5.3 Методика аналітичного розрахунку газової мережі високого і середнього тиску за нормативною формулою при відомих діаметрах ділянок

Використовуючи теоретичні основи розрахунку газових мереж високого і середнього тиску, що викладені у розділі 4, одержимо формулу, яка рекомендується для гідравлічного розрахунку зазначених газопроводів чинним нормативним документом ДБН В. 2.5-20.

Вище нами одержаний аналітичний вираз для об’ємної витрати газу за нормальних умов

. (5.14)

Вводимо додаткові припущення: температуру газу на ділянці приймаємо рівною нормальній фізичній температурі, а коефіцієнт стисливості газу приймаємо рівним одиниці

, . (5.15)

Із рівняння стану реального газу, записаного для нормальних умов, маємо

. (5.16)

В результаті спільного розв’язування рівнянь (5.14)-(5.16), одержуємо

. (5.17)

Після підстановки моделі Альтшуля (5.8) для коефіцієнта гідравлічного опору в формулу (5.17) і переходу до практичних одиниць вимірювання деяких параметрів одержуємо розрахункову формулу для газових мереж високого і середнього тиску, використання якої рекомендовано ДБН В.2.5-20

. (5.18)

Якщо врахувати додаткові втрати тиску в місцевих опорах, прийнявши їх рівними 10 % від лінійних втрат, то розрахункову формулу можна записати у вигляді

. (5.19)

Індекс „н” при витраті, кінематичній в’язкості і густині газу вказує, що ці параметри відповідають нормальним фізичним умовам.

Слід пам’ятати, що для одержання правильних результатів за нормативною формулою параметри необхідно підставляти у таких одиницях:

• тиск у МПа;

• витрату газу в м³/год;

• довжину ділянки в м;

• внутрішній діаметр газопроводу в см;

• абсолютну еквівалентну шорсткість внутрішньої поверхні труби в см;

• густину газу в кг/м³ ;

• кінематичну в’язкість газу в м²/с.

Формула (5.19) може бути розв’язана відносно кінцевого тиску газу на ділянці і закладена в алгоритм аналітичного розрахунку газових мереж високого і середнього тиску.

Аналіз припущень (5.15) показує, що нормативна формула (5.18) є менш точною, ніж раніше одержана нами основна формула для розрахунку газових мереж високого і середнього тиску. Однак нормативна формула може бути використана при проведенні як проектних, так і експлуатаційних розрахунків газових мереж населених пунктів, тому що її практичне застосування рекомендується чинним нормативним документом ДБН В.2.5-20.

5.4 Методика аналітичного розрахунку газової мережі високого і середнього тиску без застосування номограм

При одноетапному розрахунку газових мереж високого і середнього тиску номограми не використовуються, а розрахунок проводиться виключно аналітичними методами. Такий метод розрахунку вимагає спеціального програмного забезпечення і виконується за допомогою ПЕОМ.

Нижче наведена характеристика розроблених нами обчислювального алгоритму і програмного забезпечення для виконання проектного гідравлічного розрахунку газових мереж високого і середнього тиску.

Вводимо у пам’ять ПЕОМ масив значень стандартних внутрішніх діаметрів труб, які застосовуються для прокладання газових мереж високого і середнього тиску.

Вводимо комплекс вхідних даних, який включає значення абсолютного початого і кінцевого тиску в газовій мережі, фізичні властивості газу, середню температуру газу, максимальну швидкість руху газу, кількість ділянок основного напрямку руху газу.

Спочатку виконуємо гідравлічний розрахунок основного напрямку руху газу. Вводимо масив геометричних довжин і розрахункових витрат газу зазначених ділянок газової мережі.

Гідравлічний розрахунок передбачає виконання однотипних операцій для кожної ділянки. Тому для проведення обчислень у програмі організовується цикл. У межах обчислювального циклу виконуються такі розрахунки.

Приймаємо, що середній тиск на ділянці дорівнює початковому тиску газу в газовій мережі

. (5.20)

За формулою, наведеною в ДБН В.2.5-20, знаходимо необхідне значення внутрішнього діаметра газопроводу

. (5.21)

де - середня температура газу в газовій мережі в К, - середня швидкість руху газу в газовій мережі.

При виконанні гідравлічних розрахунків газових мереж з врахуванням обмеження величини шуму, спричиненого рухом газу, рекомендується приймати такі значення швидкості:

не більше 7 м/с – для газопроводів низького тиску;

не більше 15 м/с – для газопроводів середнього тиску;

не більше 25 м/с – для газопроводів високого тиску.

При розрахунку першого проектного варіанта газової мережі для всіх ділянок основного напрямку, крім останньої, одержане значення діаметра заокруглюємо до найближчого більшого стандартного значення. Для останньої ділянки заокруглення проводиться до найближчого меншого стандартного значення діаметра труби.

Обчислюємо значення параметра для -ої ділянки основного напрямку руху газу

. (5.20)

Знаходимо абсолютний тиск газу у кінці ділянки за формулою

. (5.23)

Уточнюємо середній тиск газу на ділянці

. (5.24)

Якщо розрахований середній тиск газу і попередньо прийнятий тиск відрізняються між собою більше ніж на задану точність розрахунку , то приймаємо

(5.25)

і розрахунок повторюємо, починаючи з формули (5.19).

Після завершення уточнення середнього тиску на ділянці і визначення тиску в її кінці приймаємо, що кінцевий тиск попередньої ділянки дорівнює початковому тиску наступної ділянки. Аналогічно прораховуємо всі ділянки основного напрямку руху газу.

Порівнюємо розрахований тиск газу в кінці останньої ділянки основного напрямку із заданим кінцевим тиском . За наявності значного резерву тиску прораховується другий варіант газової мережі, при якому для двох кінцевих ділянок заокруглення діаметра проводиться до найближчого меншого стандартного значення. Далі прораховуються третій і наступні варіанти. Результати проектного розрахунку газової мережі для всіх варіантів виводяться на друк.

Описаний обчислювальний алгоритм нами реалізований в програмі GMV1, яка дає змогу виконувати проектні гідравлічні розрахунки газопроводів високого і середнього тиску виключно аналітичними методами без застосування номограм.