Определение потерь давления в газопроводах

При движении газа в газопроводе наблюдается снижение его давления вследствие потерь на трение и наличие местных сопротивлений, обуславливающих местное перераспределение давления и, как следствие, его понижение. В газопроводах низкого давления это снижение невелико, причем изменение давления не оказывает заметного влияния на плотность газа, которую при расчетах полагают постоянной.

Совершенно иная картина наблюдается при движении газа в участках газопроводов среднего и высокого давления. Здесь плотность газа заметно снижается по ходу его движения.

Потери давления оцениваются применительно к конкретному участку заводского газопровода, в котором сохраняется постоянный расход газа .

При выполнении расчета принимается, что поток представляет собой изотермическую, квазистационарную идеальную систему. Изменение давления, связанное с преодолением возникающих при движении сил трения,

, (13)

, (14)

. (15)

Здесь при кПаи прикПа.

В выражении формулы (15) индекс «0» указывает, что величина берется при нормальных условиях.

Используя формулы (15) и (14) запишем

. (16)

Подставляя выражение (16) и в соотношение (13) и разделяя переменные, получаем

, (17)

где ;- объемный расход газа, м³/с.

Решение дифференциального уравнения (17) найдем интегрированием при ив пределахи.

Записываем

, (18)

где и- значения давления газ в начале и конце газопровода соответственно, кПа;

- длина расчетного участка;

Па.

Полагая ,, равенство (18) окончательно записываем в виде

. (19)

Равенство (19) справедливо для МПа. При более высоких давлениях газа в газопроводе наблюдается отклонение его свойств от идеального газа и формула (19) требует корректировки путем введения коэффициента сжимаемостиz: z = 0,3-1,05. Тогда,

. (20)

Значение коэффициента сжимаемости в формуле (20) выбирается по и, причем

; (21)

; (22)

, (23)

где ,- абсолютные значения давления и температуры газа в начале расчетного участка.

В случае смеси газов:

; (24)

, (25)

где - объемная доляi-го компонента смеси;

n – число компонентов;

, - абсолютные критические значения давления и температурыi-го компонента.

Для газопроводов низкого давления выражение (19) трансформируется в равенство

. (26)

Здесь , а при низком давлении,.

Коэффициент λ, входящий в (19, 20, 26), принимает следующие значения для различных режимов движения газов:

ламинарного

, (27)

переходного

, (28)

турбулентного

, (29)

где - абсолютная эквивалентная шероховатость трубы (для стальных трубм).

Удельные потери давления вычисляются по формулам (20) и (26). Так для газопроводов низкого давления

. (30)

Потери давления на расчетном участке l: на преодоление местных сопротивлений находятся в соответствии с выражением

. (31)

где - коэффициентi-го местного сопротивления на расчетном участке;

- плотность газа на расчетном участке, кг/м³.

При расчете газопровода потери давления можно выразить через эквивалентную длину прямого участка того же газопровода, потери давления в котором равны потерям давления на местных сопротивлениях:

, (32)

где - эквивалентная длина прямого участка, м:

. (33)

Суммарную потерю давления на i-м участке можно найти по формуле

, (34)

где - приведенная длина участка, м:

. (35)

Следовательно,

(36)

или

. (37)

Итак,

. (38)