6 Теоретичні основи розрахунку газових мереж низького тиску

До газових мереж низького тиску відносять газопроводи, в яких надлишковий тиск не перевищує 5000 Па. Для елементів систем газопостачання житлового сектору населених пунктів надлишковий тиск не перевищує 3000 Па. Тому максимальний абсолютний тиск в зазначених газових мережах дорівнює

101325+3000=104325 Па.

Це значення тиску газу дуже мало відрізняється від атмосферного тиску, що визначає особливості розрахунку та експлуатації газових мереж низького тиску.

Газові мережі низького тиску характеризуються невеликими втратами тиску по довжині, а отже, і незначними змінами густини газу. Тому при гідравлічному розрахунку газових мереж низького тиску, на відміну від газопроводів високого і середнього тиску, густину газу можна вважати постійною величиною, рівною середньому значенню для умов газових мереж.

Із рівняння нерозривності потоку газу випливає, що при відсутності шляхового відбору газу в газових мережах низького тиску об'ємна витрата газу може бути прийнята сталою величиною:

із при маємо (6.1)

Із рівняння (6.1) випливає, що з точки зору гідродинаміки режими роботи газопроводів низького тиску мають гідравлічні аналогії з трубопроводами для перекачування нафти і нафтопродуктів.

6.1 Одержання узагальненої формули для гідравлічного розрахунку газових мереж низького тиску

Зовнішні мережі низького тиску (вуличні, внутрішньоквартальні, дворові газопроводи) - це складна система газопроводів, яка подає газ численним споживачам, наприклад, житловим будинкам. Витрати газу споживачами приблизно однакові, споживачі розміщені на приблизно однакових відстанях. При виконанні зазначених трьох умов для розрахунку газових мереж низького тиску може бути використана модель газопроводу з рівномірним і безперервним відбором газу по довжині.

Розрахункова схема газопроводу низького тиску при наявності шляхового відбору газу наведена на рисунку 6.1.

Рисунок 6.1 – Розрахункова схема газопроводу низького тиску

Газопровід має довжину і постійний внутрішній діаметр . Позначимо абсолютний тиск на початку газопроводу , у кінці газопроводу . По довжині газопроводу відбувається рівномірний і безперервний відбір газу споживачами, яких надалі будемо називати шляховими споживачами газу.

Вводимо поняття шляхової витрати газу – це витрата газу, яка відбирається розміщеними по довжині газопроводу шляховими споживачами газу. Питома шляхова витрата газу – це витрата газу, яка відбирається шляховими споживачами на одиниці довжини газопроводу

. (6.1)

Транзитна витрата газу - це витрата газу, яка не використовується на даному газопроводі, а проходить по ньому транзитом для використання на далі розміщених (за рухом газу) ділянках газової мережі.

З врахуванням введених позначень об'ємну витрату газу в довільному перерізі газопроводу, розміщеному на відстані від його початку, можна визначити за формулою

. (6.2)

Як вихідне рівняння використовуємо рівняння Бернуллі, записане для горизонтального газопроводу без врахування втрат енергії на зміну швидкості руху газу

. (6.3)

Всі позначення параметрів наведені у розділі 4.

Виражаємо швидкість руху газу у довільному перерізі газопроводу через об'ємну витрату газу з урахуванням формули (6.2)

. (6.4)

Для коефіцієнта гідравлічного опору використаємо узагальнену математичну модель Лейбензона

, (6.5)

де - коефіцієнти математичної моделі, значення яких залежать від гідравлічного режиму руху газу в газопроводі.

Спільно розв'язуємо систему рівнянь (6.3)-(6.5). У результаті одержуємо наступну розрахункову формулу для визначення втрат тиску від тертя в газопроводі низького тиску

. (6.6)

Формулу (6.6) далі будемо називати узагальненою формулою для гідравлічного розрахунку газових мереж низького тиску.

Формула (6.6) має такі часткові випадки:

для тупикової ділянки

, (6.7)

при відсутності шляхового відбору газу

. (6.8)

Формулу (6.6), як і її часткові випадки (6.7) і (6.8), називають узагальненою, тому що її можна використати при різних режимах руху газу. Щоб скористатись зазначеними формулами необхідно попередньо визначити режим руху газу, вибрати відповідні значення коефіцієнтів режиму і підставити у розрахункові формули. Розглянемо вісь чисел Рейнольдса

(рисунок 6.2), під якою покажемо нішу можливих режимів роботи газопроводів різного тиску та значення коефіцієнтів режиму руху газу А і .

Рисунок 6.2 - Cхема для вибору коефіцієнтів А і m в узагальненій