Hydraulisk beräkning av gasledning: metoder och beräkningssätt + räkneexempel

För en säker och driftsäker gasförsörjning måste den projekteras och beräknas. Det är viktigt att välja rör för ledningar av alla trycktyper som garanterar stabil gasleverans till apparaterna.

För att valet av rör, armaturer och utrustning ska vara så exakt som möjligt görs en hydraulisk beräkning av rörledningen. Hur gör man det? Erkänn – du är inte alltför insatt i denna fråga, låt oss reda ut det.

Vi erbjuder dig att bekanta dig med noggrant utvald och grundligt bearbetad information om olika sätt att utföra hydraulisk beräkning för gasledningssystem. Användningen av den data vi presenterar säkerställer tillförsel av blått bränsle till apparaterna med de erforderliga tryckparametrarna. De noggrant kontrollerade uppgifterna baseras på reglerna i normativ dokumentation.

I artikeln beskrivs principerna och schemana för beräkningarna på ett mycket utförligt sätt. Ett exempel på beräkningar ges. Som en användbar informationskälla har grafiska bilagor och videoinstruktioner använts.

Specifikationer för hydraulisk beräkning

Varje utförd hydraulisk beräkning innebär att parametrarna för den framtida gasledningen fastställs. Denna procedur är obligatorisk och ett av de viktigaste stegen i förberedelserna inför byggnation. Beräkningens korrekthet avgör om gasledningen kommer att fungera i optimalt läge.

Vid varje hydraulisk beräkning bestäms följande:

• nödvändig rördiameter som säkerställer effektiv och stabil transport av erforderlig gasmängd;
• om tryckförlusterna är acceptabla vid transport av erforderlig volym blått bränsle i rör med given diameter.

Tryckförluster uppstår eftersom det i varje gasledning finns hydrauliskt motstånd. Vid felaktig beräkning kan detta leda till att kunderna inte får tillräckligt med gas för normal drift i alla lägen eller vid tillfällen med maximal förbrukning.

Denna tabell är resultatet av en hydraulisk beräkning utförd med hänsyn till givna värden. För att utföra beräkningarna måste specifika indikatorer anges i kolumnerna.

En sådan operation är en statligt standardiserad procedur som utförs enligt formler och krav som anges i SP 42-101–2003.

Beräkningarna ska utföras av byggherren. Underlaget är data från rörledningens tekniska specifikationer, som kan erhållas från den lokala gasleverantören.

Gasledningar som kräver beräkningar

Staten kräver att hydrauliska beräkningar utförs för alla typer av rörledningar som tillhör gasförsörjningssystemet, eftersom processerna vid gastransport alltid är desamma.

Följande typer av gasledningar ingår:

• lågtryck;
• medeltryck, högtryck.

De första är avsedda för transport av bränsle till bostäder, offentliga byggnader och hushållsföretag. I privata hus, flerbostadshus och villor får gastrycket inte överstiga 3 kPa, medan det i hushållsföretag (icke-produktions) är högre och uppgår till 5 kPa.

Den andra typen av rörledningar är avsedd för matning av nät, av alla slag, lågt och medeltryck via gasreglerstationer, samt för gasledning till enskilda användare.

Det kan vara industriella, jordbruks-, olika kommunala företag och till och med fristående eller intilliggande till industriella byggnader. Men i de två sista fallen kommer det att finnas betydande tryckbegränsningar.

Specialister delar in ovanstående typer av gasledningar i följande kategorier:

• Invändiga, verkstadsinterna, det vill säga transporterar blå bränsle inuti en byggnad och levererar det till enskilda aggregat och apparater;
• Abonnentförgreningar, som används för att leverera gas från ett distributionsnät till alla befintliga konsumenter;
• Distributionsledningar, som används för att försörja specifika områden med gas, såsom städer, deras stadsdelar, industriföretag. Deras konfiguration varierar och beror på planeringens egenskaper. Trycket i nätet kan vara vilket som helst som föreskrivs – lågt, medelhögt eller högt.

Dessutom utförs hydraulisk beräkning för gasnät med olika antal trycksteg, av vilka det finns många varianter.

Så, för att möta behoven kan tvåstegsnät som arbetar med gas transporterad vid lågt och högt tryck eller lågt och medeltryck användas. Även trestegs- och flerstegsnät används. Allt beror alltså på konsumenternas närvaro.

Hydrauliskt motstånd är den främsta anledningen till att denna typ av beräkning måste utföras. Det beror dessutom på rörmaterialet.

Trots den stora variationen av gasledningsalternativ är den hydrauliska beräkningen i alla fall liknande. Eftersom konstruktionselementen tillverkas av liknande material och samma processer sker inuti rören.

Hydrauliskt motstånd och dess roll

Som nämnts ovan är grunden för beräkningen förekomsten av hydrauliskt motstånd i varje gasledning.

Det påverkar hela rörledningskonstruktionen, såväl som enskilda delar och komponenter – T‑stycken, platser med betydande minskning av rördiametern, avstängningsventiler, olika ventiler. Detta leder till tryckförlust för den transporterade gasen.

Hydrauliskt motstånd är alltid summan av:

• linjärt motstånd, det vill säga det som verkar längs hela konstruktionens längd;
• lokala motstånd som verkar vid varje ingående del av konstruktionen där gasens transport hastighet förändras.

De nämnda parametrarna påverkar ständigt och väsentligt varje gaslednings prestanda. Därför kommer ett felaktigt beräknat resultat att leda till betydande extra ekonomiska förluster eftersom projektet måste göras om.

Regler för beräkning

Som nämnts ovan regleras proceduren för varje hydraulisk beräkning av den relevanta regelboken nummer 42-101–2003.

Dokumentet anger att den primära metoden för att utföra beräkningen är att använda en dator med specialprogram som kan beräkna den planerade tryckförlusten mellan sektionerna av den framtida gasledningen eller den nödvändiga rördiametern.

Varje hydraulisk beräkning utförs efter att ett beräkningsschema skapats som innehåller de grundläggande parametrarna. Dessutom matar du in kända data i lämpliga fält.

Om sådana program inte finns, eller om du anser att de inte är lämpliga, kan andra metoder som tillåts av regelboken användas.

Vilka inkluderar:

• beräkning med formlerna i regelboken – detta är den mest komplexa beräkningsmetoden;
• beräkning med så kallade nomogram – detta är en enklare metod än att använda formler, eftersom inga beräkningar behöver göras; de nödvändiga uppgifterna finns i en speciell tabell i regelboken och behöver bara väljas.

Vilken beräkningsmetod som helst ger samma resultat. Därför kommer en nybyggd gasledning att kunna leverera den planerade mängden bränsle i tid och utan avbrott, även under timmar med maximal användning.

Beräkningsalternativ med dator

Att utföra beräkningen med hjälp av en dator är det minst arbetskrävande – allt som krävs av dig är att mata in nödvändiga data i lämpliga fält.

Därför tar den hydrauliska beräkningen bara några minuter, och för denna operation behöver du inte den stora kunskapsbas som krävs vid användning av formler.

För att du ska utföra det korrekt måste du ta följande data från de tekniska specifikationerna:

• gasdensitet;
• kinematisk viskositetskoefficient;
• gastemperatur i din region.

Du får nödvändiga tekniska specifikationer från gasverket i den ort där gasledningen ska byggas. Projekteringen av varje rörledning börjar faktiskt med att du får detta dokument, eftersom det innehåller alla grundläggande krav för dess konstruktion.

Att använda specialprogram är det enklaste sättet för dig att göra hydrauliska beräkningar, eftersom det eliminerar behovet av att söka efter och studera formler för att utföra beräkningarna.

Sedan måste du som byggherre ta reda på gasförbrukningen för varje apparat som planeras att anslutas till gasledningen. Om bränslet till exempel ska transporteras till ett privat hus, används oftast spisar för matlagning, diverse värmepannor, och i deras datablad finns alltid de nödvändiga siffrorna.

Dessutom måste du veta antalet brännare på varje spis som kommer att anslutas till röret.

I nästa steg av datainsamlingen samlar du in information om tryckfall vid installationsplatserna för eventuell utrustning – det kan vara en mätare, en avstängningsventil, en termisk avstängningsventil, ett filter och andra element.

I detta fall är det enkelt att hitta de nödvändiga siffrorna – de finns i en speciell tabell som bifogas till varje produkts datablad. Du bör observera att tryckfallet vid maximal gasförbrukning ska anges.

Från den speciella tabellen som bifogas till produkternas datablad kan du få information om tryckförlust vid anslutning av apparater till nätet.

I nästa steg rekommenderas att du tar reda på vad trycket för den blå gasen kommer att vara vid anslutningspunkten. Sådan information kan finnas i de tekniska specifikationerna från ditt gasverk eller i ett tidigare upprättat schema för den framtida gasledningen.

Om nätet består av flera sektioner måste du numrera dem och ange den faktiska längden. Dessutom ska du för varje sektion specificera alla variabla parametrar separat – det totala flödet för varje apparat som kommer att användas, tryckfallet och andra värden.

Du kommer absolut att behöva en simultanitetsfaktor. Den tar hänsyn till möjligheten för alla gasförbrukare som är anslutna till nätet att arbeta samtidigt. Till exempel all värmeutrustning som finns i ett flerfamiljshus eller ett privat hus.

Sådana data används av programmet som utför den hydrauliska beräkningen för att bestämma den maximala belastningen på en viss sektion eller i hela gasledningen.

För varje enskild lägenhet eller hus behöver du inte beräkna nämnda koefficient, eftersom dess värden är kända och anges i tabellen nedan:

Tabell med samtidighetskoefficienter, vars data används vid alla typer av beräkningar. Det räcker med att välja den kolumn som motsvarar den specifika hushållsapparaten och ta den siffra som behövs.

Om man planerar att använda mer än två värmepannor, ugnar eller ackumulerande varmvattenberedare på en anläggning, kommer samtidighetsfaktorn alltid att vara 0,85. Detta ska anges i den relevanta kolumnen som används för beräkningen i programmet.

Därefter ska rörens diameter anges, och även deras råhetskoefficienter kommer att behövas, vilka kommer att användas vid byggandet av rörledningen. Dessa värden är standard och finns lätt i regelverket.

Rörmaterialets inverkan på beräkningen

För byggande av gasledningar kan endast rör tillverkade av vissa material användas: stål, polyeten. I vissa fall används kopparrör. Snart kommer metall-plastkonstruktioner att användas i stor skala.

Varje rör har en råhet, vilket leder till linjärt motstånd som påverkar gasens förflyttning. Dessutom är detta värde betydligt högre för stålrör än för plaströr.

Idag kan nödvändig information endast erhållas för stål- och polyetenrör. Därför kan projektering och hydraulisk beräkning endast utföras med hänsyn till deras egenskaper, vilket krävs av det relevanta regelverket. Dokumentet innehåller även de data som behövs för beräkningarna.

Råhetskoefficienten sätts alltid till följande värden:

• för alla polyetenrör, oavsett om de är nya eller inte, — 0,007 cm;
• för redan använda stålrör — 0,1 cm;
• för nya stålkonstruktioner — 0,01 cm.

För andra typer av rör anges inte detta värde i regelverket. Därför bör de inte användas för att bygga en ny gasledning, eftersom gasverkets specialister kan kräva justeringar. Och det innebär ytterligare kostnader.

Beräkning av flöde på en begränsad sträcka

Om gasledningen består av olika delsträckor, måste den totala flödesberäkningen för varje delsträcka göras separat. Men det är inte svårt, eftersom redan kända siffror kommer att behövas för beräkningarna.

Bestämning av data med programvara

Med kännedom om de initiala parametrarna, med tillgång till samtidighetstabellen och till tekniska datablad för spisar och pannor, kan man påbörja beräkningen.

För detta görs följande steg (exempel ges för en inomhusgasledning med lågt tryck):

1. Antalet pannor multipliceras med varje pannas kapacitet.
2. Det erhållna värdet multipliceras med den samtidighetskoefficient som har specificerats med hjälp av en särskild tabell för denna typ av konsumenter.
3. Antalet spisar för matlagning multipliceras med varje spis prestanda.
4. Värdet som erhålls efter föregående operation multipliceras med simultanitetsfaktorn från en särskild tabell.
5. De erhållna summorna för pannor och spisar summeras.

Liknande manipulationer utförs för alla delar av gasledningen. De erhållna data förs in i programmets relevanta kolumner, med vilka beräkningarna utförs. Allt annat sköter elektroniken själv.

Beräkning med hjälp av formler

Denna typ av hydraulisk beräkning liknar den som beskrivits ovan, det vill säga samma data kommer att behövas, men proceduren blir tidskrävande. Eftersom allt måste göras manuellt, kommer projektören dessutom att behöva utföra en rad mellanliggande operationer för att använda de erhållna värdena i slutberäkningen.

Dessutom kommer man att behöva ägna mycket tid åt att förstå många begrepp och frågor som man inte stöter på när man använder ett specialprogram. Att ovanstående är sant kan man övertyga sig om genom att bekanta sig med de formler som ska användas.

Beräkning med hjälp av formler är komplicerad och därför inte tillgänglig för alla. Bilden visar formler för beräkning av tryckfall i hög-, medel- och lågtrycksnät samt hydraulisk friktionskoefficient.

Vid användning av formler, precis som vid hydraulisk beräkning med ett specialprogram, finns det särdrag för gasledningar med lågt, medel och givetvis högt tryck. Och detta bör man komma ihåg, eftersom ett misstag alltid medför betydande finansiella kostnader.

Beräkningar med nomogram

Ett nomogram är en tabell som visar en rad värden, genom att studera vilka man kan få fram önskade parametrar utan att utföra beräkningar. När det gäller hydraulisk beräkning gäller det rördiameter och väggtjocklek.

Nomogram för beräkning är ett enkelt sätt att få den information man behöver. Det räcker med att hänvisa till raderna som motsvarar nätets angivna egenskaper.

Det finns separata nomogram för polyeten- och stålprodukter. Vid beräkningen användes standarddata, till exempel innerväggarnas råhet. Därför behöver man inte oroa sig för informationens riktighet.

Exempel på beräkning

Här ges ett exempel på hur en hydraulisk beräkning utförs med hjälp av ett program för lågtrycksgasledningar. I den föreslagna tabellen är alla data som konstruktören måste ange själv markerade i gult.

De listas i avsnittet om datorbaserad hydraulisk beräkning ovan. Det är gastemperatur, kinematisk viskositetskoefficient och densitet.

I detta fall görs beräkningen för pannor och spisar, därför måste det exakta antalet brännare anges, vilket kan vara 2 eller 4. Noggrannhet är viktig eftersom programmet automatiskt väljer samtidighetskoefficienten.

På bilden är kolumnerna som konstruktören själv måste fylla i markerade med gult. Nedan finns formeln för att beräkna flödet på sträckan.

Man bör uppmärksamma numreringen av sträckorna – den hittas inte på egen hand utan tas från ett tidigare upprättat schema där motsvarande siffror anges.

Därefter anges den faktiska längden på gasledningen och den så kallade beräknade längden, som är större. Detta beror på att på alla sträckor där det finns lokalt motstånd måste längden ökas med 5–10%. Detta görs för att undvika otillräckligt gastryck hos förbrukarna. Programmet utför beräkningen själv.

Totalflödet i kubikmeter, för vilket en separat kolumn finns, beräknas i förväg för varje sträcka. Om huset är ett flerfamiljshus måste antalet bostäder anges, med start från det maximala värdet, som syns i motsvarande kolumn.

Alla element i gasledningen där tryck förloras måste anges i tabellen. I exemplet nämns termisk stoppventil, avstängningsventil och mätare. Tryckförlustvärdet i varje fall togs från produktens datablad.

Med ett enda program kan beräkningar göras för alla typer av gasledningar. På bilden visas beräkningar för medeltrycksnät.

Rörets innerdiameter anges enligt den tekniska specifikationen, om det finns några krav från det lokala gasverket, eller från ett tidigare upprättat schema. I detta fall anges den på de flesta sträckor till 5 cm, eftersom större delen av gasledningen går längs fasaden och det lokala gasverket kräver att diametern inte är mindre.

Om man även ytligt bekantar sig med exemplet på hur en hydraulisk beräkning utförs, märker man lätt att det förutom de värden som matats in av människan finns många andra. Allt detta är resultatet av programmets arbete, eftersom efter att siffrorna har matats in i de specifika gula kolumnerna är beräkningsarbetet för människan avslutat.

Det vill säga att själva beräkningen sker ganska snabbt, varefter man med de erhållna uppgifterna kan gå till det lokala gasverket i sin stad för godkännande.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Denna video gör det möjligt att förstå var den hydrauliska beräkningen börjar och var konstruktörerna får nödvändiga data:

I nästa video visas ett exempel på en typ av datorberäkning:

Därefter kan man bekanta sig med ett exempel på beräkning med hjälp av ett datorprogram:

För att utföra en hydraulisk beräkning med hjälp av en dator, så som den relevanta regelverket tillåter, räcker det med att lägga lite tid på att bekanta sig med programmet och samla in nödvändiga data.

Men allt detta har ingen praktisk betydelse, eftersom att upprätta ett projekt är en mycket mer omfattande process och innefattar många andra frågor. Därför måste de flesta medborgare vända sig till specialister för hjälp.

Har du frågor, hittat brister eller kan du komplettera vårt material med värdefull information? Lämna dina kommentarer, ställ frågor, dela dina erfarenheter i blocket nedan.