Hydraulische berekening van de gasleiding: methoden en berekeningswijzen + rekenvoorbeeld

Voor een veilige en storingsvrije werking van de gasvoorziening moet deze worden ontworpen en berekend. Het is belangrijk om de leidingen voor alle druktypen van de hoofdleidingen feilloos te kiezen, zodat een stabiele gastoevoer naar de apparaten wordt gegarandeerd.

Om de selectie van leidingen, armaturen en apparatuur zo nauwkeurig mogelijk te maken, wordt een hydraulische berekening van de pijpleiding uitgevoerd. Hoe doet u dat? Geef toe, u bent niet erg thuis in dit onderwerp, laten we het samen uitzoeken.

Wij bieden u aan om kennis te nemen van zorgvuldig geselecteerde en grondig verwerkte informatie over de mogelijkheden voor het uitvoeren van hydraulische berekeningen voor gasleidingsystemen. Het gebruik van de door ons verstrekte gegevens zorgt voor de toevoer van blauwe brandstof naar de apparaten met de vereiste drukparameters. De zorgvuldig gecontroleerde gegevens zijn gebaseerd op de regelgeving van normatieve documenten.

In het artikel wordt uiterst gedetailleerd ingegaan op de principes en schema's voor het uitvoeren van berekeningen. Er wordt een voorbeeld van het uitvoeren van berekeningen gegeven. Als nuttige informatieve aanvulling zijn grafische toepassingen en video-instructies gebruikt.

Specificaties van de hydraulische berekening

Elke uitgevoerde hydraulische berekening is het bepalen van de parameters van de toekomstige gasleiding. Deze procedure is verplicht en tevens een van de belangrijkste fasen van de voorbereiding op de bouw. Van de juistheid van de berekening hangt af of de gasleiding in optimale modus zal functioneren.

Bij het uitvoeren van elke hydraulische berekening wordt het volgende bepaald:

• van de benodigde buisdiameter, die een efficiënt en stabiel transport van de benodigde hoeveelheid gas garanderen;
• of de drukverliezen bij het verplaatsen van het benodigde volume blauwe brandstof in leidingen van een bepaalde diameter aanvaardbaar zullen zijn.

Drukverliezen ontstaan doordat er in elke gasleiding hydraulische weerstand is. Bij een onjuiste berekening kan het ertoe leiden dat afnemers niet genoeg gas hebben voor normaal gebruik in alle bedrijfsmodi of tijdens momenten van maximale consumptie.

Deze tabel is het resultaat van de hydraulische berekening, uitgevoerd met inachtneming van de gegeven waarden. Voor het uitvoeren van de berekeningen dienen specifieke waarden in de kolommen te worden ingevuld.

Een dergelijke bewerking is een door de staat gestandaardiseerde procedure, die wordt uitgevoerd volgens de formules en vereisten zoals uiteengezet in SP 42-101–2003.

De berekeningen moeten worden uitgevoerd door de ontwikkelaar. Als basis worden de gegevens van de technische specificaties van de gasleiding gebruikt, die u bij uw gorgaz kunt verkrijgen.

Gasleidingen die berekeningen vereisen

De staat vereist dat hydraulische berekeningen worden uitgevoerd voor alle soorten gasleidingen die tot het gasvoorzieningssysteem behoren. Omdat de processen die plaatsvinden bij het transport van gas altijd hetzelfde zijn.

Tot de genoemde gasleidingen behoren de volgende typen:

• lage druk;
• middel- en hoge druk.

De eerste zijn bedoeld voor het transport van brandstof naar woongebouwen, allerlei openbare gebouwen en huishoudelijke bedrijven. In particuliere woningen, appartementengebouwen en cottages mag de gasdruk niet hoger zijn dan 3 kPa, bij huishoudelijke bedrijven (niet-productie) is deze waarde hoger en bedraagt 5 kPa.

Het tweede type leidingen is bedoeld voor de voeding van netten, van allerlei soorten, lage en middendruk, via gasregelstations, en ook voor het aanvoeren van gas naar individuele verbruikers.

Dit kunnen industriële, agrarische, diverse nutsbedrijven zijn en zelfs vrijstaande of aan industriële gebouwen aangebouwde gebouwen. Maar in de laatste twee gevallen zullen er aanzienlijke drukbeperkingen zijn.

De hierboven genoemde soorten gasleidingen worden door specialisten globaal in de volgende categorieën verdeeld:

• binnenhuis, binnenwerkplaats, dat wil zeggen die de blauwe brandstof binnen een gebouw transporteren en naar afzonderlijke eenheden en apparaten leveren;
• abonnee-aftakkingen, die worden gebruikt voor de levering van gas van een distributienet naar alle aanwezige verbruikers;
• distributie, die worden gebruikt voor de gasvoorziening van bepaalde gebieden, bijvoorbeeld steden, hun afzonderlijke wijken, industriële bedrijven. Hun configuratie varieert en hangt af van de planningskenmerken. De druk in het net kan elke voorziene zijn — laag, midden, hoog.

Bovendien wordt de hydraulische berekening uitgevoerd voor gasnetten met een verschillend aantal druktrappen, waarvan er vele varianten zijn.

Zo kunnen voor het voldoen aan de behoeften tweetrapsnetten worden gebruikt, die werken met gas dat wordt getransporteerd bij lage en hoge druk of lage en middendruk. Ook hebben drietraps- en verschillende meertrapsnetten toepassing gevonden. Dat wil zeggen dat alles alleen afhangt van de aanwezigheid van verbruikers.

Hydraulische weerstand is de voornaamste reden waarom dit type berekening moet worden uitgevoerd. Bovendien hangt het ook af van het materiaal van de buis.

Ondanks de grote verscheidenheid aan soorten gasleidingen is de hydraulische berekening in alle gevallen vergelijkbaar. Omdat er voor de fabricage gebruik wordt gemaakt van constructie-elementen van soortgelijke materialen, en er in de leidingen dezelfde processen plaatsvinden.

Hydraulische weerstand en zijn rol

Zoals hierboven vermeld, is de basis voor het uitvoeren van de berekening de aanwezigheid van hydraulische weerstand in elke gasleiding.

Het werkt op de gehele constructie van de pijpleiding, alsook op afzonderlijke delen, componenten — T-stukken, plaatsen waar de buisdiameter aanzienlijk afneemt, afsluiters, diverse kleppen. Dit leidt tot drukverlies van het getransporteerde gas.

Hydraulische weerstand is altijd de som van:

• lineaire weerstand, dat wil zeggen werkend over de gehele lengte van de constructie;
• lokale weerstanden, die optreden bij elk samenstellend onderdeel van de constructie waar de transportsnelheid van het gas verandert.

De genoemde parameters hebben voortdurend en aanzienlijk invloed op de werkprestaties van elke gasleiding. Daarom zullen bij een onjuiste berekening extra en aanzienlijke financiële verliezen optreden doordat het project moet worden herzien.

Regels voor het uitvoeren van de berekening

Hierboven werd aangegeven dat de procedure van elke hydraulische berekening wordt geregeld door de desbetreffende Regelset met nummer 42-101–2003.

Het document geeft aan dat de belangrijkste manier om de berekening uit te voeren het gebruik is van een computer met speciale programma's waarmee het geplande drukverlies tussen de secties van de toekomstige gasleiding of de benodigde buisdiameter kan worden berekend.

Elke hydraulische berekening wordt uitgevoerd na het maken van een berekeningsschema dat de belangrijkste parameters bevat. Bovendien voert de gebruiker bekende gegevens in de betreffende velden in.

Als dergelijke programma's niet beschikbaar zijn of iemand van mening is dat het gebruik ervan niet zinvol is, kunnen andere, door de Regelset toegestane methoden worden toegepast.

Deze omvatten:

• berekening met behulp van de formules in de Regelset — dit is de meest complexe berekeningsmethode;
• berekening met behulp van zogenaamde nomogrammen — dit is een eenvoudigere optie dan het gebruik van formules, omdat er geen berekeningen hoeven te worden uitgevoerd, aangezien de benodigde gegevens in een speciale tabel in de Regelset staan en eenvoudig kunnen worden gekozen.

Elk van de berekeningsmethoden leidt tot dezelfde resultaten. En daarom zal een nieuw gebouwde gasleiding in staat zijn om tijdige, ononderbroken levering van de geplande hoeveelheid brandstof te garanderen, zelfs tijdens de uren van maximaal gebruik.

Berekening met behulp van een pc

Het uitvoeren van de berekening met behulp van een computer is het minst arbeidsintensief — alles wat iemand hoeft te doen, is de benodigde gegevens in de betreffende velden in te vullen.

Daarom wordt de hydraulische berekening in enkele minuten uitgevoerd, en voor deze handeling is geen grote kennisvoorraad nodig, die wel vereist is bij het gebruik van formules.

Voor de correcte uitvoering ervan dient u de volgende gegevens uit de technische voorwaarden te halen:

• dichtheid van het gas;
• coëfficiënt van kinetische viscositeit;
• temperatuur van het gas in uw regio.

De benodigde technische voorwaarden worden verkregen bij het stadsgasbedrijf van de plaats waar de gasleiding zal worden aangelegd. Eigenlijk begint het ontwerp van elke pijpleiding met het verkrijgen van dit document, omdat daarin alle essentiële eisen voor de constructie ervan zijn opgenomen.

Het gebruik van speciale programma's is de eenvoudigste manier voor een hydraulische berekening, waarbij het zoeken en bestuderen van formules voor het uitvoeren van berekeningen wordt vermeden.

Vervolgens dient de bouwheer het gasverbruik te weten voor elk apparaat dat op de gasleiding wordt aangesloten. Bijvoorbeeld, als de brandstof naar een particulier huis wordt getransporteerd, worden daar meestal kookplaten en diverse verwarmingsketels gebruikt, en in hun paspoorten staan altijd de benodigde cijfers.

Bovendien is het nodig om het aantal branders van elk fornuis te weten dat op de leiding wordt aangesloten.

In de volgende fase van het verzamelen van benodigde gegevens wordt informatie geselecteerd over de drukval op plaatsen waar apparatuur wordt geïnstalleerd — dit kan een meter, een afsluitklep, een thermische afsluitklep, een filter, of andere elementen zijn.

In dit geval zijn de benodigde cijfers eenvoudig te vinden — ze staan in een speciale tabel bij het paspoort van elk product. De ontwerper dient erop te letten dat de drukval bij maximaal gasverbruik moet worden vermeld.

Uit de speciale tabel bij het paspoort van de producten kunt u informatie verkrijgen over het drukverlies bij het aansluiten van apparaten op het netwerk.

In de volgende fase wordt aangeraden om te weten wat de druk van het gas zal zijn op het aansluitpunt. Deze informatie kan worden verkregen uit de technische voorwaarden van uw stadsgasbedrijf of een eerder opgesteld schema van de toekomstige gasleiding.

Als het netwerk uit meerdere secties bestaat, moeten deze worden genummerd en de werkelijke lengte worden aangegeven. Bovendien moeten voor elke sectie alle variabele parameters afzonderlijk worden genoteerd — dit zijn het totale verbruik van elk apparaat dat wordt gebruikt, de drukval, en andere waarden.

Absoluut noodzakelijk is de gelijktijdigheidsfactor. Deze houdt rekening met de mogelijkheid van gelijktijdig gebruik van alle gasverbruikers die op het netwerk zijn aangesloten. Bijvoorbeeld alle verwarmingsapparatuur in een appartementencomplex of een particulier huis.

Deze gegevens worden door het programma dat de hydraulische berekening uitvoert, gebruikt om de maximale belasting op een bepaalde sectie of in de gehele gasleiding te bepalen.

Voor elke afzonderlijke woning of huis hoeft deze coëfficiënt niet te worden berekend, omdat de waarden ervan bekend zijn en vermeld staan in de onderstaande tabel:

Tabel met gelijktijdigheidscoëfficiënten, waarvan de gegevens bij elk type berekening worden gebruikt. Het volstaat om de kolom te kiezen die overeenkomt met het specifieke huishoudelijke apparaat en het benodigde cijfer te nemen.

Als op een bepaalde locatie meer dan twee verwarmingsketels, ovens of boilers worden gebruikt, dan is de gelijktijdigheidsfactor altijd 0,85. Dit dient u in de desbetreffende kolom van het programma voor de berekening in te vullen.

Vervolgens moet u de buisdiameter specificeren, en ook de ruwheidscoëfficiënten, die bij de aanleg van de pijpleiding worden gebruikt. Deze waarden zijn standaard en eenvoudig te vinden in het Reglement.

Invloed van het leidingmateriaal op de berekening

Voor de aanleg van gasleidingen mogen alleen buizen van bepaalde materialen worden gebruikt: staal, polyethyleen. In sommige gevallen worden koperen producten toegepast. Binnenkort zullen metaal-plastic constructies op grote schaal worden gebruikt.

Elke buis heeft ruwheid, wat leidt tot lineaire weerstand die het gasverplaatsingsproces beïnvloedt. Bovendien is deze factor bij stalen producten aanzienlijk hoger dan bij kunststof producten.

Tegenwoordig kunnen de benodigde gegevens alleen voor stalen en polyethyleen buizen worden verkregen. Daarom kunnen ontwerp en hydraulische berekening alleen worden uitgevoerd rekening houdend met hun eigenschappen, zoals vereist door het relevante Regelgevend Document. Ook bevat het document de voor de berekening benodigde gegevens.

De ruwheidscoëfficiënt wordt altijd gelijkgesteld aan de volgende waarden:

• voor alle polyethyleen buizen, ongeacht of ze nieuw zijn of niet, — 0,007 cm;
• voor reeds gebruikte stalen producten — 0,1 cm;
• voor nieuwe stalen constructies — 0,01 cm.

Voor andere soorten buizen wordt deze factor niet vermeld in het Regelgevend Document. Daarom is het niet aan te raden deze te gebruiken voor de aanleg van een nieuwe gasleiding, omdat specialisten van het gasbedrijf correcties kunnen eisen. Dat leidt dan weer tot extra kosten.

Berekening van de doorstroming op een beperkt traject

Als de gasleiding uit afzonderlijke trajecten bestaat, moet de berekening van het totale debiet voor elk daarvan afzonderlijk worden uitgevoerd. Maar dat is niet moeilijk, omdat voor de berekening reeds bekende cijfers nodig zijn.

Bepaling van gegevens met behulp van een programma

Als u de initiële parameters kent en toegang heeft tot de gelijktijdigheidstabel en de technische specificaties van de kookplaten en ketels, kunt u met de berekening beginnen.

Hiervoor worden de volgende stappen uitgevoerd (voorbeeld gegeven voor een binnenshuis gasleiding met lage druk):

1. Het aantal ketels wordt vermenigvuldigd met de capaciteit van elk.
2. De verkregen waarde wordt vermenigvuldigd met de met behulp van een speciale tabel bepaalde gelijktijdigheidscoëfficiënt voor dit type verbruikers.
3. Het aantal kookplaten wordt vermenigvuldigd met de capaciteit van elke plaat.
4. De waarde die na de vorige bewerking wordt verkregen, wordt vermenigvuldigd met de gelijktijdigheidsfactor uit een speciale tabel.
5. De verkregen totalen voor ketels en kookplaten worden opgeteld.

Dergelijke handelingen worden voor alle gedeelten van de gasleiding uitgevoerd. De verkregen gegevens worden ingevoerd in de desbetreffende velden van het programma waarmee de berekeningen worden uitgevoerd. Al het overige doet de elektronica zelf.

Berekening met behulp van formules

Dit type hydraulische berekening lijkt op de hierboven beschreven methode; er zijn dezelfde gegevens nodig, maar de procedure zal langer duren. Omdat alles handmatig moet worden uitgevoerd, moet de ontwerper bovendien een reeks tussentijdse bewerkingen uitvoeren om de verkregen waarden te gebruiken voor de definitieve berekening.

Daarnaast zal er veel tijd moeten worden besteed aan het begrijpen van vele concepten en kwesties die men niet tegenkomt bij het gebruik van een speciaal programma. U kunt de juistheid van het bovenstaande bevestigen door kennis te nemen van de formules die moeten worden gebruikt.

Berekening met formules is complex en daarom niet voor iedereen toegankelijk. Op de afbeelding staan formules voor het berekenen van de drukval in een hogedruk-, middendruk- en lagedrukleidingnetwerk en de hydraulische wrijvingscoëfficiënt.

Bij het toepassen van formules, net als bij hydraulische berekening met een speciaal programma, zijn er bijzonderheden voor gasleidingen met lage, middendruk en natuurlijk hoge druk. En dat moet u onthouden, want een fout leidt altijd tot aanzienlijke financiële kosten.

Berekeningen met behulp van nomogrammen

Een specifiek nomogram is een tabel waarin een reeks waarden wordt weergegeven; door deze te bestuderen kunt u de gewenste indicatoren verkrijgen zonder berekeningen uit te voeren. In het geval van hydraulische berekeningen betreft het de buisdiameter en de wanddikte.

Nomogrammen voor berekening zijn een eenvoudige manier om de benodigde informatie te verkrijgen. U hoeft alleen maar de regels te raadplegen die overeenkomen met de gegeven netwerkkenmerken.

Er zijn aparte nomogrammen voor polyethyleen en stalen producten. Bij de berekening ervan zijn standaardgegevens gebruikt, zoals de ruwheid van de binnenwanden. U hoeft zich dus geen zorgen te maken over de juistheid van de informatie.

Voorbeeld van het uitvoeren van een berekening

Er wordt een voorbeeld gegeven van een hydraulische berekening met behulp van een programma voor lagedrukgasleidingen. In de weergegeven tabel zijn alle gegevens die de ontwerper zelf moet invoeren, geel gemarkeerd.

Ze worden vermeld in de paragraaf over de computerhydraulische berekening hierboven. Dit zijn de gastemperatuur, de kinematische viscositeitscoëfficiënt en de dichtheid.

In dit geval wordt de berekening uitgevoerd voor ketels en fornuizen, daarom moet het exacte aantal branders worden vermeld, dat 2 of 4 kan zijn. Nauwkeurigheid is belangrijk, omdat het programma automatisch de gelijktijdigheidsfactor kiest.

Op de afbeelding zijn de kolommen geel gemarkeerd waarin de ontwerper zelf de waarden moet invoeren. Onderin staat de formule voor het berekenen van het debiet per sectie.

Let op de nummering van de secties: deze wordt niet zelf bedacht, maar overgenomen uit een eerder opgesteld schema waarin dezelfde cijfers staan.

Vervolgens wordt de werkelijke lengte van de gasleiding en de zogenaamde berekende lengte, die langer is, vermeld. Dit komt doordat op alle secties waar plaatselijke weerstand is, de lengte met 5-10% moet worden verlengd. Dit wordt gedaan om onvoldoende gasdruk bij de verbruikers te voorkomen. Het programma voert de berekening zelfstandig uit.

Het totale debiet in kubieke meters, waarvoor een aparte kolom is voorzien, wordt voor elke sectie vooraf berekend. Als het een appartementengebouw is, moet het aantal woningen worden aangegeven, te beginnen met de maximale waarde, zoals te zien is in de betreffende kolom.

Verplicht worden alle elementen van de gasleiding in de tabel opgenomen waarbij drukverlies optreedt. In het voorbeeld worden een thermische afsluitklep, een afsluitklep en een meter vermeld. Het drukverlies is in elk geval uit het productpaspoort gehaald.

Met één programma kunnen berekeningen worden gemaakt voor alle soorten gasleidingen. Op de afbeelding zien we berekeningen voor een middendruknetwerk.

De binnendiameter van de buis wordt aangegeven volgens de technische specificatie, als het stadsgasbedrijf bepaalde eisen heeft, of uit een eerder opgesteld schema. In dit geval is deze bij de meeste secties vastgesteld op 5 cm, aangezien het grootste deel van de gasleiding langs de gevel loopt en het plaatselijke gasbedrijf eist dat de diameter niet kleiner is.

Als u zelfs oppervlakkig het gegeven voorbeeld van een hydraulische berekening bekijkt, ziet u gemakkelijk dat er naast de door de mens ingevoerde waarden een groot aantal andere aanwezig zijn. Dit is allemaal het resultaat van het programma, want nadat de cijfers in de specifiek geel gemarkeerde kolommen zijn ingevoerd, is het rekenwerk voor de mens voltooid.

Dat wil zeggen, de berekening zelf gebeurt vrij snel, waarna u met de verkregen gegevens naar het stadsgasbedrijf van uw stad kunt gaan voor goedkeuring.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Deze video geeft inzicht in waar de hydraulische berekening begint en waar ontwerpers de benodigde gegevens vandaan halen:

In de volgende video wordt een voorbeeld gegeven van een van de soorten computerberekeningen:

Vervolgens kunt u een voorbeeld bekijken van een berekening met behulp van een computerprogramma:

Om een hydraulische berekening met de computer uit te voeren, zoals de relevante regelgeving dat toestaat, is het voldoende om wat tijd te besteden aan het leren kennen van het programma en het verzamelen van de benodigde gegevens.

Maar praktische betekenis heeft dit allemaal niet, aangezien het opstellen van een project een veel omvangrijkere procedure is en veel andere vraagstukken omvat. Daarom zullen de meeste burgers een beroep moeten doen op specialisten voor hulp.

Heeft u vragen, heeft u tekortkomingen gevonden of kunt u ons materiaal aanvullen met waardevolle informatie? Laat uw reacties achter, stel vragen, deel uw ervaring in het onderstaande blok.