В основе гидравлического расчета газопроводной сети лежит определение оп- тимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск необходимых коли- честв газа при допустимых перепадах давления. Расчет ведется исходя из максималь- но возможных расходов газа в часы максимального газопотребления. При этом учи- тываются часовые расходы газа на нужды производственных (промышленных и сель- скохозяйственных), коммунально-бытовых потребителей, а также на индивидуально- бытовые нужды населения (отопление, горячее водоснабжение). Как правило, при гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давления расчетные расходы газа потребителями принимаются в качестве сосредоточенных нагрузок, для сетей низкого давления учитывается также и равномерно распределенная нагруз- ка. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с уста- новкой газорегуляторных пунктов у каждого потребителя или небольшой группы по- требителей населенного пункта является применимость к ним принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками.
При движении газа по трубопроводам происходит постепенное снижение пер- воначального давления за счет преодоления сил трения и местных сопротивлений:
D p = D p тр + D p м.с.
(12)
Средняя скорость движения газа в трубе
ω = V / F,
где V - объемный расход газа, м3/с; F - площадь поперечного сечения трубы, м3.
(13)
В зависимости от скорости потока, диаметра трубы и вязкости газа течение его может быть ламинарным, т. е. упорядоченным в виде движущихся один относительно другого слоев, и турбулентным, когда в потоке газа возникают завихрения и слои пе- ремешиваются между собой. Режим движения газа характеризуется величиной крите- рия Рейнольдса
Re = ω × D / ν, (14)
где w - скорость потока, м/с; D - диаметр трубопровода, м; n - кинематическая вяз- кость, м2/с.
Интервал перехода ламинарного движения в турбулентное называется крити- ческим и характеризуется Re = 2000–4000. При Re < 2000 течение ламинарное, а при Re > 4000 - турбулентное.
Практически в распределительных газопроводах преобладает турбулентное движение газа. Лишь в газопроводах малого диаметра, например во внутридомовых, при небольших расходах газ течет ламинарно. Течение газа по подземным газопрово- дам считают изотермическим процессом, так как температура грунта вокруг газопро- вода за короткое время протекания газа изменяется мало.
Различают гидравлический расчет сетей низкого давления и среднего (высоко-
го) давления.
При гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давлений, в ко- торых перепады давления значительны, изменение плотности и скорости движения
газа необходимо учитывать, поэтому потери давления на преодоление сил трения в таких газопроводах определяются по формуле
2 2 P 0 V 2 -4 V 2
 |  |  |
P н - P к = 81π λ d 5 ρ0 l = 1,2687 ×10 × λ d 5 ρ0 l,
(15)
где P н и P к – абсолютные давления газа в начале и в конце газопровода, МПа; l – дли- на газопровода, м; V – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях; r0 – плотность га- за при нормальных условиях, кг/м3; P 0 = 0,101325 МПа; d – внутренний диаметр газо- провода, см.
Для сетей низкого давления потери
106 V 2 V 2
P н - P к
= 162π2 λ d 5 ρ0 l = 626,1× λ d 5 ρ0 l,
(16)
где P н – давление в начале газопровода, Па; P к – давление в конце газопровода, Па.
При выполнении гидравлического расчета газопроводов расчетный внутрен- ний диаметр газопровода можно предварительно определять по формуле
d р=,
где d p – расчетный внутренний диаметр, см; A – коэффициент, зависящий от катего- рии сети. Для сети низкого давления A = 106/(162p2) = 626, для сети среднего и высо-
кого давления
A = P 0 Pm 162π2
, откуда P 0 = 0,101325 МПа; Pm – усредненное абсолютное
давление газа в сети, МПа; B, n, m – коэффициенты, зависящие от материала газопро- вода. Для стальных труб B = 0,022, m = 2, n = 5, для полиэтиленовых – B = 0,0446, m = 1,75, n = 4,75; Q 0 – расчетный расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;
D Р уд – удельные потери давления (Па/м – для сетей низкого давления, МПа/м – для сетей среднего и высокого давления), определяемые по формуле
D P уд
=D P доп; 1,1 L
D Р доп – допустимые потери давления (Па – для сетей низкого давления, МПа – для сетей среднего и высокого давления); L – расстояние до самой удаленной точки, м.
Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутрен- них диаметров трубопроводов: ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.
Коэффициент гидравлического трения l определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса,
Re =
V = 0,0354 V
, (17)
9π d ν d ν
где n – коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с, при нормальных условиях; d – внутренний диаметр трубопровода, см; V – расход газа, м3/ч, при нормальных ус- ловиях.
А также в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки газо- провода, определяемой по условию
|
d
(18)
è ø
где n – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных 0,01 см, для бывших в эксплуата- ции стальных – 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007 см, для медных труб – 0,001 см.
В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения l:
для ламинарного режима движения газа при Re £ 2000
λ = 64;
Re
(19)
для критического режима движения газа при Re = 2000–4000
λ = 0,0025 × Re0,333.
(20)
При Re > 4000 в зависимости от выполнения условия (18):
для гидравлически гладкой стенки (неравенство (18) справедливо): при 4000 < Re < 100 000
при Re > 100 000
λ =0,3164;
Re0,25
(21)
(22)
для шероховатых стенок (неравенство (18) несправедливо) при Re > 4000
|
è
68 ö0,25
+ 
|
(23)
Таким образом, при проведении гидравлических расчетов газораспределитель- ной сети учитывается материал газопровода, а также процесс старения трубы, кото- рый выражается в увеличении шероховатости и зарастании стальных труб и неизмен- ности шероховатости в процессе эксплуатации и ползучести полиэтиленовых труб. Ползучесть полиэтиленовой трубы выражается в увеличении внутреннего диаметра на 5 % в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего давления в результате уменьшения толщины стенки трубы.