, beregnes på forhånd for hver strækning. Hvis huset er en etageejendom, skal antallet af boliger angives, startende fra den maksimale værdi, som vist i den tilsvarende kolonne.

Alle elementer i gasledningen, hvor trykket tabes, skal indføres i tabellen. I eksemplet er termisk afspærringsventil, afspærringsventil og måler angivet. Tryktabsværdien for hver er taget fra produktets datablad.

Med ét program kan der foretages beregninger for alle typer gasledninger. På billedet er beregninger for mellemtryksnet.

Rørets indvendige diameter angives i henhold til den tekniske specifikation, hvis bygasværket har visse krav, eller fra et tidligere udarbejdet diagram. I dette tilfælde er den på de fleste strækninger angivet til 5 cm, da størstedelen af gasledningen løber langs facaden, og det lokale bygasværk kræver, at diameteren ikke er mindre.

Selv ved en overfladisk gennemgang af det viste eksempel på hydraulisk beregning er det let at se, at der ud over de af mennesket indtastede værdier er en lang række andre. Dette er alt sammen resultatet af programmets arbejde, for når tallene er indtastet i de specifikke kolonner markeret med gult, er beregningsarbejdet for mennesket færdigt.

Det vil sige, at selve beregningen sker ret hurtigt, hvorefter man kan tage de opnåede data til godkendelse hos bygasværket i sin by.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Denne video giver mulighed for at forstå, hvor den hydrauliske beregning begynder, og hvor designerne henter de nødvendige data:

I den næste video vises et eksempel på en type computerberegning:

Derefter kan man se et eksempel på en beregning ved hjælp af et computerprogram:

For at udføre en hydraulisk beregning ved hjælp af en computer, som det relevante regelsæt tillader, er det nok at bruge lidt tid på at sætte sig ind i programmet og indsamle de nødvendige data.

Men det har ingen praktisk betydning, da udarbejdelsen af et projekt er en langt mere omfattende procedure, der omfatter mange andre spørgsmål. Derfor vil de fleste borgere være nødt til at søge hjælp fra specialister.

Har du spørgsmål, fundet fejl eller kan du supplere vores materiale med værdifuld information? Skriv dine kommentarer, stil spørgsmål, del erfaringer i boksen nedenfor.