Hydraulický výpočet plynovodu: metody a způsoby výpočtu + příklad výpočtu

Pro bezpečný a spolehlivý provoz plynárenství je třeba jej navrhnout a vypočítat. Důležité je bezchybně vybrat trubky pro potrubí všech tlakových typů, které zajišťují stabilní dodávku plynu k přístrojům.

Aby byl výběr trubek, armatur a zařízení co nejpřesnější, provádí se hydraulický výpočet potrubí. Jak to udělat? Přiznejte se, Vy v této věci nejste příliš zběhlí, pojďme to rozebrat.

Nabízíme Vám seznámit se s pečlivě vybranými a důkladně zpracovanými informacemi o variantách provádění hydraulického výpočtu pro plynovodní systémy. Použití námi předložených dat zajistí přívod modrého paliva do přístrojů s požadovanými parametry tlaku. Důkladně ověřená data se opírají o předpisy normativní dokumentace.

V článku je velmi podrobně popsáno o principech a schématech provádění výpočtů. Je uveden příklad provedení výpočtů. Jako užitečný informativní doplněk jsou použity grafické aplikace a video návody.

Specifika hydraulického výpočtu

Každý prováděný hydraulický výpočet představuje určení parametrů budoucího plynovodu. Tento postup je povinný a také jeden z nejdůležitějších kroků přípravy na stavbu. Na správnosti výpočtu závisí, zda bude plynovod fungovat v optimálním režimu.

Při provádění každého hydraulického výpočtu se určuje:

• potřebného průměru trubek, které zajistí efektivní a stabilní dopravu potřebného množství plynu;
• zda budou přijatelné ztráty tlaku při pohybu požadovaného objemu modrého paliva v trubkách daného průměru.

Ztráty tlaku vznikají proto, že v každém plynovodu existuje hydraulický odpor. Při nesprávném výpočtu může vést k tomu, že spotřebitelům nebude stačit plyn pro normální provoz ve všech režimech nebo v okamžicích maximální spotřeby.

Tato tabulka je výsledkem hydraulického výpočtu provedeného s ohledem na zadané hodnoty. Pro provedení výpočtů bude nutné zadat konkrétní ukazatele do sloupců.

Tato operace představuje státem standardizovaný postup, který se provádí podle vzorců a požadavků uvedených v SP 42-101–2003.

Výpočty musí provádět stavebník. Za základ se berou údaje z technických podmínek potrubí, které lze získat u svého městského plynárenského podniku.

Plynovody vyžadující provádění výpočtů

Stát vyžaduje, aby hydraulické výpočty byly prováděny pro všechny typy potrubí patřících do plynárenské soustavy. Protože procesy probíhající při pohybu plynu jsou vždy stejné.

K uvedeným plynovodům patří následující typy:

• nízkého tlaku;
• středního, vysokého tlaku.

První jsou určeny pro přepravu paliva do obytných objektů, rozmanitých veřejných budov, domácích podniků. Přitom v soukromých, bytových domech, chatách nesmí tlak plynu překročit 3 kPa, u domácích (neprodukčních) podniků je tato hodnota vyšší a dosahuje 5 kPa.

Druhý typ potrubí je určen pro napájení sítí, a to rozmanitých, nízkého, středního tlaku přes plynárenské regulační stanice, a také pro přívod plynu k jednotlivým odběratelům.

Mohou to být průmyslové, zemědělské, různé komunální podniky, a dokonce i samostatně stojící nebo přistavěné k průmyslovým budovám. V posledních dvou případech však budou podstatná omezení tlaku.

Výše uvedené druhy plynovodů odborníci podmíněně dělí na následující kategorie:

• vnitrodomové, vnitroprovozní, tedy dopravující modré palivo uvnitř nějaké budovy a přivádějící je k jednotlivým agregátům, spotřebičům;
• odběratelské odbočky, používané pro dodávku plynu z nějaké distribuční sítě ke všem existujícím spotřebitelům;
• distribuční, používané pro zásobování plynem určitých území, například měst, jejich jednotlivých částí, průmyslových podniků. Jejich konfigurace je různá a závisí na charakteru zástavby. Tlak v síti může být jakýkoli stanovený – nízký, střední, vysoký.

Kromě toho se hydraulický výpočet provádí pro plynárenské sítě s různým počtem tlakových stupňů, kterých je mnoho druhů.

Takže pro uspokojení potřeb lze použít dvoustupňové sítě pracující s plynem dopravovaným při nízkém, vysokém tlaku nebo nízkém, středním. Dále se používají třístupňové a různé vícestupňové sítě. To znamená, že vše závisí jen na existenci spotřebitelů.

Hydraulický odpor je hlavním důvodem, proč je nutné provádět tento typ výpočtu. Navíc závisí i na materiálu trubky.

Navzdory velké rozmanitosti variant plynovodů je hydraulický výpočet v každém případě podobný. Protože se pro výrobu používají konstrukční prvky z podobných materiálů a uvnitř trubek probíhají stejné procesy.

Hydraulický odpor a jeho role

Jak bylo uvedeno výše, základem pro provedení výpočtu je přítomnost hydraulického odporu v každém plynovodu.

Působí na celou konstrukci potrubí, stejně jako na její jednotlivé části, uzly – odbočky, místa výrazného zmenšení průměru trubek, uzavírací armatury, různé ventily. To vede ke ztrátě tlaku přepravovaného plynu.

Hydraulický odpor vždy představuje součet:

• lineárního odporu, tedy působícího po celé délce konstrukce;
• místních odporů, působících u každé dílčí části konstrukce, kde dochází ke změně rychlosti přepravy plynu.

Uvedené parametry neustále a výrazně ovlivňují provozní charakteristiky každého plynovodu. Proto v důsledku nesprávného výpočtu dojde k dalším a značným finančním ztrátám kvůli tomu, že projekt bude nutné předělat.

Pravidla provádění výpočtu

Výše bylo uvedeno, že postup jakéhokoli hydraulického výpočtu upravuje profilový Soubor pravidel č. 42-101–2003.

Dokument uvádí, že hlavním způsobem provádění výpočtu je použití počítače se speciálními programy, které umožňují vypočítat plánovanou ztrátu tlaku mezi úseky budoucího plynovodu nebo potřebný průměr trubek.

Jakýkoli hydraulický výpočet se provádí po vytvoření výpočtového schématu, které zahrnuje základní ukazatele. Kromě toho uživatel do příslušných polí zadává známé údaje.

Pokud takové programy neexistují nebo se člověk domnívá, že jejich použití není účelné, lze použít jiné metody povolené Souborem pravidel.

K nimž patří:

• výpočet podle vzorců uvedených v SP - to je nejsložitější způsob výpočtu;
• výpočet pomocí tzv. nomogramů - to je jednodušší varianta než použití vzorců, protože není třeba provádět žádné výpočty, protože potřebné údaje jsou uvedeny ve speciální tabulce a jsou uvedeny v Souboru pravidel, a stačí je jen vybrat.

Kterýkoli z těchto metod výpočtu vede ke stejným výsledkům. A proto bude nově postavený plynovod schopen zajistit včasnou a nepřetržitou dodávku plánovaného množství paliva i v hodinách jeho maximálního využití.

Varianta výpočtů pomocí PC

Provedení výpočtu pomocí počítače je nejméně náročné – vše, co se od člověka vyžaduje, je vložit do příslušných polí potřebné údaje.

Proto je hydraulický výpočet hotový za několik minut, přičemž pro tuto operaci není potřeba velká zásoba znalostí, která je nezbytná při použití vzorců.

Pro jeho správné provedení je nutné převzít z technických podmínek následující údaje:

• hustota plynu;
• součinitel kinematické viskozity;
• teplotu plynu ve vašem regionu.

Potřebné technické podmínky se získávají v plynárenském podniku obce, ve které se bude plynovod stavět. Vlastně získáním tohoto dokumentu začíná projektování jakéhokoli potrubí, protože jsou v něm obsaženy všechny základní požadavky na jeho konstrukci.

Použití speciálních programů je nejjednodušší způsob hydraulického výpočtu, který odstraňuje nutnost hledat a studovat vzorce pro provádění výpočtů.

Dále musí stavebník zjistit spotřebu plynu pro každé zařízení, které plánuje připojit k plynovodu. Například pokud bude palivo dopravováno do rodinného domu, pak se tam nejčastěji používají sporáky na vaření a všemožné topné kotle, a v jejich technických listech jsou vždy uvedeny potřebné údaje.

Kromě toho bude potřeba znát počet hořáků u každého sporáku, který bude připojen k potrubí.

V další fázi shromažďování potřebných údajů se vybírají informace o poklesu tlaku v místech instalace jakéhokoli zařízení – může to být měřidlo, uzavírací ventil, tepelný uzavírací ventil, filtr a další prvky.

V tomto případě lze potřebné údaje snadno najít – jsou obsaženy ve speciální tabulce přiložené k technickému listu každého výrobku. Projektant by měl věnovat pozornost tomu, že musí být uveden pokles tlaku při maximální spotřebě plynu.

Ze speciální tabulky přiložené k technickému listu výrobků lze zjistit informace o ztrátě tlaku při připojení zařízení k síti.

V další fázi se doporučuje zjistit, jaký bude tlak modrého paliva v místě napojení. Takové informace mohou obsahovat technické podmínky vašeho plynárenského podniku nebo dříve sestavené schéma budoucího plynovodu.

Pokud bude síť sestávat z několika úseků, je třeba je očíslovat a uvést skutečnou délku. Kromě toho je třeba pro každý úsek samostatně zapsat všechny proměnné parametry – celkovou spotřebu každého zařízení, které bude používáno, pokles tlaku a další hodnoty.

Bezpodmínečně bude potřeba součinitel současnosti. Zohledňuje možnost současného provozu všech odběratelů plynu připojených k síti. Například veškerého topného zařízení umístěného v bytovém nebo rodinném domě.

Tyto údaje jsou používány programem provádějícím hydraulický výpočet k určení maximálního zatížení na některém úseku nebo v celém plynovodu.

Pro každý jednotlivý byt nebo dům není nutné tento součinitel vypočítávat, protože jeho hodnoty jsou známé a uvedené v tabulce níže:

Tabulka s koeficienty současnosti, jejíž údaje se používají při jakémkoli typu výpočtů. Stačí vybrat sloupec odpovídající konkrétnímu domácímu spotřebiči a vzít potřebné číslo.

Pokud se na nějakém objektu plánuje použít více než dva topné kotle, pece, zásobníkové ohřívače vody, pak bude koeficient současnosti vždy roven 0,85. To je třeba uvést v odpovídajícím sloupci používaném pro výpočet v programu.

Dále je třeba uvést průměr trubek a také budou potřeba koeficienty jejich drsnosti, které se budou používat při stavbě potrubí. Tyto hodnoty jsou standardní a lze je snadno najít v Souboru pravidel.

Vliv materiálu trubek na výpočet

Pro stavbu plynovodů je možné použít trubky vyrobené pouze z určitých materiálů: oceli, polyethylenu. V některých případech se používají výrobky z mědi. Brzy budou masově používány kovoplastové konstrukce.

Každá trubka má drsnost, což vede k lineárnímu odporu, který ovlivňuje proces pohybu plynu. Navíc je tento ukazatel u ocelových výrobků výrazně vyšší než u plastových.

Dnes lze potřebné údaje získat pouze pro ocelové a polyethylenové trubky. V důsledku toho lze projektování a hydraulický výpočet provádět pouze s ohledem na jejich charakteristiky, což vyžaduje příslušný Soubor pravidel. V dokumentu jsou také uvedeny údaje potřebné pro výpočet.

Koeficient drsnosti je vždy roven následujícím hodnotám:

• pro všechny polyethylenové trubky, bez ohledu na to, zda jsou nové či nikoli — 0,007 cm;
• pro již použité ocelové výrobky — 0,1 cm;
• pro nové ocelové konstrukce — 0,01 cm.

Pro jakékoli jiné typy trubek není tento ukazatel v Souboru pravidel uveden. Proto by se neměly používat pro stavbu nového plynovodu, protože specialisté z plynárenského podniku mohou požadovat úpravy. A to jsou opět dodatečné náklady.

Výpočet průtoku na omezeném úseku

Pokud se plynovod skládá z jednotlivých úseků, bude nutné provést výpočet celkového průtoku v každém z nich zvlášť. Ale není to složité, protože pro výpočty budou potřeba již známá čísla.

Určení dat pomocí programu

Se znalostí výchozích ukazatelů, s přístupem k tabulce současnosti a k technickým listům sporáků a kotlů, lze přistoupit k výpočtu.

K tomu se provádějí následující kroky (příklad je uveden pro vnitřní plynovod nízkého tlaku):

1. Počet kotlů se vynásobí výkonem každého z nich.
2. Získaná hodnota se vynásobí koeficientem současnosti pro tento typ spotřebitelů, který byl upřesněn pomocí speciální tabulky.
3. Počet varných desek určených k přípravě jídla se násobí výkonem každé z nich.
4. Hodnota získaná po předchozí operaci se násobí součinitelem současnosti, převzatým ze speciální tabulky.
5. Získané součty pro kotle a vařiče se sečtou.

Podobné manipulace se provádějí pro všechna úseky plynovodu. Získaná data se zadávají do příslušných polí programu, pomocí kterého se provádějí výpočty. Vše ostatní udělá elektronika sama.

Výpočet s použitím vzorců

Tento druh hydraulického výpočtu je podobný výše popsanému, to znamená, že budou vyžadována stejná data, ale postup bude zdlouhavý. Vše bude nutné provádět ručně, navíc projektant bude muset provést řadu mezilehlých operací, aby mohl použít získané hodnoty pro konečný výpočet.

Rovněž bude nutné věnovat dostatek času na pochopení mnoha pojmů a otázek, které člověk nepotkává při používání speciálního programu. O správnosti výše uvedeného se můžete přesvědčit seznámením se se vzorci, které bude třeba použít.

Výpočet pomocí vzorců je složitý, a proto není přístupný všem. Na obrázku jsou zobrazeny vzorce pro výpočet poklesu tlaku v síti vysokého, středního a nízkého tlaku a součinitel hydraulického tření.

V použití vzorců, stejně jako v případě hydraulického výpočtu s použitím speciálního programu, existují zvláštnosti pro plynovody nízkého, středního a samozřejmě vysokého tlaku. A na to je třeba pamatovat, protože chyba je vždy spojena s významnými finančními náklady.

Výpočty pomocí nomogramů

Nějaký speciální nomogram představuje tabulku, kde je uvedena řada hodnot, po jejichž prostudování lze získat potřebné ukazatele bez provádění výpočtů. V případě hydraulického výpočtu — průměr trubky a tloušťku jejích stěn.

Nomogramy pro výpočet jsou jednoduchým způsobem získání potřebných informací. Stačí se obrátit na řádky odpovídající zadaným charakteristikám sítě.

Existují samostatné nomogramy pro polyetylenové a ocelové výrobky. Při jejich výpočtu byly použity standardní údaje, například drsnost vnitřních stěn. Proto se o správnost informací nemusíte obávat.

Příklad provedení výpočtu

Je uveden příklad provedení hydraulického výpočtu pomocí programu pro plynovody nízkého tlaku. V nabízené tabulce jsou žlutou barvou zvýrazněna všechna data, která musí projektant zadat samostatně.

Jsou uvedeny v bodě o počítačovém hydraulickém výpočtu, který je uveden výše. Jedná se o teplotu plynu, součinitel kinematické viskozity, hustotu.

V tomto případě se provádí výpočet pro kotle a varné desky, proto je nutné uvést přesný počet hořáků, kterých může být 2 nebo 4. Přesnost je důležitá, protože program automaticky zvolí součinitel současnosti.

Na obrázku jsou žlutě zvýrazněny sloupce, do kterých musí projektant sám zadat údaje. Dole je uveden vzorec pro výpočet průtoku na úseku.

Je třeba věnovat pozornost číslování úseků – nevymýšlí se samostatně, ale přebírá se z dříve sestaveného schématu, kde jsou uvedena stejná čísla.

Dále se uvádí skutečná délka plynovodu a tzv. výpočtová délka, která je větší. Děje se tak proto, že na všech úsecích, kde je místní odpor, je nutné délku zvětšit o 5–10 %. To se provádí, aby se vyloučil nedostatečný tlak plynu u odběratelů. Program provádí výpočet automaticky.

Celkový průtok v krychlových metrech, pro který je určen samostatný sloupec, se na každém úseku vypočítá předem. Pokud je dům bytový, je třeba uvést počet bytů, a to od nejvyšší hodnoty, jak je vidět v příslušném sloupci.

Povinně se do tabulky uvádějí všechny prvky plynovodu, při jejichž průchodu dochází ke ztrátě tlaku. V příkladu jsou uvedeny termo-uzavírací ventil, uzavírací ventil a plynoměr. Hodnota ztráty byla v každém případě převzata z pasu výrobku.

Pomocí jednoho programu lze provádět výpočty pro všechny typy plynovodů. Na obrázku jsou výpočty pro síť středního tlaku.

Vnitřní průměr potrubí se uvádí podle technického zadání, pokud má plynárenský podnik nějaké požadavky, nebo z dříve sestaveného schématu. V tomto případě je na většině úseků předepsán v rozměru 5 cm, protože velká část plynovodu vede podél fasády a místní plynárenský podnik požaduje, aby průměr nebyl menší.

I když se jen zběžně seznámíte s uvedeným příkladem provedení hydraulického výpočtu, snadno si všimnete, že kromě člověkem zadaných hodnot je zde velké množství dalších. To je vše výsledek práce programu, protože po zadání čísel do konkrétních sloupců zvýrazněných žlutě je práce člověka na výpočtu u konce.

To znamená, že samotný výpočet probíhá poměrně rychle, načež se získanými údaji lze jít na schválení k plynárenskému podniku svého města.

Závěry a užitečné video k tématu

Toto video umožňuje pochopit, čím začíná hydraulický výpočet, odkud projektanti berou potřebné údaje:

V následujícím videu je uveden příklad jednoho z typů počítačových výpočtů:

Dále se můžete seznámit s příkladem výpočtu pomocí počítačového programu:

K provedení hydraulického výpočtu pomocí počítače, jak to umožňuje odborný soubor pravidel, stačí věnovat trochu času seznámení se s programem a shromáždění potřebných údajů.

To však nemá praktický význam, protože sestavení projektu je mnohem obsáhlejší proces a zahrnuje mnoho dalších otázek. Z tohoto důvodu se většina občanů bude muset obrátit na odborníky.

Máte otázky, našli jste nedostatky nebo můžete náš materiál doplnit cennými informacemi? Zanechte své komentáře, ptejte se, sdílejte své zkušenosti v bloku níže.