ODHADOVANÁ SPOTŘEBA PLYNU, HYDRAULICKÝ VÝPOČET PLYNOVODŮ.

Tryskový kanál je zařízení pro zvýšení kinetické energie proudění. V tryskových kanálech jsou průtoky plynu nebo kapaliny vysoké a délka kanálu je malá. V takových zařízeních prakticky nedochází k výměně tepla s okolím a proces proudění je považován za adiabatický (q=0). V tryskových kanálech se neprovádí žádná technická práce._Т=0. První termodynamický zákon pro vratný adiabatický proces výtoku látky v kanálu trysky bude mít tvar

Ve výrazu 4.1 bude index o označovat parametry a rychlost na vstupu do trysky a index 1 bude označovat rychlost na výstupu z trysky (obr. 4.1).

Pro zjednodušení analýzy procesu proudění tryskovým kanálem budeme jako pracovní kapalinu nejprve volit ideální plyn s konstantní tepelnou kapacitou._Р, s_V a Poissonův poměr k.

Z výrazu 4.1 můžeme získat výpočetní vzorec pro rychlost na výstupu z trysky:

Když ideální plyn proudí tryskou, jeho skupenství se adiabaticky mění s indexem k=const, tj.

práce změny tlaku v proudu s konstantními počátečními parametry plynu (P_О, v_О) odpovídá rovnici:

a rychlost proudění na výstupu z trysky se vypočítá pomocí vzorce

Pro zjednodušení analýzy procesu proudění plynu tryskou budeme uvažovat vstupní rychlost rovnou nule (c_О=0). Počáteční parametry plynu na vstupu do trysky budeme považovat za konstantní. Vezmeme libovolný úsek kanálu trysky a analyzujeme proces výtoku, když se tlak v tomto úseku změní z P=P_О na P=0. Podle výrazu 4.4 bude průtok v tomto kanálu vypočítán pomocí vzorce

Hodnota ceny/peníze_О, označíme to jako e = P/P_О a nazveme ji stupněm změny tlaku. Tato veličina je určující ve výrazu 4.5, protože všechny ostatní veličiny jsou konstantní. Pro další analýzu použijeme rovnici kontinuity proudění ve tvaru

Hodnota G/f je specifický hmotnostní průtok plynu za sekundu jednotkou plochy průřezu trysky. Tato hodnota nám umožňuje analyzovat proces proudění plynu tryskou. Vyjádření specifického objemu plynu v dané části kanálu trysky z adiabatické rovnice:

a dosazením tohoto výrazu a výrazu pro rychlost (4.5) do rovnice (4.6) získáme:

Z výrazu (4.8) vyplývá, že když P=P_О a P=0, specifická spotřeba je nulová. V prvním případě (P=P_О) práce změny tlaku v proudu a rychlosti jsou rovny nule, proto nedochází k odtoku a průtok je nulový; ve druhém případě (P=0) je měrný objem plynu nekonečně velký (odtok do vakua) a rychlost odtoku má konečnou maximální hodnotu odpovídající výrazu:

Rovnice (4.8) vyjadřuje funkční vztah mezi měrnou spotřebou plynu a poměrem P/P_О, což je označeno e. Znázorněme závislost G/f = F(e) graficky na obr. 4.2.

Tato funkce je spojitá a kladná na intervalu 0 (ee = 0 a e = 1) je rovna nule, proto má na tomto intervalu maximum.

Hodnota argumentu e v maximu této funkce se nazývá kritický tlakový poměr – e _KRJe definována jako první derivace funkce (4.8), rovná nule. V důsledku takové derivace získáme:

Hodnota e _KR závisí na adiabatickém indexu, proto je pro ideální plyn s konstantní izobarickou a izochorickou tepelnou kapacitou konstantní (dvouatomový plyn k=1,4, e _KR = 0,528). Pro reálný plyn to závisí na stavových parametrech (přehřátá vodní pára k ≈ 1,3, e _KR ≈ 0,546; pro suchou nasycenou páru k ≈ 1,135, e _KR ≈ 0,577).

Dosazením e _cr do výrazu pro rychlost proudění (4.5) získáme vypočítaný výraz pro kritickou rychlost

Když tedy plyn proudí tryskou s poklesem tlaku z P_О do R_KR měrná spotřeba plynu G/f se nejprve zvýší při P_KR dosáhne maxima a s dalším poklesem tlaku klesá. V důsledku toho při konstantním hmotnostním průtoku plynu G=const po celé délce kanálu trysky plocha průřezu v rozsahu tlaků od P_О do R_KR by se měl snižovat a při tlacích pod P_KR jeho plocha průřezu se musí zvětšit.

Pro vysvětlení tohoto vzorce změny plochy průřezu kanálu provedeme matematickou analýzu rovnice kontinuity Gv = fc. Jejím derivováním v bodě G = const získáme vztah

Vydělením tohoto čísla hodnotou Gv=fc získáme závislost změny relativního objemu plynu při jeho proudění z kanálu trysky.

Z rovnice 4.12 vyjadřujeme hodnotu změny relativní plochy průřezu trysky:

Z rovnice (4.13) vyplývá, že se kanál zužuje (df/f dv/v). V případě, kdy růst relativního měrného objemu plynu převažuje nad relativním růstem jeho rychlosti (dv/v > dc/c), se kanál rozšiřuje (df/f > 0). Při P_KR Znaménko df se mění, tj. profil kanálu se mění ze zužujícího se na rozšiřující se. V nejužší části kanálu se stanoví parametry, nazývané kritické (P_KR, v_KR, T_KR, c_KR).

Pro stanovení vztahu mezi kritickou rychlostí a parametry plynu v kritickém řezu trysky vyjádříme dv/v z adiabatické rovnice Pv k = const, derivujeme ji a vydělíme konstantou Pv K, čímž získáme,

Hodnotu dc/c vyjádříme z rovnice práce změny tlaku v proudu pro vratný děj v kanálu trysky

získáme závislost změny plochy průřezu trysky na parametrech plynu a jeho rychlosti

Protože tlak při proudění kanálem trysky klesá (dР 0), kritická rychlost se stanoví v nejužší části kanálu (df = 0), která je určena výrazem:

Z fyziky je známo, že výraz (4.17) určuje rychlost šíření zvuku v plynném prostředí pro dané tepelné parametry, označené písmenem α. Během adiabatického proudění plynu teplota plynu klesá podél kanálu ve směru proudění, proto se jeho rychlost zvuku snižuje a rychlost proudění plynu se zvyšuje. V konvergující části trysky s α).

Obr. 4.3 znázorňuje grafickou závislost změny v, c, α, f během adiabatické expanze ideálního plynu v kanálu trysky při konstantních počátečních parametrech, nulové počáteční rychlosti a změně tlaku za tryskou od P=P_О na P=0.

Při počátečním tlaku P_О a měrný objem plynu v_О jeho počáteční rychlost c_О je rovna nule (jak se předpokládalo), zatímco plocha průřezu kanálu je nekonečně velká (f_О=Gv_О/0=∞). Na začátku procesu expanze v bodě P_KR Pouze za přítomnosti rozšiřující se části v kanálu trysky lze dosáhnout poklesu tlaku pod kritickou hodnotu a průtok je větší než rychlost zvuku. Při P=0 se měrný objem plynu blíží k nekonečnu (v=∞), průtok dosahuje své maximální konečné hodnoty s_MAX (viz rovnice 4.9) a plocha průřezu trysky (f=Gv/c_MAX) tíhnou k nekonečnu.

V důsledku analýzy adiabatického procesu proudění ideálního plynu lze vyvodit závěry o volbě profilu kanálu trysky:

pokud e > e _KR (R₁>R_KR) – tryska musí být konvergující, proudění plynu je podkritické (rychlost plynu na výstupu z trysky je menší než rychlost zvuku);

Pokud se tryska zužuje u stávajícího kanálu trysky:

když e > e _KR – podkritický odtok;

na ee _KR – proudění je kritické, k expanzi plynu v kanálu trysky dochází pouze do kritického tlaku (P=P_KR), další expanze plynu z P_KR až do tlaku za tryskou P₁ přesahuje výstupní část tryskového kanálu (obr. 4.4, proces 12).

Je důležité si uvědomit, že u konvergující nebo kombinované trysky, když je tlak za ní pod kritickou hodnotou ( ee _KR), v nejužší části trysky se stanoví kritické parametry a dojde k dalšímu poklesu tlaku za tryskou s konstantními počátečními parametry P_О=konst a T_О=const neovlivňuje hmotnostní průtok plynu. Za těchto podmínek je průtok plynu tryskou omezen kapacitou její nejužší části (obr. 4.4, procesy 12 a 1*2*):

Průtok plynu tryskou lze zvýšit pouze zvětšením minimálního průřezu trysky, v takovém případě kritická rychlost a měrný objem v minimálním průřezu zůstanou nezměněny, nebo zvýšením tlaku plynu před tryskou, v takovém případě může kritická rychlost zůstat stejná, pro ideální plyn:

Roční náklady na plyn pro každou kategorii spotřebitelů by měly být stanoveny na konci fakturačního období s přihlédnutím k rozvojovým perspektivám zařízení odběratelů plynu.

Délka fakturačního období se stanoví na základě plánu dlouhodobého rozvoje zařízení odběratelů plynu.

Roční spotřeba plynu pro obytné budovy, podniky spotřebitelských služeb, veřejné stravování, pekařské a cukrářské podniky a také pro zdravotnická zařízení by měla být stanovena podle norem spotřeby tepla uvedených v tabulce 2.

Spotřeba plynu pro spotřebitele neuvedené v tabulce 2 by měla být stanovena na základě spotřeby jiných druhů paliva nebo na základě skutečných údajů o spotřebě použitého paliva, s přihlédnutím k účinnosti při přechodu na plynné palivo.

Při tvorbě územních plánů měst a dalších sídel je přípustné přijmout agregované ukazatele spotřeby plynu v m3/rok na osobu s tepelným výhřevem plynu 1 MJ/m34 (3 kcal/m8000):

pokud je k dispozici centralizovaný přívod teplé vody – 100;

pro ohřev teplé vody z plynových ohřívačů vody – 250;

při absenci jakéhokoli druhu zásobování teplou vodou – 125 (165 ve venkovských oblastech).

Rozhodli jste se připojit plyn? Ale nevíte, kde začít? Začněte hovorem

1. Při použití plynu pro laboratorní potřeby škol, univerzit, odborných škol a dalších speciálních vzdělávacích institucí by měla být spotřeba tepla stanovena na 50 MJ (12 tisíc kcal) za rok na studenta.

Roční spotřeba plynu pro potřeby obchodních podniků, podniků nevýrobních spotřebitelských služeb atd. by měla být uvažována do 5 % z celkové spotřeby tepla pro bytové budovy, uvedená v tabulce 2.

Rozhodli jste se připojit plyn? Ale nevíte, kde začít? Začněte hovorem

Roční spotřeba plynu pro technologické potřeby průmyslových a zemědělských podniků by měla být stanovena na základě údajů o spotřebě paliva (s přihlédnutím ke změně účinnosti při přechodu na plynné palivo) těchto podniků s ohledem na jejich rozvoj nebo na základě technologických norem pro spotřebu paliva (tepla).

Roční spotřeba tepla na přípravu krmiva a ohřev vody pro zvířata by měla být převzata z tabulky 3.

3.7. Systém zásobování plynem měst a dalších obydlených oblastí musí být vypočítán s ohledem na maximální hodinovou spotřebu plynu.

3.8. Maximální odhadovaná hodinová spotřeba plynu Q h _d, m3/h, při 0 °C a tlaku plynu 0,1 MPa (760 mm Hg) pro domácí a průmyslové potřeby by se měl stanovit jako podíl roční spotřeby podle vzorce

kde K h _max — koeficient hodinového maxima (průtok k maximálnímu hodinovému průtoku plynu);

Q_y — roční spotřeba plynu, m3/rok.

Koeficient maximální hodinové spotřeby plynu by měl být přijat diferencovaně pro každou oblast zásobování plynem, jejíž sítě představují nezávislý systém, který není hydraulicky propojen se systémy jiných oblastí.

Hodnoty koeficientů hodinové maximální spotřeby plynu pro domácnosti v závislosti na počtu obyvatel zásobovaných plynem jsou uvedeny v tabulce 4; pro koupelny, prádelny, stravovací zařízení a podniky vyrábějící chléb a cukrovinky – v tabulce 5.

3.9. Odhadovaná hodinová spotřeba plynu pro podniky různých průmyslových odvětví a podniky spotřebitelských služeb průmyslového charakteru (s výjimkou podniků uvedených v tabulce 5) by měla být stanovena na základě údajů o spotřebě paliva (s přihlédnutím ke změně účinnosti při přechodu na plynné palivo) nebo podle vzorce (1) na základě roční spotřeby plynu s přihlédnutím k maximálním hodinovým koeficientům pro dané průmyslové odvětví uvedeným v doporučeném dodatku 2.

3.10.* Pro jednotlivé bytové domy a veřejné budovy, odhadovaná hodinová spotřeba plynu Q h _d , m3/h, by měla být určena součtem jmenovité spotřeby plynu plynových spotřebičů s přihlédnutím k koeficientu simultánnosti jejich provozu podle vzorce

K_sim — koeficient simultánnosti, jehož hodnota by se měla pro obytné budovy brát v souladu s referenčním dodatkem 3;

q_nom — jmenovitá spotřeba plynu zařízení nebo skupiny zařízení, m3/h, převzatá z údajů v pasu nebo technických charakteristik zařízení;

n_i — počet identických zařízení nebo skupin zařízení.

* Roční a odhadovaná hodinová spotřeba tepla pro vytápění, větrání a ohřev teplé vody by měla být stanovena v souladu s pokyny SNiP 2.04.01-85, SNiP 41-01-2003* a SNiP 41-02-2003*.

Hydraulické provozní režimy nízkotlakých, středotlakých a vysokotlakých plynovodů musí být přijaty na základě podmínek vytvoření nejúspornějšího a nejspolehlivějšího provozního systému s maximálními přípustnými ztrátami tlaku plynu, zajišťujícího stabilitu provozu rozvodného bodu plynu a regulačních jednotek plynu (GRU), jakož i provoz hořáků spotřebičů v přípustných rozsazích tlaku plynu.

* Konstrukční vnitřní průměry plynovodů musí být stanoveny hydraulickým výpočtem na základě podmínky zajištění nepřetržité dodávky plynu všem odběratelům v hodinách maximální spotřeby plynu. Hydraulický výpočet plynovodů lze provést s využitím údajů uvedených v referenční příloze 5.