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, ρ o 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 Δ Р - падение давления на участке газопровода, Па.

lp=l+ Σξ⋅ l ^ξ⁼¹_э

(6.7)

где l - действительная длина участка газопровода, м;

l ^ξ=1_э- 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 (P²_н– P²_k) 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 Δ Р/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 Δ Р₂, Па, вызванное разностью геометрических отметок в начале и конце участка газопровода.

Δ Рг = ± Z ⋅ g ⋅ (ρ_в – ρ _г) (6.9)

где Z - разность геометрических отметок в начале и в конце участка газопровода, м;

ρ_в иρ _г- 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 ρ Т не совпадает с расчетной

плотностью газа ρ _г, то необходимо ввести правку, считая, что потери давления находятся в прямой зависимости от плотности.

Δ Р= Δ РТ ⋅ 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)].