2.4. Гидравлический расчет простых газопроводов.

Режимы работы трубопроводов для транспортировки и распределения природного газа могут быть:

- по изменению температуры - изотермические, когда температура газа в каждой точке газопровода и в каждый момент времени постоянная Т( )=const, и неизотермическими, т.е. Т( )=var.

- по изменению пропускной способности - стационарными, когда пропускная способность газопровода в любой точке по длине газопровода и в каждый момент времени постоянна, и неустановившимися.

Режимы системы газоснабжения из-за малых колебаний температуры на линейных участках газопроводов относят к изотермическим(погрешность не более 1%). Эффект дросселирования учитывается только при анализе процессов в замерных и регулирующих устройствах при больших перепадах давления. Для задач проектирования и анализа ряда разнообразных технологических ситуации используются изотермические стационарные модели трубопроводного транспорта и распределения природного газа.

2.4.1. Газопроводы высокого и среднего давления

Установившееся движение газа в газопроводах высокого и среднего давления описывается следующей системой уравнений

1. Уравнение движения (Бернулли)

2. Уравнение баланса количества газа (уравнение неразрывности)

3. Уравнение состояния

,

где z – коэффициент сжимаемости газа.

Пренебрегая вторым и третьим членами первого уравнения, подставляя значения u, и интегрируя, получим

. (2.6)

Откуда

. (2.7)

В соответствии со справочным приложением 5 СНиП 2.04.08-87* гидравлический расчет газопроводов высокого и среднего давления по всей области турбулентного режима движения газа (Rе>4000) следует производить по формуле

, (2.8)

где Р₁ – абсолютное давление газа в начале газопровода, МПа;

Р₂ – то же в конце газопровода, МПа;

- расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

К_Э – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы принимается равной, см: для стальных труб -0,01; для полиэтиленовых труб - 0,002;

D – внутренний диаметр газопровода, см;

- коэффициент кинематической вязкости, м²/с (при температуре О°С и давлении 0,101325 МПа);

- плотность газа, кг/м³ (при температуре О°С и давлении 0,101325 МПа);

Q - расход газа, м³/ч (при температуре О°С и давлении 0,101325 МПа).

Гидравлический расчет газопроводов высокого и среднего давления по всей области турбулентного режима движения газа (Re>4000) можно производить по формуле

, (2.8а)

где Р_Н – абсолютное давление в начале газопровода, МПа;

Р_К – абсолютное давление в конце газопровода, МПа;

- коэффициент гидравлического трения;

L – расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d – внутренний диаметр газопровода, см;

- плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

Q₀ – расход газа при нормальных условиях, м³/ч.

Коэффициент гидравлического трения определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса

, (2.9.)

где - коэффициент кинематической вязкости при нормальных условиях, м²/с;

Q₀, d – обозначения те же, что и в формуле (2.8а)

и гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию

, (2.10)

где Кэ – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы (для новых стальных – 0,01см, для бывших в эксплуатации стальных – 0,1см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007см);

d – обозначение то же, что и в формуле (2.8а).

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения определяется:

- для ламинарного режима движения газа

; (2.11)

- для критического режима движения газа Re=2000-4000

; (2.12)

при Re>4000 – в зависимости от выполнения условия (2.10);

- для гидравлически гладкой стенки, когда неравенство (2.10) справедливо:

- при 4000<Re<100000 по формуле

; (2.13)

- при Re>100000

; (2.14)

для шероховатых стенок, когда неравенство (2.10) несправедливо при Re>4000

, (2.15)

где k_э – обозначение то же, что и в формуле (2.10);

d – обозначение то же, что в формуле (2.8а).