Схемы и методики гидравлического расчета газопровода

Для чего необходим расчет газопровода

1. Расчет газопроводной магистрали необходим, чтобы выявить возможное сопротивление в газовой трубе.
2. Правильные вычисления дают возможность качественно и надежно подобрать необходимое оборудование для газовой конструкционной системы.
3. После произведенного расчета, можно наилучшим образом подобрать верный диаметр труб. В результате газопровод сможет осуществлять стабильное и эффективное поступление голубого топлива. Газ будет подаваться при расчетном давлении, он будет быстро и качественно доставляться во все нужные точки газопроводной системы.
4. Газовые магистрали будут работать в оптимальном режиме.
5. При правильном расчете в конструкции не должно быть излишних и чрезмерных показателей при установке системы.
6. Если расчет выполнен правильно, застройщик может финансово сэкономить. Все работы будет выполнены согласно схеме, будут закуплены только необходимые материалы и оборудование.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

• плотность газа;
• коэффициент кинетической вязкости;
• температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия

Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Основные положения гидравлического расчета

Рабочий носитель (жидкость, газ, пар), переносимый проектируемым трубопроводом, в силу своих особых физико-химических свойств определяет характер течения среды в данном трубопроводе. Одним из основных показателей характеризующих рабочий носитель, является динамическая вязкость, характеризуемая коэффициентом динамической вязкости – μ.

Инженер-физик Осборн Рейнольдс (Ирландия), занимавшийся изучением течения различных сред, в 1880 году провел серию испытаний,  по результату которых было выведено понятие критерия Рейнолдса (Re) – безразмерной величины, описывающей характер потока жидкости в трубе. Расчет данного критерия проводится по формуле:

Критерий Рейнольдса (Re) дает понятие о соотношении сил инерции к силам вязкого трения в потоке жидкости. Значение критерия характеризует изменение соотношения указанных сил, что, в свою очередь, влияет на характер потока носителя в трубопроводе. Принято выделять следующие режимы потока жидкого носителя в трубе в зависимости от значения данного критерия:

• ламинарный поток (Re<2300), при котором носитель-жидкость движется тонкими слоями, практически не смешивающимися друг с другом;
• переходный режим (2300<Re<4000), который характеризуется нестабильной структурой потока, когда отдельные слои жидкости перемешиваются;
• турбулентный поток (Re>4000) – устойчивый режим, при котором в каждой отдельной точке потока происходит изменение его направления и скорости, что в итоге приводит к выравниванию скорости движения потока по объему трубы.

Критерий Рейнольдса зависит от напора, с которым насос перекачивает жидкость, вязкости носителя при рабочей температуре и геометрических размеров используемой трубы (d, длина). Данный критерий является параметром подобия для течения жидкости,поэтому, используя его, можно осуществлять моделирование реального технологического процесса в уменьшенном масштабе, что удобно при проведении испытаний и экспериментов.

Проводя расчеты и вычисления по уравнениям, часть заданных неизвестных величин можно взять из специальных справочных источников. Профессор, доктор технических наук Ф. А. Шевелев разработал ряд таблиц для проведения точного расчета пропускной способности трубы. Таблицы включают значения параметров, характеризующих как сам трубопровод (размеры, материалы), так и  их взаимосвязь с физико-химическими свойствами носителя. Кроме того, в литературе приводится таблица приближенных значений скоростей движения потока жидкости, пара,газа в трубе различного сечения.

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

• для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, — 0,007 см;
• для уже использовавшихся стальных изделий — 0,1 см;
• для новых стальных конструкций — 0,01 см.

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

• HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
• DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
• «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Гидравлический расчет трубопроводов с низким давлением газа

• Ориентировочно следует знать количество потребителей (жителей) в расчетном районе, в который будет осуществляться подача газа с низким давлением.
• Производится учет всего объема газа за год, который будет использоваться на различные потребности.
• Путем вычислений определяется значение расхода газа потребителями за конкретный промежуток времени, в данном случае это один час.
• Устанавливается местонахождение и количество точек газораспределения.

Производится расчет перепадов давления участка газопроводной магистрали. В нашем случае, к этим участкам относятся распределительные точки и внутридомовой трубопровод, ветви абонентов. После этого учитываются общие перепады давления на протяжении всей газопроводной магистрали.

• Производится вычисление всех труб по отдельности.
• В данном районе устанавливается густота населения потребителей.
• Выполняется расчет расхода природного газа на показание площади каждой отдельно взятой трубы.
• Проводятся вычислительные работы по ряду следующих показателей:
• Эквивалентные данные;
• Фактические данные длины всего участка;
• Расчетные данные длины отрезка газового трубопровода.

Для каждого участка газопровода необходимо произвести подсчет удельной узловой и путевой затраты.

Расчет диаметра газопровода онлайн

При проектировании трубопроводов выбор размеров труб осуществляется на основании гидравлического расчета, определяющего внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа при допустимых потерях давления или, наоборот, потери давления при транспорте необходимого количества газа по срубам заданного диаметра.

Сопротивление движению газа в трубопроводах слагается из линейных сопротивлений трения и местных сопротивлений: сопротивления трения «работают» на всей протяженности трубопроводов, а местные создаются только в пунктах изменения скоростей и направления движения газа (углы, тройники и т.д.). Подробный гидравлический онлайн расчет газопроводов осуществляется по формулам, приведенным в СП 42-101–2003, в которых учтены как режим движения газа, так и коэффициенты гидравлического сопротивления газопроводов. Здесь приводится сокращенный вариант.

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

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 — 0,60 кПа. 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 — возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения. Программы расчета расхода газа сужающими устройствами(диафрагмами). Расчет выполняется на основе данных полученных с традиционных измерительных комплексов (сужающее устройство оборудованное самопишущими приборами по перепаду давления, давлению и температуре или счетчик газа оборудованный самопишущими приборами по давлению и температуре).

Расчет диаметра газопровода: пример расчета и особенности прокладки газовой сети

Сегодня наиболее дешевым и доступным видом топлива является газ

Однако пути, подводящие к дому взрывоопасное топливо, следует прокладывать с особой осторожностью и соблюдать все стандарты

Поэтому владельцам загородных домов нужно четко знать, как сделать расчет диаметра газопровода и на что обратить внимание при монтаже

В представленной нами статье детально описаны способы прокладки труб и подключения их к дому. Мы расскажем о том, какие документы потребуется получить и как проконтролировать монтаж системы. Информация, предложенная нами к ознакомлению, опирается на строительные нормативы.

Постановка задачи

Гидравлический расчёт при разработке проекта трубопровода направлен на определение диаметра трубы и падения напора потока носителя. Данный вид расчёта проводится с учетом характеристик конструкционного материала, используемого при изготовлении магистрали, вида и количества элементов, составляющих систему трубопроводов(прямые участки, соединения, переходы, отводы и т. д.), производительности,физических и химических свойств рабочей среды.

Многолетний практический опыт эксплуатации систем трубопроводов показал, что трубы, имеющие круглое сечение, обладают определенными преимуществами перед трубопроводами, имеющими поперечное сечение любой другой геометрической формы:

• минимальное соотношением периметра к площади сечения, т.е. при равной способности, обеспечивать расход носителя, затраты на изолирующие и защитные материалы при изготовлении труб с сечением в виде круга, будут минимальными;
• круглое поперечное сечение наиболее выгодно для перемещения жидкой или газовой среды сточки зрения гидродинамики, достигается минимальное трение носителя о стенки трубы;
• форма сечения в виде круга максимально устойчива к воздействию внешних и внутренних напряжений;
• процесс изготовления труб круглой формы относительно простой и доступный.

Подбор труб по диаметру и материалу проводится на основании заданных конструктивных требований к конкретному технологическому процессу. В настоящее время элементы трубопровода стандартизированы и унифицированы по диаметру. Определяющим параметром при выборе диаметра трубы является допустимое рабочее давление, при котором будет эксплуатироваться данный трубопровод.

Основными параметрами, характеризующими трубопровод являются:

• условный (номинальный) диаметр – D_N;
• давление номинальное – P_N;
• рабочее допустимое (избыточное) давление;
• материал трубопровода, линейное расширение, тепловое линейное расширение;
• физико-химические свойства рабочей среды;
• комплектация трубопроводной системы (отводы, соединения, элементы компенсации расширения и т.д.);
• изоляционные материалы трубопровода.

Условный диаметр (проход) трубопровода (D_N) – это условная  безразмерная величина, характеризующая проходную способность трубы, приблизительно равная ее внутреннему диаметру. Данный параметр учитывается при осуществлении подгонки сопутствующих изделий трубопровода (трубы, отводы, фитинги и др.).

Условный диаметр может иметь значения от 3 до 4000 и обозначается: DN 80.

Условный проход по числовому определению примерно соответствует реальному диаметру определенных отрезков трубопровода. Численно он выбран таким образом, что пропускная способность трубы повышается на 60-100% при переходе от предыдущего условного прохода к последующему.Номинальный диаметр выбирается по значению внутреннего диаметра трубопровода. Это то значение, которое наиболее близко к реальному диаметру непосредственно трубы.

Давление номинальное (PN) – это безразмерная величина, характеризующая максимальное давление рабочего носителя в трубе заданного диаметра, при котором осуществима длительная эксплуатация трубопровода при температуре 20°C.

Значения номинального давления были установлены на основании продолжительной практики и опыта эксплуатации: от 1 до 6300.

Номинальное давление для трубопровода с заданными характеристиками определяется по ближайшему к реально создаваемому в нем давлению. При этом,вся трубопроводная арматура для данной магистрали должна соответствовать тому же давлению. Расчет толщины стенок трубы проводится с учетом значения номинального давления.

1.4 Распределение давления по участкам трубопроводной системы

Рассчитаем давление в узловой точке р1 и построим график давления
на участке l1 по формуле (1.1):

 (1.31)

 (1.32)

Представим
получившуюся зависимость pl1=f(l) в виде таблицы.

Таблица
4

l,км	5	10	15	20	25	30	34
p,кПа	4808,3	4714,8	4619,5	4522,1	4422,6	4320,7	4237,5

Рассчитаем давление в узловой точке р6 и построим график давления
на ветви l8 – l9 по формуле (1.13):

 (1.33)

 (1.34)

Представим
получившуюся зависимость p(l8-l9)=f(l) в виде таблицы.

Таблица
5

l,км	87	90,38	93,77	97,15	100,54	104	107,31
p,кПа	2963,2	2929,9	2897,2	2864,1	2830,7	2796,8	2711
l,км	110,69	114,08	117,46	120,85	124,23	127,62	131
p,кПа	2621,2	2528,3	2431,8	2331,4	2226,4	2116,2	2000

Для того, чтобы вычислить расходы по веткам l2 –l4 –l6 иl3 –l5 –l7, воспользуемся формулами (1.10) и
(1.11):

Проверяем:

Расчет
выполнен верно.

Теперь
рассчитаем давления в узловых точках ветви l2 –l4
–l6 по
формулам (1.2), (1.3) и (1.4) :

Результаты
расчета давления по участку l2
представлены в таблице 6:

Таблица
6

l,км	34	38,5	43	47,5	52	56,5	61
p,кПа	4240	4123,8	4004,3	3881,1	3753,8	3622,1	3485,4

Результаты
расчета давления по участку l4
представлены в таблице 7:

Таблица
7

Правила выполнения расчета

Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.

Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.

Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные

Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы.

К которым относятся:

• расчет по приведенным в СП формулам — это самый сложный способ расчета;
• расчет по, так называемым, номограммам — это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.

Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.

Определение потерь давления в трубах

Сопротивление потерь давления в контуре, по которому циркулирует теплоноситель, определяется как их суммарное значение для всех отдельных составляющих. К последним относят:

• потери в первичном контуре, обозначаемые как ∆Plk;
• местные издержки теплоносителя (∆Plм);
• падение давления в особых зонах, называемых “генераторами тепла” под обозначением ∆Pтг;
• потери внутри встроенной теплообменной системы ∆Pто.

После суммирования этих величин получается искомый показатель, характеризующий полное гидравлическое сопротивление системы ∆Pсо.

Помимо этого обобщенного метода существуют другие способы, позволяющие определить потери напора в трубах из полипропилена. Один из них основан на сравнении двух показателей, привязанных к началу и концу трубопровода. В этом случае вычислить потерю давления можно простым вычитанием начального и конечного его значений, определяемых по двум манометрам.

Еще один вариант вычисления искомого показателя основан на применении более сложной формулы, учитывающей все факторы, которые влияют на характеристики теплового потока. Приводимое ниже соотношение в первую очередь учитывает потерю напора жидкости из-за большой длины трубопровода.

• h – потери напора жидкости, в исследуемом случае измеряемые в метрах.
• λ – коэффициент гидравлического сопротивления (или трения), определяемый по другим расчетным методикам.
• L – общая длина обслуживаемого трубопровода, которая измеряется в погонных метрах.
• D –внутренний типоразмер трубы, определяющий объем потока теплоносителя.
• V – скорость тока жидкости, измеряемая в стандартных единицах (метр за секунду).
• Символ g – это ускорение свободного падения, равное 9,81 м/сек2.

Потери давления происходят из-за трения жидкости о внутреннюю поверхность труб

Большой интерес представляют потери, вызванные высоким коэффициентом гидравлического трения. Он зависит от шероховатости внутренних поверхностей труб. Используемые в этом случае соотношения справедливы лишь для трубных заготовок стандартной круглой формы. Окончательная формула для их нахождения выглядит так:

• V – скорость перемещения водных масс, измеряемая в метрах/секунду.
• D – внутренний диаметр, определяющий свободное пространство для перемещения теплоносителя.
• Стоящий в знаменателе коэффициент указывает на кинематическую вязкость жидкости.

Последний показатель относится к постоянным величинам и находится по специальным таблицам, в больших количествах опубликованным в Интернете.

Подбор оптимального диаметра трубопровода

Определение оптимального диаметра трубопровода – это сложная производственная задача, решение которой зависит от совокупности различных взаимосвязанных условий (технико-экономические, характеристики рабочей среды и материала трубопровода, технологические параметры и т.д.). Например, повышение скорости перекачиваемого потока приводит к уменьшению диаметра трубы, обеспечивающей заданный условиями процесса расход носителя, что влечет за собой снижение затрат на материалы, удешевлению монтажа и ремонта магистрали и т.д. С другой стороны, повышение скорости потока  приводит к потере напора, что требует дополнительных энергетических и финансовых затрат на перекачку заданного объема носителя.

Значение оптимального диаметра трубопровода рассчитывается по преобразованному уравнению неразрывности потока с учетом заданного расхода носителя:

 При гидравлическом расчете расход перекачиваемой жидкости чаще всего задан условиями задачи. Значение скорости потока перекачиваемого носителя определяется, исходя из свойств заданной среды и соответствующих справочных данных (см. таблицу).

Преобразованное уравнение неразрывности потока для расчета рабочего диаметра трубы имеет вид:

Многоступенчатость системы газоснабжения

Потребность создания нескольких ступеней в местной системе снабжения природным газом в т.ч. вызвана наличием потребителей, нуждающихся в поставках газообразного топлива под различным давлением.

Градация газопроводов по ступеням

• Двухступенчатые. Образованы сетями под давлением низким и средним, либо с низким и высоким;
• Трехступенчатые. Состоят из коммуникаций с давлениями высоким, средним и низким;
• Шагоступенчатые. Их формируют газопроводами с давлениями всех уровней.

Чередование магистралей с высоким и средним давлением требуется из-за значительной протяженности сетевых трубопроводов, а также из-за нескольких направлений транспортировки. В местностях со значительной плотностью населения прокладка газопроводов, проводящих газообразное горючее под высоким давлением, не рекомендуется.

Основные газопроводящие коммуникации города размещены под землей. Иначе крупных аварий на газовых сетях из-за ошибок управления автотранспортом избежать было бы невозможно

Еще одна частая причина – в районах старой застройки городские улицы недостаточно широки, чтобы протянуть под ними газоснабжающие линии высокого давления. Ведь чем выше давление перемещающегося по трубопроводу газа, тем более значительная дистанция необходима между коммуникациями и соседними постройками.

Потребность в ступенчатой схеме газоснабжения также вызвана технологическими требованиями к присоединению и монтажу газорегуляторных установок, устанавливаемых на зданиях.

Типы городских сетей согласно назначения

Территории городских районов оборудуются наиболее разветвленной сетью газоснабжающих коммуникаций.

В состав снабжающего природным газом городского комплекса входят следующие типы газопроводов:

• распределительные, проводящие газ под различным (фактически необходимым) давлением. Обеспечивают транспортировку по обслуживаемой территории;
• ответвления абонентские, снабжающие газом от распределительных магистралей  конкретных абонентов;
• внутридомовые и внутрицеховые.

Проектируемая для города схема распределительных газовых коммуникаций, направляющих газ под средним и высоким давлением, образует общую сеть. Со спецификой разработки проекта для газификации частного дома ознакомит предложенная нами статья.

Шкафной регуляторный пункт газоснабжения используется на конечных потребляющих сетях мощностью не более 1800 кубометров в час. Он способен уменьшить давление до 2 кПа

Т.е. коммунальным потребителям, котельным и промышленным объектам природный газ поставляется по общей газораспределительной сети. Построение отдельных магистральных сетей для коммунально-бытовых, либо промышленных потребителей невыгодно  с позиции экономики.

При выборе планировочных решений для городского газоснабжения учитывается планировка и размеры города, плотность населения и застройки, потребности электростанций и промышленных объектов. В расчет принимаются перспективы будущего развития города, наличие крупных препятствий (искусственных, естественных) для ведения газопроводных коммуникаций.

Что ещё учитывается при расчёте газопроводной магистрали

В результате трения о стенки скорость газа по сечению трубы различается – по центру она быстрее. Однако применяется для расчётов средний показатель – одна условная скорость.

Различают два вида перемещения по трубам: ламинарное (струйное, характерное для труб с малым диаметром) и турбулентное (имеет неупорядоченный характер движения с непроизвольным образованием вихрей в любом месте широкой трубы).

Расчет диаметра трубопровода магистрального газоснабжения

Газ перемещается не только из-за оказываемого на него внешнего давления. Его слои оказывают давление между собой. Поэтому учитывается и фактор гидростатического напора.

На скорость перемещения влияют и материалы труб. Так в стальных трубах в процессе эксплуатации увеличивается шероховатость внутренних стенок и оси сужаются по причине зарастания. Полиэтиленовые трубы, наоборот, увеличиваются во внутреннем диаметре с уменьшением толщины стенок. Всё это учитывается при расчётном давлении.

.1 Определение пропускной способности сложного газопровода

Для расчета сложной трубопроводной системы согласно рисунку 1 и данным
таблицы 1 воспользуемся методом замены на эквивалентный простой газопровод. Для
этого на основании уравнения теоретического расхода для установившегося
изотермического течения составим уравнение для эквивалентного газопровода и
запишем уравнение.

Таблица 1

Номер индекса i	Наружный диаметр Di , мм	Толщина стенки δi , мм	Длина участка Li , км
1	508	9,52	34
2	377	7	27
3	426	9	17
4	426	9	12
5	377	7	8
6	377	7	9
7	377	7	28
8	630	10	17
9	529	9	27

Рисунок 1 – Схема трубопровода

Для участка l1 запишем
формулу расхода:

 (1.1)

В узловой точке р1 газовый поток разделяется на две нитки: l2 –l4 –l6 иl3 –l5 –l7 далее в точке р6 эти ветви
объединяются. Считаем, что в первой ветке расход Q1 , а на второй ветке Q2.

Для ветви l2 –l4 –l6:

 (1.2)

 (1.3)

 (1.4)

Просуммируем
попарно (1.2), (1.3) и (1.4), получим:

 (1.5)

Для
ветви l3 –l5 –l7:

 (1.6)

 (1.7)

 (1.8)

Просуммируем
попарно (1.6), (1.7) и (1.8), получим:

 (1.9)

Выразим
из выражений (1.5) и (1.9) Q1 и Q2 соответственно:

 (1.10)

 (1.11)

Расход
по параллельному участку равен: Q=Q1+Q2.

 (1.12)

Разность
квадратов давлений для параллельного участка равна:

 (1.13)

Для
ветви l8-l9 запишем:

 (1.14)

Просуммируя (1.1), (1.13) и (1.14), получим:

 (1.15)

Из
последнего выражения можно определить пропускную способность системы. С учетом
формулы расхода для эквивалентного газопровода:

 (1.16)

Найдем соотношение, которое позволяет при заданном LЭК или DЭК найти другой геометрический размер газопровода

 (1.17)

Для того, чтобы определить длину эквивалентного газопровода, построим
развертку системы. Для этого построим все нити сложного трубопровода в одном
направлении, сохраняя структуру системы. В качестве длины эквивалентного
трубопровода примем самую протяженную составляющую газопровода от его начала до
конца, согласно рисунку 2.

Рисунок 2 – Развертка трубопроводной системы

По результатам построения в качестве длины эквивалентного трубопровода
примем длину, равную сумме участков l1 –l3 –l5 –l7 –l8 –l9. Тогда LЭК=131км.

Для расчетов примем следующие допущения: считаем, что течение газа в
трубопроводе подчиняется квадратичному закону сопротивления. Поэтому
коэффициент гидравлического сопротивления рассчитываем по формуле:

 , (1.18)

где k – эквивалентная шероховатость стенок
трубы, мм;

D –
внутренний диаметр трубы, мм.

Для магистральных газопроводов без подкладных колец дополнительные
местные сопротивления (арматура, переходы) обычно не превышают 2-5% от потерь
на трение. Поэтому для технических расчетов за расчетный коэффициент
гидравлического сопротивления принимается величина:

 (1.19)

Для
дальнейшего расчета примем , k=0,5.

Рассчитаем
коэффициент гидравлического сопротивления для всех участков трубопроводной
сети, результаты занесем в таблицу 2.

Таблица
2

Номер индекса i	Наружный диаметр Di , мм	Толщина стенки δi , мм	Коэффициент гидравлического сопротивления, λтр
1	508	9,52	0,019419
2	377	7	0,020611
3	426	9	0,020135
4	426	9	0,020135
5	377	7	0,020611
6	377	7	0,020611
7	377	7	0,020611
8	630	10	0,018578
9	529	9	0,019248

В расчетах используем среднюю плотность газа по трубопроводной системе,
которую рассчитаем из условий сжимаемости газа при среднем давлении.

Среднее давление по системе при заданных условия составляет:

 (1.20)

Для определения коэффициента сжимаемости по номограмме необходимо
рассчитать приведенную температуру и давление по формулам:

 , (1.21)

 , (1.22)

где T, p – температура и давление при рабочих условиях;

Ткр , ркр – абсолютные критическая температура и давление.

Согласно приложению В: Ткр=190,9 К, ркр =4,649 МПа.

Далее
по номограмме расчета коэффициента сжимаемости природного газа определяемz =
0,88.

Среднюю
плотность газа определим по формуле:

 (1.23)

Для
расчета расхода по газопроводу необходимо определить параметр А:

 (1.24)

Найдем
:

Найдем
расход газа по системе:

 (1.25)

 (1.26)

Основные разновидности газопроводов

Существует три вида магистралей. Первая — это газопровод низкого давления. Для такой системы максимально допустимое давление составляет 5 кПа. Чаще всего этот тип прокладывается в небольших населенных пунктах. Также он используется для газоснабжения медицинских учреждений, жилых построек, детских и общественных сооружений.

Для второй разновидности — магистрали среднего давления — поток топлива может подаваться с силой до 0,3 МПа. Сфера применения этого типа ограничивается обеспечением газом квартальных и районных регуляторных станций.

Что касается магистрали высокого давления, то она предназначена для подвода топлива к крупным промышленным предприятиям. Для владельцев частных домов такое решение неактуально. Ведь в коттедж газ подается при помощи трубы, давление в которой не превышает отметку 5 кПа.

Подробно о параметрах давления и классификации газопроводных сетей по его значению написано в статье, с содержанием которой мы рекомендуем ознакомиться.