4.1. Методи проектних та експлуатаційних розрахунків мереж газопостачання високого та середнього тиску

Теоретичною базою гідравлічних розрахунків газопроводів є рівняння газової динаміки, які описують залежність між геометричними параметрами трубопроводу (внутрішній діаметр і довжина), фізичними та термодинамічними властивостями газу (густина, в'язкість, коефіцієнт стисливості), витратою газу і втратами тиску в газопроводі.

При проведенні інженерних розрахунків газопроводів населених пунктів рух газу прийнято вважати усталеним (стаціонарним) та ізотермічним.

При русі газу в газопроводах високого і середнього тиску має місце помітне зменшення тиску по довжині внаслідок подолання газом гідравлічних опорів. Гідравлічні опори підрозділяються на лінійні (пропорційні довжині газопроводу) і місцеві.

Зміна тиску газу по довжині трубопроводу спричинює зміну густини газу, а відповідно і зміну швидкості руху газу. Зміна кінетичної енергії газу викликає перерозподіл складових енергії газу і тим самим впливає на результати гідравлічного розрахунку газопроводів.

При русі газу по рельєфному газопроводу подолання газом різниці геодезичних позначок точок траси спричинює додаткові втрати енергії і тим самим впливає на результати гідравлічних розрахунків газопроводів.

Таким чином, загалом при гідравлічних розрахунках газопроводів високого і середнього тиску необхідно враховувати такі чинники:

- втрати енергії на подолання лінійних гідравлічних опорів;

- втрати енергії на подолання місцевих гідравлічних опорів;

- втрати енергії на зміну швидкості руху газу;

- втрати енергії на подолання різниці геодезичних позначок точок траси.

Система рівнянь для гідравлічного розрахунку газопроводів

Вихідна система рівнянь, на якій базується гідравлічний розрахунок газопроводів, включає:

закон збереження енергії у формі рівняння Бернуллі у диференціальному вигляді:

(4.1)

де Р - абсолютний тиск газу; р - розрахункова густина газу, α - коефіцієнт кінетичної енергії, який враховує зміну швидкості газу по діаметру труби, w - осереднена по перерізу труби швидкість руху газу,

g- прискорення сили тяжіння, h - геодезична позначка довільної точки траси, Р_τ - втрати тискувід тертя;

закон збереження маси газу (при відсутності шляхового відбору газу) у формі рівняння нерозривності потоку:

М=ρQ=ρwF=соnst (4.2)

де М - масова витрата газу; Q - об'ємна витрата газу у довільному перерізі газопроводу; F- площа поперечного перерізу газопроводу;

рівняння стану реального газу:

(4.3)

де z - коефіцієнт стисливості газу; R - газова стала;

Т - термодинамічна температура газу, К.

Складові рівняння Бернуллі у формі (4.1) мають такий енергетичний зміст:

- питома потенціальна енергія тиску газу;

gdh - питома потенціальна енергія положення газу;

- питома кінетична енергія газу;

питомі втрати енергії на подолання гідравлічних

опорів у трубопроводі.

Для визначення питомих втрат енергії на подолання гідравлічних опорів при русі реального газу в трубопроводі використовується рівняння Дарсі – Вейсбаха.

де λ- коефіцієнт гідравлічного опору, функція режиму руху газу, що характеризується величиною числа Рейнольда Rе, і стану внутрішньої поверхні труби, який характеризується абсолютною еквівалентною шорсткістю поверхні труби k_е.

Спільне розв'язування рівнянь (4.1)-(4.4) за певних припущень дає змогу одержати формули для гідравлічних розрахунків газопроводів високого, середнього і низького тиску.