Calcul hydraulique du gazoduc : méthodes et modes de calcul + exemple de calcul

Pour un fonctionnement sûr et fiable de l'alimentation en gaz, celle-ci doit être conçue et calculée. Il est important de choisir parfaitement les tuyaux pour les canalisations de tous types de pression, assurant une fourniture stable de gaz aux appareils.

Pour que le choix des tuyaux, des vannes et des équipements soit le plus précis possible, on effectue un calcul hydraulique du pipeline. Comment le réaliser ? Avouez-le, vous n'êtes pas très versé dans ce sujet, examinons cela ensemble.

Nous vous proposons de prendre connaissance d'informations minutiusement sélectionnées et rigoureusement traitées sur les variantes de réalisation du calcul hydraulique pour les systèmes de gazoducs. L'utilisation des données que nous présentons garantira la fourniture de combustible bleu aux appareils avec les paramètres de pression requis. Les données soigneusement vérifiées s'appuient sur la règlementation des documents normatifs.

L'article décrit de manière extrêmement détaillée les principes et les schémas de réalisation des calculs. Un exemple d'exécution des calculs est fourni. Des annexes graphiques et des instructions vidéo sont utilisées comme complément d'information utile.

Spécificités du calcul hydraulique

Tout calcul hydraulique effectué consiste à déeterminer les paramètres du futur gazoduc. Cette procédure est obligatoire et constitue l'une des étapes les plus importantes de la préparation à la construction. La justesse du calcul déeterminera si le gazoduc fonctionnera en mode optimal.

Lors de la réalisation de chaque calcul hydraulique, on détermine :

• du diamètre des tuyaux nécessaire, qui assureront un transport efficace et stable de la quantité de gaz requise ;
• si les pertes de pression sont acceptables lors du déplacement du volume requis de combustible bleu dans des tuyaux d'un diamètre donné.

Les pertes de pression se produisent parce qu'il existe une résistance hydraulique dans tout gazoduc. Un calcul incorrect peut conduire à ce que le gaz manque aux consommateurs pour un fonctionnement normal dans tous les régimes ou aux moments de consommation maximale.

Ce tableau est le résultat d'un calcul hydraulique effectué en tenant compte des valeurs données. Pour effectuer les calculs, il faudra saisir des indicateurs spécifiques dans les colonnes.

Cette opération est une procédure standardisée par l'État, qui est réalisée selon les formules et les exigences énoncées dans SP 42-101–2003.

Les calculs doivent être effectués par le promoteur. Les données des conditions techniques de la canalisation, que l'on peut obtenir auprès de son service municipal du gaz, sont utilisées comme base.

Gazoducs nécessitant des calculs

L'État exige que les calculs hydrauliques soient effectués pour tous les types de canalisations appartenant au système d'alimentation en gaz, car les processus qui se produisent lors du déplacement du gaz sont toujours les mêmes.

Les gazoducs susmentionnés comprennent les types suivants :

• basse pression ;
• moyenne et haute pression.

Les premiers sont destinés au transport du combustible vers les habitations, les bâtiments publics de toutes sortes, et les entreprises de services. Dans les maisons individuelles, les immeubles collectifs et les cottages, la pression du gaz ne doit pas dépasser 3 kPa ; dans les entreprises de services (non industrielles), cette valeur est plus élevée et atteint 5 kPa.

Le deuxième type de canalisations est destiné à alimenter les réseaux, de toutes sortes, à basse et moyenne pression via des postes de régulation de gaz, ainsi qu'à acheminer le gaz vers des consommateurs individuels.

Il peut s'agir d'entreprises industrielles, agricoles, de divers services publics, et même de bâtiments isolés ou attenants à des bâtiments industriels. Mais dans les deux derniers cas, il y aura des limitations importantes de pression.

Les types de gazoducs énumérés ci-dessus sont conditionnellement divisés par les spécialistes en les catégories suivantes :

• intérieurs aux bâtiments, intérieurs aux ateliers, c'est-à-dire transportant le gaz à l'intérieur d'un bâtiment et le livrant à des unités et appareils individuels ;
• branchements d'abonnés, utilisés pour fournir du gaz depuis un réseau de distribution à tous les consommateurs existants ;
• réseaux de distribution, utilisés pour alimenter en gaz certaines zones, par exemple des villes, leurs quartiers, des entreprises industrielles. Leur configuration varie et dépend des caractéristiques du plan d'occupation des sols. La pression à l'intérieur du réseau peut être de tout type prévu : basse, moyenne, haute.

En outre, le calcul hydraulique est effectué pour les réseaux de gaz avec différents nombres d'étages de pression, dont il existe de nombreuses variétés.

Ainsi, pour répondre aux besoins, des réseaux à deux étages peuvent être utilisés, fonctionnant avec du gaz transporté à basse et haute pression, ou à basse et moyenne pression. De plus, des réseaux à trois étages et divers réseaux à plusieurs étages sont également utilisés. En d'autres termes, tout dépend uniquement de la présence de consommateurs.

La résistance hydraulique est la principale raison pour laquelle ce type de calcul doit être effectué. De plus, elle dépend également du matériau du tuyau.

Malgré la grande diversité des options de gazoducs, le calcul hydraulique est similaire dans tous les cas. En effet, les éléments de construction sont fabriqués à partir de matériaux similaires et les mêmes processus se déroulent à l'intérieur des tuyaux.

Résistance hydraulique et son rôle

Comme indiqué ci-dessus, le fondement du calcul est la présence d'une résistance hydraulique dans chaque gazoduc.

Elle agit sur l'ensemblle de la structre du pipeline, ainsi que sur ses parties et composants individuels — les tés, les endroits où le diamètre des tuyaux est considérablement réduit, les vannes d'arrêt, divers robinets. Cela entraîne une perte de pression du gaz transporté.

La résistance hydraulique est toujours la somme :

• de la résistance linéaire, c'est-à-dire agissant sur toute la longeur de la construction ;
• des résistances locales, agissant à chaque partie constitutive de la construction où se produit un changement de vitesse du transport du gaz.

Les paramètres énumérés influencent constamment et considérablement les caractéristiques de fonctionnement de chaque gazoduc. Par conséquent, un calcul incorrect entraînera des pertes financières supplémentaires et importantes, car le projet devra être refait.

Règles de réalisation du calcul

Il a été mentionné ci-dessus que la procédure de tout calcul hydraulique est régie par le Code de règles pertinent numéro 42-101–2003.

Le document atteste que la méthode principale pour effectuer le calcul est l'utilisation d'un ordinateur avec des programmes spéciaux, permettant de calculer la perte de pression prévue entre les sections du futur gazoduc ou le diamètre nécessaire des tuyaux.

Tout calcul hydraulique est effectué après avoir créé un schéma de calcul incluant les principaux indicateurs. De plus, l'utilisateur saisit les données connues dans les colonnes correspondantes

Si de tels programmes ne sont pas disponibles ou si l'on estime que leur utilisation n'est pas appropriée, d'autres méthodes autorisées par le Code de règles peuvent être appliquées.

Celles-ci comprennent :

• le calcul à l'aide des formules données dans le Code de règles est la méthode de calcul la plus complexe ;
• le calcul à l'aide de, ce qu'on appelle, les nomogrammes est une option plus simple que l'utilisation de formules, car aucun calcul n'est nécessaire, puisque les données nécessaires sont indiquées dans un tableau spécial et fournies dans le Code de règles, et il suffit de les sélectionner.

Chacune des méthodes de calcul conduit aux mêmes résultats. Par conséquent, un gazoduc nouvellement construit sera en mesure d'assurer une livraison ponctuelle et ininterrompue de la quantité de combustible prévue, même pendant les heures de pointe d'utilisation.

Variante de calcul à l'aide d'un ordinateur

Effectuer le calcul à l'aide d'un ordinateur est le moins exigeant en main-d'œuvre — tout ce qui est demandé à l'utilisateur est d'insérer les données nécessaires dans les colonnes appropriées.

Ainsi, le calcul hydraulique est effectué en quelques minutes, et cette opération ne nécessite pas un grand nombre de connaissances, contrairement à l'utilisation des formules.

Pour l'exécuter correctement, vous devez prendre les données suivantes dans les conditions techniques :

• la densité du gaz ;
• le coefficient de viscosité cinétique ;
• la température du gaz dans votre région.

Vous devez obtenir les conditions techniques nécessaires auprès du service gaz de la localité où le gazoduc sera construit. C'est à partir de l'obtention de ce document que commence la conception de tout pipeline, car il contient toutes les exigences principales pour sa construction.

L'utilisation de programmes spécialisés est le moyen le plus simple d'effectuer un calcul hydraulique, évitant ainsi la recherche et l'étude de formules pour réaliser les calculs.

Ensuite, vous devez connaître le débit de gaz pour chaque appareil que vous prévoyez de raccorder au gazoduc. Par exemple, si le combustible est transporté vers une maison individuelle, on y utilise le plus souvent des cuisinières, divers chaudières de chauffage, et leurs fiches techniques contiennent toujours les chiffres nécessaires.

De plus, vous devrez connaître le nombre de brûleurs de chaque cuisinière qui sera raccordée au tuyau.

À l'étape suivante de la collecte des données nécessaires, vous sélectionnez les informations sur la chute de pression aux emplacements d'installation de tout équipement — cela peut être un compteur, une vanne d'arrêt, une vanne thermique de coupure, un filtre, d'autres éléments.

Dans ce cas, il est simple de trouver les chiffres nécessaires — ils se trouvent dans un tableau spécial annexé à la fiche technique de chaque produit. Vous devez noter que la chute de pression doit être indiquée pour la consommation maximale de gaz.

À partir du tableau spécial annexé à la fiche technique des produits, vous pouvez obtenir des informations sur la perte de pression lors du raccordement des appareils au réseau.

À l'étape suivante, il vous est recommandé de connaître la pression du gaz au point de raccordement. Ces informations peuvent se trouver dans les conditions techniques de votre service gaz local, ou dans le schéma précédemment établi du futur gazoduc.

Si le réseau se compose de plusieurs sections, vous devez les numéroter et indiquer la longueur réelle. De plus, pour chaque section, vous devez inscrire séparément tous les paramètres variables — le débit total de chaque appareil qui sera utilisé, la chute de pression, d'autres valeurs.

Le coefficient de simultanéité vous sera nécessaire de manière obligatoire. Il prend en compte la possibilité de fonctionnement simultané de tous les consommateurs de gaz raccordés au réseau. Par exemple, tous les équipements de chauffage situés dans un immeuble collectif ou une maison individuelle.

Ces données sont utilisées par le programme effectuant le calcul hydraulique pour déterminer la charge maximale sur une section donnée ou sur l'ensemble du gazoduc.

Pour chaque appartement ou maison individuelle, vous n'avez pas besoin de calculer ce coefficient, car ses valeurs sont connues et indiquées dans le tableau ci-dessous :

Tableau des coefficients de simultanéité, dont les données sont utilisées pour tout type de calcul. Il suffit de sélectionner la colonne correspondant à un appareil électroménager spécifique et de prendre le chiffre nécessaire.

Si sur un site, il est prévu d'utiliser plus de deux chaudières de chauffage, poêles ou chauffe-eau à accumulation, le coefficient de simultanéité sera toujours de 0,85. C'est ce qu'il faudra indiquer dans la colonne correspondante utilisée pour le calcul du programme.

Ensuite, il faut indiquer le diamètre des tuyaux, et vous aurez également besoin des coefficients de rugosité qui seront utilisés lors de la construction du pipeline. Ces valeurs sont standard et peuvent facilement être trouvées dans le Recueil de règles.

Influence du matériau des tuyaux sur le calcul

Pour la construction de gazoducs, on peut utiliser des tuyaux fabriqués uniquement à partir de certains matériaux : acier, polyéthylène. Dans certains cas, on utilise des produits en cuivre. Les structures métal-plastique seront bientôt massivement utilisées.

Chaque tuyau présente une rugosité, ce qui entraîne une résistance linéaire qui affecte le processus de déplacement du gaz. De plus, cet indicateur est nettement plus élevé pour les produits en acier que pour ceux en plastique.

Aujourd'hui, les informations nécessaires ne peuvent être obtenues que pour les tuyaux en acier et en polyéthylène. Par conséquent, la conception et le calcul hydraulique ne peuvent être effectués qu'en tenant compte de leurs caractéristiques, comme l'exige le Code de règles spécifique. De plus, le document contient les données nécessaires au calcul.

Le coefficient de rugosité est toujours égal aux valeurs suivantes :

• pour tous les tuyaux en polyéthylène, qu'ils soient neufs ou non — 0,007 cm ;
• pour les produits en acier déjà utilisés — 0,1 cm ;
• pour les nouvelles structures en acier — 0,01 cm.

Pour tout autre type de tuyau, cette valeur n'est pas mentionnée dans le Code de règles. Par conséquent, il n'est pas conseillé de les utiliser pour la construction d'un nouveau gazoduc, car les spécialistes du gaz de ville pourraient exiger des corrections. Cela entraînerait à nouveau des coûts supplémentaires.

Calcul du débit sur une section limitée

Si le gazoduc est constitué de sections distinctes, le calcul du débit total sur chacune d'elles devra être effectué séparément. Mais ce n'est pas difficile, car les calculs nécessiteront des chiffres déjà connus.

Détermination des données à l'aide d'un programme

En connaissant les indicateurs initiaux, en ayant accès au tableau de simultanéité et aux fiches techniques des cuisinières et des chaudières, on peut commencer le calcul.

Pour ce faire, les étapes suivantes sont effectuées (l'exemple est donné pour un gazoduc intérieur à basse pression) :

1. Le nombre de chaudières est multiplié par la puissance de chacune d'elles.
2. La valeur obtenue est multipliée par le coefficient de simultanéité, déterminé à l'aide d'un tableau spécial pour ce type de consommateurs.
3. Le nombre de plaques de cuisson est multiplié par le rendement de chacune d'elles.
4. La valeur obtenue après l'opération précédente est multipliée par le coefficient de simultanéité tiré d'un tableau spécifique.
5. Les sommes obtenues pour les chaudières et les plaques sont additionnées.

Des manipulations similaires sont effectuées pour toutes les sections de la canalisation de gaz. Les données obtenues sont saisies dans les colonnes correspondantes du programme qui effectue les calculs. L'électronique fait le reste elle-même.

Calcul à l'aide de formules

Ce type de calcul hydraulique est similaire à celui décrit ci-dessus, c'est-à-dire que les mêmes données seront nécessaires, mais la procédure sera longue. En effet, tout devra être fait manuellement, et le concepteur devra en outre effectuer une série d'opérations intermédiaires pour utiliser les valeurs obtenues dans le calcul final.

Il faudra également consacrer beaucoup de temps à comprendre de nombreux concepts et questions que l'on ne rencontre pas lorsqu'on utilise un programme spécialisé. On peut vérifier la justesse de ce qui précède en examinant les formules qui devront être utilisées.

Le calcul à l'aide de formules est complexe, donc pas accessible à tous. L'image montre les formules pour calculer la chute de pression dans les réseaux haute, moyenne et basse pression ainsi que le coefficient de frottement hydraulique.

Dans l'application des formules, comme pour le calcul hydraulique utilisant un logiciel spécial, il existe des spécificités pour les gazoducs à basse, moyenne et, bien sûr, haute pression. Et il faut s'en souvenir, car une erreur peut entraîner, toujours, des coûts financiers considérables.

Calculs à l'aide de nomogrammes

Un nomogramme spécifique est un tableau qui indique une série de valeurs; en les étudiant, on peut obtenir les indicateurs souhaités sans effectuer de calculs. Dans le cas du calcul hydraulique, il s'agit du diamètre du tuyau et de l'épaisseur de ses parois.

Les nomogrammes de calcul sont un moyen simple d'obtenir les informations nécessaires. Il suffit de se référer aux lignes correspondant aux caractéristiques données du réseau.

Il existe des nomogrammes distincts pour les produits en polyéthylène et en acier. Lors de leur calcul, des données standard ont été utilisées, par exemple la rugosité des parois internes. On peut donc ne pas s'inquiéter de l'exactitude des informations.

Exemple de réalisation d'un calcul

Un exemple de calcul hydraulique à l'aide d'un programme pour les canalisations de gaz basse pression est présenté. Dans le tableau proposé, toutes les données que le concepteur doit saisir lui-même sont surlignées en jaune.

Elles sont énumérées dans la section sur le calcul hydraulique informatique présentée ci-dessus. Il s'agit de la température du gaz, du coefficient de viscosité cinématique et de la densité.

Dans ce cas, le calcul est effectué pour les chaudières et les cuisinières. C'est pourquoi il est nécessaire d'indiquer le nombre exact de brûleurs, qui peut être de 2 ou 4. La précision est importante, car le programme sélectionnera automatiquement le coefficient de simultanéité.

Sur l'image, les colonnes dans lesquelles le concepteur doit saisir lui-même les indicateurs sont surlignées en jaune. En bas, la formule pour calculer le débit sur la section est présentée.

Il convient de prêter attention à la numérotation des sections — elle n'est pas inventée de toutes pièces, mais est reprise du schéma précédemment établi, où figurent des chiffres similaires.

Ensuite, la longueur réelle de la canalisation de gaz et la longueur dite de calcul, qui est plus grande, sont indiquées. Cela est dû au fait que sur toutes les sections où il y a une résistance locale, il est nécessaire d'augmenter la longueur de 5 à 10 %. Cela permet d'éviter une pression de gaz insuffisante chez les consommateurs. Le programme effectue le calcul automatiquement.

Le débit total en mètres cubes, pour lequel une colonne distincte est prévue, est calculé à l'avance pour chaque section. Si le bâtiment est un immeuble d'habitation, il faut indiquer le nombre de logements, en commençant par la valeur maximale, comme on le voit dans la colonne correspondante.

Tous les éléments de la canalisation de gaz, lors du passage desquels la pression est perdue, sont obligatoirement inscrits dans le tableau. Dans l'exemple, sont indiqués une vanne thermique de coupure, une vanne d'arrêt et un compteur. La valeur de la perte dans chaque cas a été extraite de la fiche technique du produit.

Avec un seul programme, il est possible d'effectuer des calculs pour tous les types de canalisations de gaz. Sur l'image, les calculs pour un réseau de moyenne pression.

Le diamètre intérieur du tuyau est spécifié conformement au cahier de charges, si le service du gaz de la ville a des exigences, ou à partir du schéma précedemment établi. Dans ce cas, sur la plupart des sections, il est indiqué comme étant de 5 cm, car la majeure partie de la conduite longe la façade, et le service local du gaz exige que le diamètre ne soit pas inférieur à celui-ci.

Même en examinant superficiellement l'exemple donné d'un calcul hydraulic, on remaryue facilement qu'en plus des valeurs saiesies par l'utilisateur, un grand nombre d'autres valeurs sont présentes. Tout cela est le résulat du travail du programme, car après avoé saii les chiffes dans les colonnes spécifiées surlignées en jaune, le travail de calcul pour l'utilisateur est terminé.

Autrement dit, le calcul lui-même s'effectue assez rapidment, après quoi, avec les données obtenues, on peut se rendre au service du gaz de sa ville pour approbation.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Cette vidéo permet de comprendre par où commence le calcul hydraulique, d'où les concepteurs tirent les données nécessaires :

La vidéo suivante présente un exemple de l'un des types de calcul informatique :

Ensuite, vous pouvez consuler un exemple de calcul à l'aide d'un programme informatique :

Pour effectuer un calcul hydraulique à l'aide d'un ordinateur, comme le permet le Code de règles professionnel, il suffit de consacrer un peu de temps à la prise en main du programme et à la collecte des données nécessaires.

Mais tout cela n'a aucune valeur pratique, car l'élaboration d'un projet est une procédure bien plus vaste et comprend de nombreuses autres questions. Par conséquent, la plupart des citoyens devront faire appel à des spécialistes.

Avez-vous des questions, avez-vous constaté des lacunes ou pouvez-vous enrichir notre contenu avec des informations utiles ? N'hésitez pas à laisser vos commentaires, à poser des questions et à partager votre expérience dans l'encadré ci-dessous.