Hidravlični izračun plinovoda: metode in načini izračuna + primer izračuna

Za varno in zanesljivo delovanje oskrbe s plinom jo je treba načrtovati in izračunati. Pomembno je brezhibno izbrati cevi za vse tlačne tipe vodov, ki zagotavljajo stabilno dobavo plina do naprav.

Da bi izbira cevi, armature in opreme čim bolj natančna, se izvede hidravlični izračun cevovoda. Kako ga narediti? Priznajte, da niste preveč vešči v tem vprašanju, pa se lotimo.

Ponujamo vam, da se seznanite s skrbno izbranimi in temeljito obdelanimi informacijami o možnostih izvajanja hidravličnega izračuna za plinovodne sisteme. Uporaba predstavljenih podatkov bo zagotovila dovod modrega goriva v naprave z zahtevanimi parametri tlaka. Skrbno preverjeni podatki temeljijo na predpisih normativne dokumentacije.

V članku je zelo podrobno opisano o načelih in shemah izvajanja izračunov. Podan je primer izvedbe izračunov. Kot koristen informativni dodatek so uporabljene grafične aplikacije in video navodila.

Specifika hidravličnega izračuna

Vsak izveden hidravlični izračun predstavlja določitev parametrov bodočega plinovoda. Ta postopek je obvezen in je tudi eden najpomembnejših korakov pri pripravi na gradnjo. Od pravilnosti izračuna je odvisno, ali bo plinovod deloval v optimalnem načinu.

Pri izvajanju vsakega hidravličnega izračuna se določi:

• potrebnega premera cevi, ki bodo zagotavljale učinkovit in stabilen transport potrebne količine plina;
• ali bodo izgube tlaka pri premikanju zahtevane količine modrega goriva v ceveh določenega premera sprejemljive.

Izgube tlaka nastanejo zaradi tega, ker v vsakem plinovodu obstaja hidravlični upor. Pri nepravilnem izračunu lahko to privede do tega, da potrošnikom ne bo dovolj plina za normalno delovanje v vseh režimih ali v trenutkih največje porabe.

Ta tabela je rezultat hidravličnega izračuna, izvedenega ob upoštevanju podanih vrednosti. Za izvedbo izračunov bo treba vnesti določene kazalnike v stolpce.

Takšna operacija predstavlja s strani države standardiziran postopek, ki se izvaja v skladu s formulami in zahtevami, določenimi v SP 42-101–2003.

Izračune mora opraviti investitor. Osnova so podatki tehničnih pogojev cevovoda, ki jih lahko pridobite pri svojem mestnem plinskem podjetju.

Plinovodi, ki zahtevajo izvedbo izračunov

Država zahteva, da se hidravlični izračuni izvajajo za vse vrste cevovodov, ki spadajo v sistem oskrbe s plinom. Ker so procesi, ki potekajo pri premikanju plina, vedno enaki.

Med navedene plinovode spadajo naslednje vrste:

• nizek tlak;
• srednji, visoki tlak.

Prvi so namenjeni transportu goriva do stanovanjskih objektov, različnih javnih zgradb in gospodinjskih podjetij. Pri čemer v zasebnih, večstanovanjskih hišah in vikendih tlak plina ne sme presegati 3 kPa, v gospodinjskih podjetjih (neproizvodnih) pa je ta vrednost višja in znaša do 5 kPa.

Drugi tip cevovodov je namenjen napajanju omrežij, in sicer vseh vrst, nizkega in srednjega tlaka preko plinsko-regulacijskih postaj, ter izvajanju dovoda plina do posameznih odjemalcev.

To so lahko industrijska, kmetijska in različna komunalna podjetja ter celo samostojne stavbe ali stavbe, prizidane k industrijskim. Toda v zadnjih dveh primerih bodo znatne omejitve glede tlaka.

Zgoraj naštete vrste plinovodov strokovnjaki pogojno delijo na naslednje kategorije:

• znotrajstavbni, znotrajdelavniški, kar pomeni, da prenašajo modro gorivo znotraj neke stavbe in ga dovajajo do posameznih naprav in aparatov;
• naročniški odcepi, ki se uporabljajo za dobavo plina iz neke distribucijske mreže do vseh obstoječih odjemalcev;
• distribucijski, ki se uporabljajo za oskrbo s plinom določenih območij, na primer mest, njihovih posameznih okrožij, industrijskih podjetij. Njihova konfiguracija je različna in je odvisna od značilnosti načrtovanja. Tlak v omrežju je lahko kakršen koli predviden — nizek, srednji, visok.

Poleg tega se hidravlični izračun izvaja za plinska omrežja z različnim številom tlačnih stopenj, katerih različic je veliko.

Tako se lahko za zadovoljevanje potreb uporabljajo dvostopenjska omrežja, ki delujejo s plinom, transportiranim pri nizkem, visokem tlaku ali nizkem, srednjem tlaku. Prav tako so našla uporabo tristopenjska in različna večstopenjska omrežja. Torej je vse odvisno le od prisotnosti odjemalcev.

Hidravlični upor je glavni razlog, zakaj je treba opraviti to vrsto izračuna. Poleg tega je odvisen tudi od materiala cevi.

Kljub veliki raznolikosti možnih izvedb plinovodov je hidravlični izračun v vsakem primeru podoben. Ker se pri izdelavi uporabljajo konstrukcijski elementi iz podobnih materialov, v ceveh pa potekajo enaki procesi.

Hidravlični upor in njegova vloga

Kot je navedeno zgoraj, je podlaga za izvedbo izračuna prisotnost hidravličnega upora v vsakem plinovodu.

Deluje na celotno konstrukcijo cevovoda, pa tudi na njegove posamezne dele, vozlišča – T-kose, mesta bistvenega zmanjšanja premera cevi, zaporne ventile, različne ventile. To povzroči izgubo tlaka transportiranega plina.

Hidravlični upor je vedno vsota:

• linearnega upora, torej upora, ki deluje vzdolž celotne dolžine konstrukcije;
• lokalnih uporov, ki delujejo na vsakem sestavnem delu konstrukcije, kjer pride do spremembe hitrosti transporta plina.

Našteti parametri nenehno in bistveno vplivajo na obratovalne značilnosti vsakega plinovoda. Zato bodo zaradi napačnega izračuna nastale dodatne in precejšnje finančne izgube, ker bo treba projekt predelati.

Pravila za izvedbo izračuna

Zgoraj je bilo navedeno, da postopek vsakega hidravličnega izračuna ureja strokovni Svod pravil s številko 42-101–2003.

Dokument navaja, da je osnovni način izvajanja izračuna uporaba računalnika s posebnimi programi, ki omogočajo izračun predvidene izgube tlaka med odseki bodočega plinovoda ali potrebnega premera cevi.

Vsak hidravlični izračun se izvede po izdelavi računske sheme, ki vključuje osnovne kazalnike. Poleg tega uporabnik v ustrezna polja vnese znane podatke.

Če takih programov ni ali če oseba meni, da njihova uporaba ni smiselna, se lahko uporabijo druge metode, ki jih dovoljuje Svod pravil.

Med katere spadajo:

• izračun po formulah, navedenih v SP, je najzahtevnejši način izračuna;
• izračun po tako imenovanih nomogramih je enostavnejša možnost kot uporaba formul, saj ne bo treba izvajati nobenih izračunov, ker so potrebni podatki navedeni v posebni tabeli in podani v Svod pravil, ter jih je treba le izbrati.

Vsaka od metod izračuna vodi do enakih rezultatov. Zato bo na novo zgrajen plinovod sposoben zagotoviti pravočasno in neprekinjeno dobavo načrtovane količine goriva tudi v urah njegove največje uporabe.

Možnost izračunov s pomočjo računalnika

Izvajanje izračuna z uporabo računalnika je najmanj delovno intenzivno – vse, kar se zahteva od osebe, je, da v ustrezna polja vstavi potrebne podatke.

Zato se hidravlični izračun opravi v nekaj minutah, pri čemer za to operacijo ni potrebno veliko znanja, ki je potrebno pri uporabi formul.

Za njegovo pravilno izvedbo je treba iz tehničnih pogojev vzeti naslednje podatke:

• gostota plina;
• koeficient kinetične viskoznosti;
• temperaturo plina v svoji regiji.

Potrebne tehnične pogoje pridobimo v mestni plinski službi naselja, v katerem bo zgrajen plinovod. Pravzaprav se načrtovanje katerega koli cevovoda začne s pridobitvijo tega dokumenta, saj vsebuje vse glavne zahteve za njegovo konstrukcijo.

Uporaba posebnih programov je najpreprostejši način hidravličnega izračuna, ki izključuje iskanje in učenje formul za izvajanje izračunov

Nato mora investitor ugotoviti porabo plina za vsako napravo, ki jo namerava priključiti na plinovod. Na primer, če bo gorivo transportirano v zasebno hišo, se tam najpogosteje uporabljajo štedilniki za pripravo hrane, različni ogrevalni kotli, v njihovih tehničnih listih pa so vedno navedene potrebne številke.

Poleg tega bo treba vedeti število gorilnikov na vsakem štedilniku, ki bo priključen na cev.

V naslednji fazi zbiranja potrebnih podatkov se izbere informacija o padcu tlaka na mestih namestitve katere koli opreme – to so lahko števec, zaporni ventil, termozaporni ventil, filter in drugi elementi.

V tem primeru je potrebne številke enostavno najti – nahajajo se v posebni tabeli, priloženi k tehničnemu listu vsakega izdelka. Projektant mora biti pozoren na to, da mora biti naveden padec tlaka pri največji porabi plina.

Iz posebne tabele, priložene k tehničnemu listu izdelkov, je mogoče izvedeti podatke o izgubi tlaka pri priključitvi naprav na omrežje

V naslednji fazi je priporočljivo izvedeti, kakšen bo tlak zemeljskega plina na mestu priključitve. Takšne podatke lahko vsebujejo tehnični pogoji vaše mestne plinske službe ali prej izdelana shema prihodnjega plinovoda.

Če bo omrežje sestavljeno iz več odsekov, jih je treba oštevilčiti in navesti dejansko dolžino. Poleg tega je treba za vsak odsek posebej navesti vse spremenljive parametre – to so skupna poraba katere koli naprave, ki se bo uporabljala, padec tlaka in druge vrednosti.

Obvezno bo potreben koeficient sočasnosti. Ta upošteva možnost skupnega delovanja vseh porabnikov plina, priključenih na omrežje. Na primer celotne ogrevalne opreme, nameščene v večstanovanjski ali zasebni hiši.

Takšne podatke uporablja program, ki izvaja hidravlični izračun, za določitev največje obremenitve na katerem koli odseku ali v celotnem plinovodu.

Za vsako posamezno stanovanje ali hišo ni treba izračunati navedenega koeficienta, saj so njegove vrednosti znane in navedene v spodaj priloženi tabeli:

Tabela s koeficienti sočasnosti, iz katere se podatki uporabljajo pri vseh vrstah izračunov. Dovolj je, da izberete stolpec, ki ustreza določenemu gospodinjskemu aparatu, in vzamete potrebno številko.

Če se na nekem objektu načrtuje uporaba več kot dveh ogrevalnih kotlov, peči, zalogovnikov tople vode, bo koeficient sočasnosti vedno enak 0,85. To bo treba vnesti v ustrezen stolpec, ki se uporablja za izračun programa.

Nato je treba navesti premer cevi, potrebovali pa bomo tudi koeficiente hrapavosti, ki se bodo uporabljali pri gradnji plinovoda. Te vrednosti so standardne in jih je enostavno najti v Pravilniku.

Vpliv materiala cevi na izračun

Za gradnjo plinovodov se lahko uporabljajo cevi, izdelane samo iz določenih materialov: jekla, polietilena. V nekaterih primerih se uporabljajo izdelki iz bakra. Kmalu se bodo množično uporabljale kovinsko-plastične konstrukcije.

Vsaka cev ima hrapavost, kar vodi do linearne upornosti, ki vpliva na proces premikanja plina. Poleg tega je ta kazalnik pri jeklenih izdelkih bistveno višji kot pri plastičnih.

Danes je potrebne podatke mogoče dobiti samo za jeklene in polietilenske cevi. Posledično je projektiranje in hidravlični izračun mogoče izvesti samo ob upoštevanju njihovih lastnosti, kar zahteva strokovni Pravilnik. Poleg tega so v dokumentu navedeni podatki, potrebni za izračun.

Koeficient hrapavosti je vedno enak naslednjim vrednostim:

• za vse polietilenske cevi, ne glede na to, ali so nove ali ne, — 0,007 cm;
• za že uporabljene jeklene izdelke — 0,1 cm;
• za nove jeklene konstrukcije — 0,01 cm.

Za kakršne koli druge vrste cevi ta kazalnik v Pravilniku ni naveden. Zato jih ni priporočljivo uporabljati za gradnjo novega plinovoda, saj lahko strokovnjaki plinske službe zahtevajo popravke. To pa so spet dodatni stroški.

Izračun pretoka na omejenem odseku

Če je plinovod sestavljen iz posameznih odsekov, bo treba izračun skupnega pretoka na vsakem od njih izvesti posebej. Vendar to ni težko, saj bodo za izračune potrebne že znane številke.

Določitev podatkov s pomočjo programa

Če poznate začetne kazalnike in imate dostop do tabele sočasnosti ter tehničnih listov plošč in kotlov, lahko začnete z izračunom.

Za to se izvedejo naslednji koraki (primer je podan za notranji plinovod nizkega tlaka):

1. Število kotlov se pomnoži z zmogljivostjo vsakega od njih.
2. Dobljena vrednost se pomnoži s koeficientom sočasnosti, določenim s pomočjo posebne tabele za to vrsto porabnikov.
3. Število plošč, namenjenih za pripravo hrane, se pomnoži z zmogljivostjo vsake izmed njih.
4. Vrednost, pridobljena po prejšnji operaciji, se pomnoži s koeficientom sočasnosti, vzetim iz posebne tabele.
5. Dobljene vsote za kotle in plošče se seštejejo.

Podobne manipulacije se izvajajo za vse odseke plinovoda. Pridobljeni podatki se vnesejo v ustrezne stolpce programa, s pomočjo katerega se izvajajo izračuni. Vse ostalo naredi elektronika sama.

Izračun z uporabo formul

Ta vrsta hidravličnega izračuna je podobna zgoraj opisani, torej bodo potrebni isti podatki, vendar bo postopek dolgotrajen. Ker bo treba vse opraviti ročno, bo moral projektant poleg tega izvesti vrsto vmesnih operacij, da bi dobljene vrednosti uporabil za končni izračun.

Prav tako bo treba nameniti precej časa, da se razjasnijo številni pojmi in vprašanja, s katerimi se človek ne srečuje pri uporabi posebnega programa. O pravilnosti zgoraj navedenega se lahko prepričate tako, da se seznanite s formulami, ki jih bo treba uporabiti.

Izračun s pomočjo formul je zapleten, zato ni dostopen vsem. Na sliki so prikazane formule za izračun padca tlaka v omrežju visokega, srednjega in nizkega tlaka ter koeficient hidravličnega trenja.

Pri uporabi formul, tako kot pri hidravličnem izračunu s posebnim programom, obstajajo posebnosti za plinovode nizkega, srednjega in seveda visokega tlaka. In na to je treba pomniti, saj je napaka vedno povezana z velikimi finančnimi stroški.

Izračuni s pomočjo nomogramov

Kakršen koli poseben nomogram predstavlja tabelo, kjer so navedene številne vrednosti, s preučevanjem katerih je mogoče dobiti potrebne kazalnike, ne da bi izvajali izračune. V primeru hidravličnega izračuna – premer cevi in debelino njenih sten.

Nomogrami za izračun so preprost način za pridobitev potrebnih informacij. Dovolj je, da se obrnete na vrstice, ki ustrezajo podanim značilnostim omrežja

Obstajajo ločeni nomogrami za polietilenske in jeklene izdelke. Pri izračunu so bili uporabljeni standardni podatki, na primer hrapavost notranjih sten. Zato za pravilnost informacij ni treba skrbeti.

Primer izvedbe izračuna

Podan je primer izvedbe hidravličnega izračuna s pomočjo programa za plinovode nizkega tlaka. V ponujeni tabeli so z rumeno barvo označeni vsi podatki, ki jih mora projektant vnesti sam.

Našteti so v točki o računalniškem hidravličnem izračunu, navedeni zgoraj. To so temperatura plina, koeficient kinematične viskoznosti in gostota.

V tem primeru se izračun izvaja za kotle in peči, zato je treba navesti točno število gorilnikov, ki so lahko 2 ali 4. Natančnost je pomembna, saj bo program samodejno izbral koeficient sočasnosti.

Na sliki so z rumenimi barvami označeni stolpci, v katere mora projektant sam vnesti vrednosti. Spodaj je podana formula za izračun pretoka na odseku.

Pozorni bodite na oštevilčenje odsekov – ne izmišljujemo si ga sami, ampak ga vzamemo iz prej izdelane sheme, kjer so navedene podobne številke.

Nato se zapiše dejanska dolžina plinovoda in tako imenovana izračunana, ki je večja. To se zgodi, ker je treba na vseh odsekih, kjer je lokalni upor, povečati dolžino za 5–10 %. To se naredi, da se pri potrošnikih prepreči nezadosten tlak plina. Program izračun izvede samodejno.

Skupni pretok v kubičnih metrih, za katerega je predviden ločen stolpec, se v vsakem odseku izračuna vnaprej. Če gre za večstanovanjsko hišo, je treba navesti število stanovanj, in sicer začenši z največjo vrednostjo, kot je razvidno v ustreznem stolpcu.

V tabelo je obvezno vključenih vseh elementov plinovoda, pri prehodu katerih se izgublja tlak. V primeru so navedeni termozaporni ventil, zaporni ventil in števec. Vrednosti izgube so v vsakem primeru vzete iz dokumentacije izdelka.

Z enim programom je mogoče izvajati izračune za vse vrste plinovodov. Na sliki so izračuni za omrežje srednjega tlaka.

Notranji premer cevi je naveden v skladu s tehnično specifikacijo, če ima plinsko podjetje kakšne zahteve, ali pa iz prej izdelane sheme. V tem primeru je na večini odsekov naveden s premerom 5 cm, saj večji del plinovoda poteka ob fasadi, in lokalno plinsko podjetje zahteva, da premer ne sme biti manjši.

Če se tudi na hitro seznanimo s podanim primerom izvedbe hidravličnega izračuna, zlahka opazimo, da je poleg vnesenih vrednosti s strani človeka prisotno še veliko drugih. Vse to je rezultat delovanja programa, saj je po vnosu številk v določene stolpce, označene z rumeno, za človeka delo z izračunom končano.

Se pravi, sam izračun poteka precej hitro, nato pa se lahko z dobljenimi podatki odpravite na odobritev k plinskemu podjetju svojega mesta.

Zaključki in koristen video na to temo

Ta videoposnetek omogoča razumevanje, kje se začne hidravlični izračun, od kod projektanti pridobijo potrebne podatke:

V naslednjem videoposnetku je prikazan primer ene od vrst računalniškega izračuna:

V nadaljevanju si lahko ogledate primer izračuna z uporabo računalniškega programa:

Za izvedbo hidravličnega izračuna s pomočjo računalnika, kot to omogoča strokovni pravilnik, je dovolj, da porabite nekaj časa za seznanitev s programom in zbiranje potrebnih podatkov.

Vendar vse to nima praktičnega pomena, saj je priprava projekta veliko obsežnejši postopek in vključuje številna druga vprašanja. Zaradi tega se bo večina državljanov morala obrniti na strokovnjake.

Imate vprašanja, ste našli pomanjkljivosti ali lahko dopolnite naše gradivo z dragocenimi informacijami? Pustite svoje komentarje, postavljajte vprašanja, delite izkušnje v spodnjem bloku.