Гидравлический расчет газовых сетей низкого давления

В основе гидравлического расчета газопроводной сети лежит определение оптимальных параметров, обеспечивающих пропуск необходимых количеств газа при допустимых перепадах давления. Расчет ведется исходя из максимально возможных расходов газа в часы максимального газопотребления. При этом учитываются часовые расходы газа на нужды коммунально-бытовых потребителей, а также на индивидуально-бытовые нужды населения (отопление, горячее водоснабжение). Как правило, при гидравлическом расчете газопроводов среднего давления расчетные расходы газа потребителями принимаются в качестве сосредоточенных нагрузок, для сетей низкого давления учитывается также и равномерно распределенная нагрузка. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с установкой газорегуляторных пунктов у каждого потребителя или небольшой группы потребителей населенного пункта является применимость к ним принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками.

При движении газа по трубопроводам происходит постепенное снижение первоначального давления за счет преодоления сил трения и местных сопротивлений.

, м³/ч.	(14)

Средняя скорость движения газа в трубе, м/с

,

(15)

где V − объемный расход газа, м³/с;

F − площадь поперечного сечения трубы, м².

В зависимости от скорости потока, диаметра трубы и вязкости газа течение его может быть ламинарным, т.е. упорядоченным в виде движущихся один относительно другого слоев, и турбулентным, когда в потоке газа возникают завихрения и слои перемешиваются между собой. Режим движения газа характеризуется величиной критерия Рейнольдса.

,

(16)

где ω − скорость потока, м/с;

D − диаметр трубопровода, м;

ν − кинематическая вязкость, м²/с.

Интервал перехода ламинарного движения в турбулентное называется критическим и характеризуется Re = 2000−4000. При Re < 2000течение ламинарное, а при Re > 4000 – турбулентное.

Практически в распределительных газопроводах преобладает турбулентное движение газа. Лишь в газопроводах малого диаметра, например во внутридомовых, при небольших расходах газ течет ламинарно. Течение газа по подземным газопроводам считают изотермическим процессом, так как температура грунта вокруг газопровода за короткое время протекания газа изменяется мало.

Различают гидравлический расчет сетей низкого давления и среднего давления.

При гидравлическом расчете газопроводов среднего давления, в которых перепады давления значительны, изменение плотности и скорости движения газа необходимо учитывать, поэтому потери давления на преодоление сил трения в таких газопроводах определяются по формуле

,

(17)

где Р_н и Р_к − абсолютные давления газа в начале и в конце газопровода, МПа;

l − длина газопровода, м;

V − расход газа при нормальных условиях, м³/ч;

ρ₀ − плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

Р₀ = 0,101325 МПа;

d − внутренний диаметр газопровода, см.

Для сетей низкого давления потери

,

(18)

где Р_н – давление в начале газопровода, Па;

Р_к − давление в конце газопровода, Па.

При выполнении гидравлического расчета газопроводов расчетный внутренний диаметр газопровода, см, можно предварительно определить по формуле

,

(19)

где d_p − расчетный внутренний диаметр, см;

А – коэффициент, зависящий от категории сети. Для низкого давления , для сети среднего давления, откуда Р₀ = 0,101325 МПа;

Р_m – усредненное абсолютное давление газа в сети, МПа;

B, m, n - коэффициенты, зависящие от материала газопровода. Для стальных труб В = 0,022, m = 2, n = 5, для полиэтиленовы В = 0,0446, m = 1,75, n = 4,75;

Q₀ – расчетный расход газа, м³/ч, при нормальных условиях;

∆Р_уд – удельные потери давления (Па/м – для сетей низкого давления, МПа/м – для сетей среднего давления), определяемые по формуле

,

(20)

где ∆Р_доп – допустимые потери давления (Па – для сетей низкого давления, МПа – для сетей среднего давлений);

L – расстояние до самой удаленной точки, м.

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.

Коэффициент гидравлического трения 𝜆 определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуется числом Рейнольдса.

(21)

где ν – коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с, при нормальных условиях;

d – внутренний диаметр трубопровода, см;

V – расход газа, м³/ч, при нормальных условиях.

А также в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию

,

(22)

где n – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных – 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007 см, для медных труб – 0,001 см.

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения 𝜆:

для ламинарного режима движения газа при

(23)

для критического режима движения газа при Re = 2000 – 4000

(24)

При Re > 4000 в зависимости от выполнения условия (22):

для гидравлически гладкой стенки (неравенство (22) справедливо):

при 4000 < Re <100000

(25)

при Re > 100000

(26)

для шероховатых стенок (неравенство (22) несправедливо) при Re > 4000

(27)

Таким образом, при проведении гидравлических расчетов газораспределительной сети учитывается материал газопровода, а также процесс старения трубы, который выражается в увеличении шероховатости и зарастании стальных труб и неизменности шероховатости в процессе эксплуатации и ползучести полиэтиленовых труб. Ползучесть полиэтиленовой трубы выражается в увеличении внутреннего диаметра на 5% в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего давления в результате уменьшения толщины стенки трубы. Гидравлический расчет распределительной газовой сети низкого давления – приложение Б.