5.1. Методы гидравлического расчета газопроводов

Для расчетов внутреннего диаметра газопровода следует воспользоваться формулой:

 

где      dp — расчетный диаметр, см;

 

А, т, т1 — коэффициенты, зависящие от категории сети (по давлению) и материала газопровода;

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

ΔРуд — удельные потери давления (Па/м для сетей низкого давления

 

Здесь   ΔРдоп — допустимые потери давления (Па);

L — расстояние до самой удаленной точки, м.

Коэффициенты А, т, т1 определяются по приведенной ниже таблице.

Расчетные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 1,80 кПа (в том числе в распределительных газопроводах — 1,20 кПа), в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах

 

Для расчета падения давления необходимо определить такие параметры, как число Рейнольдса, зависящее от характера движения газа, и коэффициент гидравлического трения λ. Число Рейнольдса — безразмерное соотношение, отражающее, в каком режиме движется жидкость или газ: ламинарном или турбулентном.

Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит по достижении так называемого критического числа Рейнольдса Reкp. При Re < Reкp течение происходит в ламинарном режиме, при Re >Reкp — возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо действует для напорных потоков. При переходе к безнапорным потокам переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно.

Число Рейнольдса есть отношение сил инерции, действующих в потоке, к силам вязкости. Также число Рейнольдса можно рассматривать как отношение кинетической энергии жидкости к потерям энергии на характерной длине.

Число Рейнольдса применительно к углеводородным газам определяется по следующему соотношению:

где      Q — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

ν — коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, м2/с (см. таб. 2.3).

Диаметр газопровода d должен отвечать условию:

 

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.

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

Для ламинарного режима движения газа (Re ≤ 2000):

 

Eсли значение числа Рейнольдса превышает 4000 (Re > 4000), возможны следующие ситуации.

Для гидравлически гладкой стенки при соотношении 4000 < Re < 100000:

 

При значении Re > 100000:

 

Для шероховатых стенок при Re > 4000:

 

После определения вышеперечисленных параметров падение давления для сетей низкого давления вычисляется по формуле:

Pн – Pк = 626,1λQ2ρ0l/d5 (5.10)

где      Pн — абсолютное давление в начале газопровода, Па;

 

Рк — абсолютное давление в конце газопровода, Па;

λ — коэффициент гидравлического трения;

l —  расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

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

Q — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетная длина газопроводов определяется по формуле:

 

где      l1 — действительная длина газопровода, м;
 

Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

λ — коэффициент гидравлического трения, определяемый в зависимости от режима течения и гидравлической гладкости стенок газопровода.

Местные гидравлические сопротивления в газопроводах и вызываемые ими потери давления возникают при изменении направления движения газа, а также в местах разделения и слияния потоков. Источники местных сопротивлений — переходы с одного размера газопровода на другой,

колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, запорная, регулирующая и предохранительная арматура, конденсатосборники, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа. Падение давления в местных сопротивлениях, перечисленных выше, допускается учитывать путем увеличения расчетной длины газопровода на 5–10%. Расчетная длина наружных надземных и внутренних газопроводов

где      l1 — действительная длина газопровода, м;
 

Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l1,

lэ — условная эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м, потери давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении со значением коэффициента ξ = 1.

Эквивалентная длина газопровода в зависимости от режима движения газа в газопроводе: — для ламинарного режима движения

 

 

— для критического режима движения газа

 

 

— для всей области турбулентного режима движения газа

 

 

При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допустимые потери давления газа на местные сопротивления, % от линейных потерь:

• на газопроводах от вводов в здание до стояка — 25;

• на стояках — 20;

• на внутриквартирной разводке — 450 (при длине разводки 1–2 м), 300 (3–4 м), 120 (5–7 м) и 50 (8–12 м),

Приближенные значения коэффициента ξ для наиболее распространенных видов местных сопротивлений приведены в табл. 5.2.

Падение давления в трубопроводах жидкой фазы СУГ определяется по формуле:

 

где      λ — коэффициент гидравлического трения (определяется по формуле 5.7);

V — средняя скорость движения сжиженных газов, м/с.

С учетом противокавитационного запаса средние скорости движения жидкой фазы принимаются:

• во всасывающих трубопроводах — не более 1,2 м/с;

• в напорных трубопроводах — не более 3 м/с.

При расчете газопроводов низкого давления учитывается гидростатический напор Нg, даПа, определяемый по формуле:

 

где      g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

h — разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;

ρа — плотность воздуха, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;

ρ0 —плотность газа при нормальных условиях кг/м3.

 

При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с для газопроводов среднего давления, 25 м/с для газопроводов высокого давления.