ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ
Основные понятия и расчетные уравнения
Процесс движения газа в трубопроводах можно считать стационарным и
изотерическим, а его температуру принимать равной температуре грунта, в котором
уложен газопровод [I]. В этом случае неизвестными параметрами движения газа будут
являться абсолютное давление Р, Па, плотность ρ, кг/м3 и скорость υ, м/с.
Для определения трех неизвестных Р, ρ и υ используют три основных уравнения:
Бернулли, неразрывности, состояния и формулы для определения потерь давления: Дарси-
Вейсбаха и Вейсбаха.
При расчетах газовых сетей условно рассматривают прямолинейные цилиндрические
трубопроводы. При этом величину потерь давления в местных сопротивлениях при
расчетах уличных распределительных газопроводов учитывают путем увеличения
расчетной длины на 5-10 %, а при расчете внутридомовых газопроводов используют метод эквивалентных длин.
Если рассматривать движение газа в цилиндрической трубе постоянного сечения и
при этом пренебречь массовыми силами (весом), то уравнение Бернулли обратится в
тождество. В этом случае из названных пяти уравнений останутся три: Дарси-Вейсбаха,
неразрывности и состояния. Эти уравнения записывают соответственно в виде
 |
где λ - коэффициент гидравлического трения;
x - координата, м;
d - внутренний диаметр газопровода, м;
s - площадь поперечного сечения трубы, м2, s =π • d2 / 4;
Qo - объемный расход газа, приведенный к нормальным условиям, м3/ч;
Рo, ρo и Тo - соответственно давление, плотность и температура газа при нормальных
условиях.
В общем случае для газопроводов среднего и высокого давления решением системы
(6.1) - (6.3) является выражение
где Рн и Pk, -абсолютные давления газа соответственно в начале и в конце участка
газопровода. Па;
lp - расчетная длина участка газопровода, м.
Для турбулентного режима движения, используя формулу Альтшуля для определения коэффициента гидравлического трения λ , выражению (6.4) придают вид [1, 4]
где Рн и Pk - абсолютное давление газа, соответственно в начале и конце участка
газопровода, МПа;
d - внутренний диаметр, газопровода, см;
Кэ - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см;
v - кинетический коэффициент вязкости газа при нормальных физических условиях, м2/c;
Q - расход газа при нормальных физических условиях, м3/ч.
Гидравлический расчет газопроводов низкого давления производят по следующей
формуле [4]
 |
где ΔР - падение давления на участке газопровода, Па.
| lp=l+Σξ⋅ lξ=1э | (6.7) |
где l - действительная длина участка газопровода, м;
lξ=1э - условная эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, потери
давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении ξ = 1, м [1, рис. 6.6; 2, рис. 21; 4, прил. 5*];
Σξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l.
 |
Падение давления в местных сопротивлениях при расчете наружных газопроводов
допускается учитывать путем увеличения расчетной длины участка газопровода на 5-10 %
[4, прил. 5*, п. 8].
Выполнение вычислений по формулам (6.5)—(6.8) представляет определенную сложность. Для облегчения расчетов на основании этих формул разработаны номограммы
и таблицы [1, 2, 3] (см. также прил. настоящих МУ).
Расчет по формуле (6.5) или соответствующей ей номограмме обычно сводится к
определению параметра (P2н – P2k) при известных длине участка газопровода l, расходе Q и диаметре трубы d. Если заданы значения Рн, Рк, l и Q, то определяют диаметр d.
Расчет по формуле (6.6) или соответствующей ей номограмме обычно сводят к
определению диаметра участка газопровода при известных расходе Q и удельной потере
давления ΔР/l на этом участке.
Для надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого
движением газа, следует принимать скорость движения газа в трубах не более 7, 15 и 25
м/с соответственно для газопроводов низкого, среднего и высокого давления [4, прил. 5].
При гидравлических расчетах газопроводов низкого давления необходимо учитывать
дополнительное гидростатическое давление газа ΔР2 , Па, вызванное разностью геометрических отметок в начале и конце участка газопровода.
| ΔРг = ±Z⋅ g⋅ (ρв – ρг) | (6.9) |
где Z - разность геометрических отметок в начале и в конце участка газопровода, м;
ρв иρг - соответственно плотность атмосферного воздуха и газа при нормальных
условиях, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
Гидравлический расчет вертикальных стояков необходимо производить отдельно,
перепад давления в них принимают независимо от горизонтальных участков с целью учета
гидростатического давления по формуле (6.9).
Кольцевые сети газопроводов рассчитывают путем увязывания давления газа в
узловых точках колец при максимальном использовании расчетного перепада давления:
1) для кольцевых сетей высокого и среднего давления соблюдают равенство
перепадов давления в полукольцах, а точки встречи потоков газа (нулевые точки)
принимают из равенства расчетной длины каждого полукольца;
2) для кольцевых сетей низкого давления расчет считается законченным, если
перепады давления на полукольцах равны между собой или неувязка не превышает ± 10
%.
Перед пользованием номограммами или таблицами необходимо сопоставить
числовые значения плотностей. Если табличная плотность ρТ не совпадает с расчетной
плотностью газа ρг , то необходимо ввести правку, считая, что потери давления находятся в прямой зависимости от плотности.
| ΔР=ΔРТ⋅ Рг/Р Т | (6.10) |
При выполнении гидравлического расчета газопроводов по формулам (6.1)-(6.10)
диаметр участка трубопровода следует предварительно определять по [4, прил. 5*,
формула (13)].