Gazownictwo
Ć ii 1
Ćwiczenia 1:
- Obliczenia sieci przesyłowych
py y
(straty ciśnienia,
maksymalny pobór gazu)
maksymalny pobór gazu)
Wprowadzenie
Równanie Bernouliego:
w1 p1 w2 p2 w2 L
p1 p2
1 2
+� +� h1 =� +� +� h2 +� l�
h h l�
2 g r� g 2 g r� g 2 g Dw
Równanie Darcy-Weisbach:
y
2
w2 r�
p1 -� p2 =� l� L
2 Dw
U! Dló ói D  W i b h
Uwaga! Dla gazów równanie Darcy ego-Weisbacha
p1 -� p2
Ł� 0,03
może być stosowane gdy spełniony jest warunek:
p1
W d bli i dkó iś i ń i h l
Wzory do obliczania spadków ciśnień w gazociągach, zalecane przez
Międzynarodową Unię Gazowniczą:
- równanie Biel-Lummerta,
- równanie Panhandle a,
równanie Panhandle a
- równanie Renouarda,
- równanie Weymoutha.
Wyznaczanie strat ciśnienia
Wyznaczanie strat ciśnienia
Gazociągi wysokiego i średniego ciśnienia
Równanie Biel-Lummerta:
1 875
Q
Qn1.875
0 05
0,05
2 2
p1 -� p2 =� 8,635 Z L
l� =�
5
0,125
Dw
Qn
Q  obliczeniowy strumień gazu w war norm m /h
Qn  obliczeniowy strumień gazu w war. norm., m3/h
Dw  średnica wewnętrzna rury, mm
L  długość rury, km
p1 ciśnienie na początku rury MPa
p1  ciśnienie na początku rury, MPa
p2  ciśnienie na końcu rury, MPa
Z  liczba gazowa zależna od gęstości względnej, -
r� r�n
d gęstość względna
d  gęs ość g ęd a
d
d =� =�
kg
r� 1,293
pow
m3
d 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00
Z 41 3 45 7 50 1 54 6 59 0 63 4 67 8 72 2 76 7 81 1 85 4 89 8 94 2
Z 41,3 45,7 50,1 54,6 59,0 63,4 67,8 72,2 76,7 81,1 85,4 89,8 94,2
Wyznaczanie strat ciśnienia
Wyznaczanie strat ciśnienia
Gazociągi wysokiego i średniego ciśnienia
Równanie Panhandle a:
Qn1.8539
0,085
2 2 0,8539
p1 -� p2 =� 13,414 z T d L l� =�
4
Re0,1461
Dw,8539
w
Re =� 104 ��107
Qn  obliczeniowy strumień gazu w war. norm., m3/h
Dw średnica wewnętrzna rury, mm
Dw  średnica wewnętrzna rury, mm
L  długość rury, km
p1  ciśnienie na początku rury, bar
p2 y,
p2  ciśnienie na końcu rury, bar
T  temperatura, K
d  gęstość względna, -
z  współczynnik ściśliwości, -
Teoria stanów odpowiadających
sobie: współczynniki ściśliwości
dwóch gazów są sobie równe gdy
zredukowane parametry stanu tych
gazów są takie same.
Dla mieszanin:
Ciśnienie
d d k
pseudozredukowane:
Temperatura
pseudozredukowana:
Ciśnienie
Ciśnienie
pseudokrytyczne:
Temperatura
pseudokrytyczna:
w Dwr�
Re =�
Liczba Reynoldsa:
m�
Di ół ik
Dynamiczny współczynnik
��m� x M T
��m� xi MiTc i
n i
m�n =�
lepkości w warunkach normalnych:
xi MiTc i
��
Dynamiczny współczynnik
lepkości w warunkach obliczeniowych (p, T):
0,0960 T1,2
(� )�
m�( p,T ) =� m�n +� 0,245��10-�9(�p -� p0)�
Gaz wysokometanowy:
T 160
T +�160
0,0911T1,2
,
9
Gaz zaazotowany:
Gaz zaazotowany:
m�( p,T ) =� m�n +� 0,234��10-�9(�p -� p0)�
( T ) 0 234 10 (� )�
T +�138
Wyznaczanie strat ciśnienia
Wyznaczanie strat ciśnienia
Gazociągi wysokiego i średniego ciśnienia
Równanie Renouarda:
Qn1.82
0,05
2 2
p1 -� p2 =� 515,15 d L l� =�
4
Re0,18
Dw,82
w
Re =� 2��104 �� 2��106
Qn  obliczeniowy strumień gazu w war. norm., m3/h
Dw średnica wewnętrzna rury, mm
Dw  średnica wewnętrzna rury, mm
L  długość rury, km
p1  ciśnienie na początku rury, MPa
p2 y,
p2  ciśnienie na końcu rury, MPa
d  gęstość względna, -
Wzory stosowane dla niskich ciśnień
Równanie Renouarda:
Qn1.82
p1 -� p2 =� 2557,076 d L
l� =� 0,21Re-�0,2
4
Dw,82
w
Qn  obliczeniowy strumień gazu w war. norm., m3/h
Dw średnica wewnętrzna rury, mm
Dw  średnica wewnętrzna rury, mm
L  długość rury, m
p1  ciśnienie na początku rury, kPa
p2 y,
p2  ciśnienie na końcu rury, kPa
d  gęstość względna, -
Wzory stosowane dla niskich ciśnień
Równanie Biel-Lummerta:
Qn1.875
p1 -� p2 =� 42,604 Z L
l� =� 0,21Re-�0,2
5
Dw
w
Qn  obliczeniowy strumień gazu w war. norm., m3/h
Dw średnica wewnętrzna rury, mm
Dw  średnica wewnętrzna rury, mm
L  długość rury, m
p1  ciśnienie na początku rury, kPa
p2 y,
p2  ciśnienie na końcu rury, kPa
Z  liczba gazowa jako funkcja gęstości względnej gazu,-
d 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00
Z 41,3 45,7 50,1 54,6 59,0 63,4 67,8 72,2 76,7 81,1 85,4 89,8 94,2
Nierównomierności czasowe
Nierównomierności czasowe
maksymalnego poboru gazu
Qr śr
Q =� n
Qh =� n
Maksymalny godzinowy pobór gazu:
Maksymalny godzinowy pobór gazu:
hr
Roczna liczba godzin użytkowania
g y
8760
8760
hr =�
(dla pokrycia szczytowego zapotrzebowania na gaz):
kr
Roczny współczynnik nierównomierności czasowej:
Roczny współczynnik nierównomierności czasowej:
k k kd k
kr =� km kd kg
km - współczynnik nierównomierności miesięcznej w cyklu rocznym,
kd - współczynnik nierównomierności dobowej w cyklu miesięcznym,
kg - współczynnik nierównomierności godzinowej w cyklu dobowym,
n - liczba odbiorców gazu.
Nierównomierności czasowe
Nierównomierności czasowe
maksymalnego poboru gazu
Współczynniki nierównomierności:
a
km =� km =� 1,25 ��1,30
, ,
- miesię j y y
ęcznej w cyklu rocznym:
m m
um / r
a  maksymalny miesięczny pobór gazu, %
100
u średni udział miesięcy w ciagu roku: u 8,33%
u m/r  średni udział miesięcy w ciagu roku: um / r =� =� 8,33%
m/r
/
12
tw -� tdsr
kd =� 1,10 ��1,15
kd =�
- dobowej w cyklu miesięcznym:
t t
tw -� tmsr
tw  średnia temperatura w pomieszczeniach mieszkalnych, �C
tmsr  średnia temperatura najzimniejszego miesiąca, �C
t średnia temperatura najzimniejszego dnia w miesiącu C
tdsr  średnia temperatura najzimniejszego dnia w miesiącu, �C
c
kg =� kg =� 1,70 ��1,80
- godzinowej w cyklu dobowym:
ug / d
c  maksymalny godzinowy pobór gazu, %
100
ug / d =� =� 4,17%
u m/r  średni udział godzin w ciągu dnia:
24
Zadanie 1.
Obliczyć spadek ciśnienia dla odcinka gazociągu jamalskiego o długości
Nierównomierności czasowe
Nierównomierności czasowe
100 km, średnicy wewnętrznej 1400 mm, ciśnieniu w przekroju wlotowym
6,3 MPa i przepustowości 32 mln m3/rok. Założyć, że gazociągiem płynie
maksymalnego poboru gazu
gaz y ję y , ,
g ziemny o składzie objętościowym 90 % metanu, 5 % etanu i 5% azotu,
a jego temperatura wynosi 10 �C.
Zadanie 2.
Wyznaczyć profil ciśnienia wzdłuż odcinka gazociągu wysokociśnieniowego
Wyznaczyć profil ciśnienia wzdłuż odcinka gazociągu wysokociśnieniowego
o długości 100 km, średnicy wewnętrznej 1000 mm, ciśnieniu wlotowym 4 MPa dla
obliczeniowych strumieni gazu 500 tyś nm3/h i 1 mln nm3/h. Założyć, że gazociągiem
płynie czysty metan o temperaturze 10 C.
płynie czysty metan o temperaturze 10 �C
Ciśnienie Temperatura
Gaz Masa molowa Gęstość Lepkość
krytyczne krytyczna
ytyc e ytyc a
- kg/kmol kg/m3 MPa K 106 Pa s
Metan 16 043 0 7158 4 599 190 6 10 43
Metan 16,043 0,7158 4,599 190,6 10,43
Etan 30,070 1,3416 4,880 305,8 8,62
Azot 28,0135 1,2498 3,390 126,2 17,15
Zadanie 3.
Obliczyć maksymalny godzinowy pobór gazu dla domku jednorodzinnego, jeżeli
3
roczne zapotrzebowanie na gaz wynosi 4000 m3. Średnie tt
t b i i 4000 Ś d i
Nierównomierności czasowe temperatury
Nierównomierności czasowe
najzimniejszego miesiąca i najzimniejszego dnia tego miesiąca wynoszą -5,5 �C
oraz -22 �C. Maksymalny miesięczny i godzinowy pobór gazu wynoszą 19% i 5,2%.
maksymalnego poboru gazu
Oszacować średnicę przyłącza o długości 25 m i maksymalnym dopuszczalnym
Oszacować średnicę przyłącza o długości 25 m i maksymalnym dopuszczalnym
spadku ciśnienia nie większym niż 3kPa.
Zadanie 4
Zadanie 4.
Obliczyć maksymalny godzinowy pobór gazu na indywidualne ogrzewanie
pomieszczeń w 95 domkach jednorodzinnych, jeżeli roczne zapotrzebowanie na gaz
wynosi 4200 m3 na każdy domek. Średnie temperatury najzimniejszego miesią i
y y py jj g ąca
najzimniejszego dnia tego miesiąca wynoszą -4,3 �C oraz -20,5 �C. Maksymalny
miesięczny i godzinowy pobór gazu odczytać z wykresów na rysunkach 3.2 i 3.5.