Гидравлический расчет газопроводов

Общие положения

При проектировании трубопроводов для транспорта газа выбор размеров труб осуществляется на основании их гидравлического расчета, имеющего целью определить внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа, и что важно отметить, при допустимых для конкретных условий потерях давления. Основной особенностью газораспределительных сетей населенного пункта, отличающей их от других инженерных систем и, соответственно, определяющей специфику гидравлического расчета, является отсутствие на трассе нагнетателей давления. Транспортирование осуществляется лишь за счет энергии, полученной от компрессорных установок на магистральных сетях. В связи с этим потери давления в системах газоснабжения в пределах населенного пункта достаточно жестко регламентируются (см. пункт. 3.25 [4]). Таким образом, выполняя должным образом гидравлический расчет, проектировщик должен получить оптимальное решение: с одной стороны диаметры труб не должны создавать при движении чрезвычайно больших потерь давления, а с другой стороны нужно естественно стремиться к малой материалоемкости систем.

Другой особенностью газораспределительных систем является обязательный учет сжимаемости транспортируемой среды. Это несколько усложняет основные расчетные зависимости, вывод которых содержится в [2]. Так для отдельного расчетного участка газовой сети низкого давления потери давления (Па) вследствие трения определяются по формуле

.

Расчетный участок сети среднего или высокого давления будет уже характеризоваться квадратичным перепадом давления (кПа²)

.

В представленных формулах естественно важна конкретизация расчетной зависимости для коэффициента гидравлического трения и величины абсолютной шероховатости внутренней поверхности.

Гидравлический расчет можно производить тремя способами. Первый из них основан на использовании номограмм (см., напр., [2]), по которым для заданного диаметра и расхода можно весьма просто определить потери давления на рассматриваемом участке. Недостатком является низкая точность получаемых результатов. Второй способ, позволяющий получать более точные результаты, предполагает применение расчетных таблиц (см., напр., [3]). В них содержатся численные значения удельных потерь давления (Па/м, кПа²/м) для дискретных значений и . В связи с этим здесь возникает необходимость применения линейной интерполяции, что несколько усложняет процедуру расчета. Помимо этого для рассмотренных двух способов необходимо значения, взятые из расчетных таблиц или номограмм, умножать на коэффициент по плотности. Третий способ основан на непосредственном расчете по представленным выше формулам при использовании ЭВМ или программируемых калькуляторов, причем последние должны иметь возможность производить вычисления степенных выражений с вещественными показателями. Данный способ особенно полезен при больших объемах вычислений, но требует от проектировщика наличия хотя бы простейшей программы.

Помимо линейных потерь вследствие трения при движении газа в трубопроводах в определенных элементах систем, где характерно изменение скорости и направление потока, создаются местные сопротивления. Для наружных систем их учет производится достаточно просто путем увеличения длины расчетного участка на 10 %. Для внутренних же систем необходим детальный учет отдельных местных сопротивлений в соответствии с формулой

,

где -расчетная длина участка газопровода; -фактическая его длина; -сумма коэффициентов местных сопротивлений, расположенных на рассматриваемом расчетном участке; -эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, путевые потери давления в котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением . Последняя характеристика в общем случае определяется по формуле

,

а для различных режимов течения формулы для эквивалентной длины можно найти в 3.28 [4] или же, не рассчитывая ее, определить по номограммам или расчетным таблицам.

При определении потерь давления в газопроводах низкого давления должны учитываться также потери, вызываемые разностью плотности газа и воздуха, то есть гидростатический напор, Па,

,

где -разность абсолютных высотных отметок начальных и конечных участков газопровода, м; -ускорение силы тяжести; и -плотности газа и воздуха при нормальных условиях.