ПРИБЛИЖЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДАХ

О расчётах параметров стационарного течения газа по трубопроводу Текст научной статьи по специальности «Математика»

Рассматриваются математические модели стационарного течения газа по прямолинейному горизонтальному трубопроводу постоянного сечения и предлагается ряд новых простых и в то же время достаточно точных формул для вычисления давления и температуры газа. Для расчётов используется минимальный объём исходных данных. Полученные результаты могут применяться при проектировании и эксплуатации различных объектов газовой промышленности и других отраслей экономики

Похожие темы научных работ по математике , автор научной работы — Лежнёв А. В.

Теоретическое аналитическое решение задачи о стационарном докритическом течении газообразного теплоносителя в разветвлениях трубопроводов теплообменных аппаратов

Параметрическая идентификация трудноопределимых констант математических моделей автоматизированных систем участков магистральных газопроводов

Текст научной работы на тему «О расчётах параметров стационарного течения газа по трубопроводу»

Механика жидкости и газа

УДК 622.692.4 А. В. Лежнёв

О РАСЧЁТАХ ПАРАМЕТРОВ СТАЦИОНАРНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗА ПО ТРУБОПРОВОДУ

Рассматриваются математические модели стационарного течения газа по прямолинейному горизонтальному трубопроводу постоянного сечения и предлагается ряд новых простых и в то же время достаточно точных формул для вычисления давления и температуры газа. Для расчётов используется минимальный объём исходных данных. Полученные результаты могут применяться при проектировании и эксплуатации различных объектов газовой промышленности и других отраслей экономики.

Введение. Одной из задач газовой динамики, представляющей определённый теоретический интерес и имеющей большую практическую значимость, является задача расчёта давления и температуры газа при его течении по трубопроводу. Для расчёта параметров течения газа по трубопроводам существует ряд методик, относящихся, как правило, к стационарным режимам и закреплённых в соответствующих нормативных документах: ГОСТ, ОСТ, ОНТП. Данным методикам расчёта присущи отдельные недостатки, в частности: 1) применение изотермических моделей течения газа, не обладающих в ряде случаев требуемой адекватностью; 2) использование для расчётов средних по длине трубопровода значений температуры, давления и перепада давления, которые, в свою очередь, определяются всем рассчитываемым режимом течения газа; 3) использование некоторых излишних усложняющих модель параметров, не являющихся постоянными и зависящих от рассчитываемых режимов течения. При проведении расчётов указанные особенности приводят к необходимости реализации сложных итерационных вычислений, не приемлемых для инженерных целей.

В настоящей работе рассматривается стационарное течение газа по прямолинейному горизонтальному трубопроводу постоянного сечения. Стационарные модели обладают достаточно высокой степенью адекватности в большинстве штатных ситуаций на промышленных объектах, при которых параметры технологических процессов с течением времени меняются достаточно медленно. Основной целью работы является получение ряда новых простых явных и, в то же время, весьма точных формул для вычисления давления и температуры газа в любой точке трубопровода по известным значениям параметров газа только в его начальной точке.

Описание модели течения газа. Свойства газа будем задавать термическим и калорическим уравнениями состояния:

Р = ргЯТ ; и = СуТ, (1)

в которых Р, р, Т, и — соответственно давление, плотность, абсолютная температура и удельная внутренняя энергия газа; 2 — безразмерный коэффициент сжимаемости газа; Я — газовая постоянная; Су — удельная внутренняя теплоёмкость газа при постоянном объёме. Данное уравнение состояния широко используется в теории систем добычи, подготовки и транспорта газа при описании процессов, не связанных с существенным изменением физикохимических свойств газа. Всюду в настоящей работе значения 2 и Су будем считать постоянными. Данное предположение часто принимается при моделировании течения газа и может быть оправдано тем, что фактически существующая зависимость параметров г и Су природных газов от давления и температуры в рамках реальных производственных условий транспорта газа не носит резко выраженного характера (см., например, данные из [1, 2]). В то же время, предлагаемая в статье методика допускает естественные обобщения на случай переменных г и Су , позволяя выйти за рамки модели идеального газа и давая при этом весьма точные результаты при расчёте параметров газа и решении соответствующих обратных задач.

При описании рассматриваемых процессов течения газа примем следующие типичные предположения, в разумной степени упрощающие модель течения газа и не вносящие значительных искажений в описание общей картины течения в условиях реальных трубопроводов высокого давления (см., например, [3-5]).

1. Характер изменения параметров течения газа считается одномерным вдоль оси трубопровода. Действительно, само понятие трубопровода предполагает, что его внутренний диаметр Б существенно меньше длины Ь (Б

2. Отсутствует учёт вязкости газа. В самом деле, вязкость газа, как и неизбежно присутствующее в любом реальном трубопроводе трение газа о его внутреннюю поверхность, являются диссипативными факторами и в целом влияют на процесс течения «в одном направлении». При этом в силу малости коэффициента вязкости газа даже при высоком давлении [1] влияние трения несоизмеримо более весомо, и учёт вязкости в уравнениях не вносит определяющего вклада в формирование картины течения. Правомерность этого и последующего предположений подтверждается численным анализом соответствующих математических моделей течения газа, проведённым, в частности, при выполнении работы [6]. Данные рассуждения обосновывают традиционный отказ от учёта вязкости при рассмотрении течения газа в трубопроводах. Отметим, что рассматриваемая ситуация принципиально отличается от случая газовых потоков вне жёстких границ (например, при атмосферных явлениях), где пренебрегать эффектами вязкости уже не представляется возможным с сохранением адекватности модели.

3. Отсутствует учёт теплопроводности газа в осевом направлении. Действительно, коэффициент теплопроводности газа исключительно мал [1], и доминирующую роль в изменении температуры газа вдоль оси трубопровода играют процессы конвективной природы и теплообмена газа с окружающей средой. С другой стороны, учёт теплопроводности газа в осевом направлении привносит в уравнение энергии слагаемое, содержащее вторую частную производную температуры по линейной координате, что повышает порядок уравнения и существенно усложняет систему.

В рамках принятых предположений наиболее полная модель течения газа по трубопроводу представляется системой трёх нелинейных дифференциальных уравнений, выражающих фундаментальные физические законы сохранения массы, импульса и энергии в замкнутых системах (см., например, [3, 4]), называемых соответственно уравнениями неразрывности, движения и энергии и имеющих вид

В приведённой записи системы давление Р, плотность р, температура Т и удельная внутренняя энергия и газа являются функциями линейной координаты х е (0; Ь) вдоль оси трубопровода, начало которого соответствует значению х = 0, конец — значению х = Ь, V = у(х) > 0 — средняя по сечению трубопровода скорость течения газа в осевом направлении,

Т* — температура окружающей трубопровод среды, принимаемая постоянной.

Отметим, что второе слагаемое под знаком производной в левой части уравнения движения (3) зачастую записывается в виде (1 + ()р2, где ( — поправка Кориолиса на неравномерность распределения скоростей газа по поперечному сечению [5]. Однако для турбулентного характера течения газа, который присущ реальным трубопроводам высокого давления, эта поправка близка к нулю: (» 0.

Важнейшими параметрами рассматриваемой математической модели течения газа являются коэффициент гидравлического сопротивления 1 и коэффициент теплопередачи а . Члены уравнений с коэффициентом 1 характеризуют влияние на процесс течения трения газа о внутренние стенки трубопровода. Коэффициент 1 (безразмерный) возникает в известной эмпирической формуле Дарси-Вейсбаха, выражающей поверхностную плотность касательных сил

трения на стенке трубопровода в виде /8 (см. [4, 5]). Иными словами, данная формула выражает закон квадратичного сопротивления, справедливый для исключительно широкого

класса течений газа. Слагаемое 4а(Т — Т*)/ О в уравнении энергии характеризует влияние на процесс течения теплообмена газа с окружающей средой, происходящего по закону Ньютона-Фурье, при котором мощность теплового потока через единицу площади поверхности трубопровода пропорциональна с коэффициентом а перепаду температур между газом и окружающей средой. В системе единиц СИ коэффициент а имеет размерность [Вт/(м -град)]. В реальных производственных условиях коэффициенты 1 и а , как правило, не подлежат непосредственному измерению; отдельные вопросы их идентификации рассматривались, в частности, в работах [7-9].

Отметим, что в отдельных как отечественных, так и зарубежных источниках по различным причинам используется некорректная запись уравнения энергии (4), в которой опускается слагаемое с коэффициентом 1, отвечающее за учёт влияния трения на тепловые процессы в трубопроводе. Избежать подобной ошибки можно, если детально проследить вывод уравнений

(2)-(4), исходя из интегральных балансовых соотношений и учитывая, что сила трения, влияющая на изменение импульса порции газа, соответствующим образом влияет и на изменение энергии той же порции газа. Дальнейшие рассмотрения, проводимые в настоящей работе, подтверждают корректность системы (2)-(4).

Преобразование уравнений модели. Из уравнения неразрывности (2) следует, что массовая скорость т = р не зависит от координаты х и является постоянной вдоль всего трубопровода. Соответственно коммерческий расход газа Q (т. е. объёмный расход, приведённый к стандартным условиям РА = 101,325 кПа и ТА = 293,15 °К), наиболее широко используемый в теории и практике газовой промышленности для измерения расходов газа, также является постоянным в силу соотношения

где 5 = рО 2 /4 — площадь поперечного сечения трубопровода.

Уравнения движения (3) и энергии (4) являются весьма сложными для непосредственного решения, поскольку они, в частности, не разрешены относительно производных давления и температуры. Как правило, уравнение движения подвергается упрощению путём отбрасывания

слагаемого рv2 под знаком производной, представляющего скоростной напор потока газа. Конечно, при таком упрощении совершенно естественно согласованным образом упростить и

уравнение энергии, т. е. отбросить слагаемое V2 / 2 под знаком производной в его левой части. В условиях, характерных для реальных трубопроводов высокого давления, проведённые упрощения не приводят к существенному искажению картины течения, поскольку влияние трения на изменение скоростного напора пренебрежимо мало по сравнению с его влиянием на перепад давления. Данный вывод основан на результатах многочисленных физических и численных экспериментов. Отдельные результаты таких расчётов приведены ниже.

Таким образом, уравнения движения и энергии в упрощённом виде могут быть записаны следующим образом:

рх=-а р^, (+р / р))х =-а р — а — т*).

Используя постоянность массовой скорости т , учитывая термическое уравнение состояния газа (1) и вводя обозначение В = , преобразуем полученное уравнение движения к виду

или, после умножения на 2Р ,

Уравнение энергии с учётом уравнений состояния газа может быть преобразовано следующим образом:

ПРИБЛИЖЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В ТРУБОПРОВОДАХ

Как и в гидравлике, расчет течения газа в трубопроводах сводится к определению потерь по длине трубы. По сравнению с течением несжимаемой жидкости течение газа — более сложное явление, связанное прежде всего с изменением параметров газа вдоль трубопровода и, следовательно, с изменением скорости и режима течения газа. На практике используют приближенные методы расчета, основанные на допущениях, правомерность которых подтверждена опытным путем.

При достаточно длинном трубопроводе, даже в случае его теплоизоляции, течение газа происходит при постоянной температуре. Если принять, что Т = const, то постоянной также будет и вязкость, а следовательно, и число Re. С учетом этого потери по длине трубопровода могут быть определены по известной из гидравлики формуле

В эту формулу в отличие от гидравлики подставляется среднее Pi +Р2

значение плотности р_ср = —-—, где pj и р₂ — соответственно плотность газа в начале и конце трубы.

Для круглой трубы

где Q_m — массовый расход, постоянный вдоль потока газа.

Расчеты и опыты показывают, что течение воздуха в трубопроводах носит обычно турбулентный характер и число Re лежит в пределах от 2300 до 10 8 .

Поэтому величину коэффициента X, как и в гидравлике, определяют по формуле

где А — абсолютная шероховатость (высота неровностей стенок трубы);

Если течение газа по трубопроводу происходит под действием

малого перепада давлений, когда 0,9 Ру Pi

делить по формуле (11.6), а при— др /с , соответствующий формуле (11.11). При / °др1

р₀ = const этот график выражает функцию Р= f _с др2 .

Рис. 11.4. Зависимость давления в междроссельной полости от соотношения площадей проходных сечений

Участок ab на графике соответствует его линейной зоне, в которой обычно и работают элементы пневмоавтоматики. Эта зона

лежит приблизительно в пределах величин отношения —;— = 0,3.. .1,2.

На основании материалов этой главы можно заключить, что законы статики и законы движения газов и жидкостей для промышленных пневмосистем практически одинаковы. Поэтому назначение, принцип действия, классификация, терминология и условные обозначения основных элементов пневматических и гидравлических систем аналогичны.

Конструктивные же отличия и применение особых пневмоэлементов (кондиционеров и некоторых пневмоаппаратов) обусловлены особенностями газа как рабочей среды.

Гидравлический расчет газопровода: методы и способы вычисления + пример расчета

Для безопасной и безотказной работы газоснабжения его нужно спроектировать и рассчитать. Важно безупречно подобрать трубы для магистралей всех типов давления, обеспечивающих стабильную поставку газа к приборам.

Чтобы подбор труб, арматуры и оборудования был максимально точным, производят гидравлический расчет трубопровода. Как его сделать? Признайтесь, вы не слишком сведущи в этом вопросе, давайте разбираться.

Мы предлагаем ознакомиться со скрупулезно подобранной и досконально обработанной информацией о вариантах производства гидравлического расчета для газопроводных систем. Использование представленных нами данных обеспечит подачу в приборы голубого топлива с требующимися параметрами давления. Тщательно проверенные данные опираются на регламент нормативной документации.

В статье предельно обстоятельно рассказано о принципах и схемах производства вычислений. Приведен пример выполнения расчетов. В качестве полезного информативного дополнения использованы графические приложения и видео-инструкции.

Специфика гидравлического расчета

Любой выполняемый гидравлический расчет представляет собой определение параметров будущего газопровода. Эта процедура является обязательным, а также одним из важнейших этапов подготовки к строительству. От правильности исчисления зависит, будет ли газопровод функционировать в оптимальном режиме.

При осуществлении каждого гидравлического расчета производится определение:

• необходимого диаметра труб, которые обеспечат эффективную и стабильную транспортировку нужного количества газа;
• будут ли приемлемыми потери давления при перемещении требуемого объема голубого топлива в трубах заданного диаметра.

Потери давления происходят из-за того, что в любом газопроводе существует гидравлическое сопротивление. При неправильном расчете оно может привести к тому, что потребителям не будет хватать газа для нормальной работы на всех режимах или в моменты максимального его потребления.

Эта таблица является результатом гидравлического расчета, проведенного с учетом заданных значений. Для выполнения вычислений потребуется внести конкретные показатели в столбцы.

Начало участка	Конец участка	Расчетный расход м³/ч	Длина газопровода	Внутренний диаметр, см	Начальное давление, Па	Конечное давление, Па	Перепад давления, Па
1	2	31,34	120	9,74	2000,00	1979,33	20,67
2	3	31,34	150	9,74	1979,33	1953,48	25,84
3	4	31,34	180	7,96	1953,48	1872,52	80,96
4	5	29,46	90	7,96	1872,52	1836,2	36,32
5	6	19,68	120	8,2	1836,2	1815,45	20,75
6	7	5,8	100	8,2	1815,45	1813,95	1,5
4	8	9,14	140	5	1872,52	1806,38	66,14
6	9	4,13	70	5	1815,45	1809,83	5,62

Такая операция представляет собой стандартизированную государством процедуру, которая выполняется согласно формулам, требованиям, изложенным в СП 42-101–2003.

Исчисления обязан проводить застройщик. За основу принимаются данные технических условий трубопровода, которые можно получить в своем горгазе.

Газопроводы, требующие выполнения расчетов

Государство требует, чтобы гидравлические вычисления выполнялись для всех типов трубопроводов, относящихся к системе газоснабжения. Так как процессы, происходящие при перемещении газа, всегда одинаковые.

К указанным газопроводам относятся следующие виды:

• низкого давления;
• среднего, высокого давления.

Первые предназначенны для транспортировки топлива к жилым объектам, всевозможным общественным зданиям, бытовым предприятиям. Причем в частных, многоквартирных домах, коттеджах давление газа не должно превышать 3 кПа, на бытовых предприятиях (непроизводственных) этот показатель выше и достигает 5 кПа.

Второй тип трубопроводов предназначен для питания сетей, причем всевозможных, низкого, среднего давления через газорегуляторные пункты, а также осуществляющих подвод газа к отдельным потребителям.

Это могут быть промышленные, сельскохозяйственные, различные коммунальные предприятия и даже отдельно стоящие, или пристроенные к промышленным, здания. Но в двух последних случаях будут существенные ограничения по давлению.

Перечисленные выше виды газопроводов специалисты условно делят на такие категории:

• внутридомовые, внутрицеховые, то есть транспортирующие голубое топливо внутри какого-либо здания и доставляющие его к отдельным агрегатам, приборам;
• абонентские ответвления, использующиеся для поставки газа от какой-то распределительной сети ко всем имеющимся потребителям;
• распределительные, использующиеся для снабжения газом определенных территорий, например, городов, их отдельных районов, промпредприятий. Их конфигурация бывает различной и зависит от особенностей планировки. Давление внутри сети может быть любым предусмотренным — низким, средним, высоким.

Кроме того, гидравлический расчет выполняется для газовых сетей с разным количеством ступеней давления, разновидностей которых много.

Так, для удовлетворения потребностей могут использоваться двухступенчатые сети, работающие с газом, транспортируемым при низком, высоком давлении или низком, среднем. А также нашли применение трехступенчатые и различные многоступенчатые сети. То есть все зависит только от наличия потребителей.

Гидравлическое сопротивление – это основная причина того, что необходимо выполнять данный вид расчета. Причем, оно зависит и от материала трубы

Несмотря на большое разнообразие вариантов газопроводов гидравлический расчет в любом из случаев схож. Так как для изготовления используются элементы конструкции со схожих материалов, а внутри труб происходят одинаковые процессы.

Гидравлическое сопротивление и его роль

Как указывалось выше, основанием для проведения расчета является наличие в каждом газопроводе гидравлического сопротивления.

Оно действует на всю конструкцию трубопровода, а также на отдельные ее части, узлы — тройники, места существенного уменьшения диаметра труб, запорную арматуру, различные клапаны. Это приводит к потере давления транспортируемым газом.

Гидравлическое сопротивление всегда представляет из себя сумму:

• линейного сопротивления, то есть действующего по всей длине конструкции;
• местных сопротивлений, действующих у каждой составляющей части конструкции, где происходит изменение скорости транспортировки газа.

Перечисленные параметры постоянно и существенно влияют на рабочие характеристики каждого газопровода. Поэтому в результате неправильного расчета будут иметь место дополнительные и внушительные финансовые потери по причине того, что проект придется переделывать.

Правила выполнения расчета

Выше указывалось, что процедуру любого гидравлического расчета регламентирует профильный Свод правил с номером 42-101–2003.

Документ свидетельствует, что основным способом выполнения исчисления является использование для этой цели компьютера со специальными программами, позволяющими рассчитать планируемую потерю давления между участками будущего газопровода или нужный диаметр труб.

Любой гидравлический расчет выполняется после создания расчетной схемы, включающей основные показатели. Более того, в соответствующие графы пользователь вносит известные данные

Если нет таких программ или человек считает, что их использование нецелесообразно, то можно применять другие, разрешенные Сводом правил, методы.

К которым относятся:

• расчет по приведенным в СП формулам — это самый сложный способ расчета;
• расчет по, так называемым, номограммам — это более простой вариант, чем использование формул, ведь какие-либо исчисления производить не придется, потому что необходимые данные указаны в специальной таблице и приведены в Своде правил, и их просто нужно подобрать.

Любой из методов расчета приводит к одинаковым результатам. А поэтому вновь построенный газопровод будет способен обеспечить своевременную, бесперебойную подачу планируемого количества топлива даже в часы его максимального использования.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

• плотность газа;
• коэффициент кинетической вязкости;
• температуру газа в своем регионе.

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Использование специальных программ является простейшим способом гидравлического расчета, исключающим поиск и изучение формул для проведения вычислений

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия. Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа.

Из специальной таблицы, приложенной к паспорту изделий, можно узнать сведения о потере давления при подключении приборов к сети

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Таблица с коэффициентами одновременности, данные из которой используются при любом виде расчетов. Достаточно выбрать графу, соответствующую конкретному бытовому прибору, и взять нужную цифру

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Каждая труба имеет шероховатость, что приводит к линейному сопротивлению, которое влияет на процесс перемещения газа. Причем, этот показатель значительно выше у стальных изделий, чем у пластиковых

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

• для всех полиэтиленовых труб, причем независимо новые они или нет, — 0,007 см;
• для уже использовавшихся стальных изделий — 0,1 см;
• для новых стальных конструкций — 0,01 см.

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.

Расчет расхода на ограниченном участке

Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.

Определение данных с помощью программы

Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету.

Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):

1. Количество котлов умножается на производительность каждого из них.
2. Полученное значение умножается на уточненный с помощью специальной таблицы коэффициент одновременности для этого вида потребителей.
3. Количество плит, предназначенных для приготовления пищи, умножается на производительность каждой из них.
4. Полученное после предыдущей операции значение умножается на коэффициент одновременности, взятый из специальной таблицы.
5. Полученные суммы для котлов и плит суммируются.

Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.

Расчет с использованием формул

Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.

А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.

Расчет с помощью формул сложный, поэтому доступный не всем. На картинке изображены формулы для расчета падения давления в сети высокого, среднего и низкого давления и коэффициент гидравлического трения

В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов низкого, среднего и, конечно же, высокого давления. И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.

Вычисления с помощью номограмм

Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом — диаметр трубы и толщину ее стенок.

Номограммы для расчета являются простым способом получения нужных сведений. Достаточно обратиться к строкам, отвечающим заданным характеристикам сети

Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.

Пример выполнения расчета

Приведен пример выполнения гидравлического расчета с помощью программы для газопроводов низкого давления. В предлагаемой таблице желтым цветом выделены все данные, которые проектировщик должен ввести самостоятельно.

Они перечислены в пункте о компьютерном гидравлическом расчете, приведенном выше. Это температура газа, коэффициент кинетической вязкости, плотность.

В данном случае осуществляется расчет для котлов и плит, ввиду этого необходимо прописать точное количество конфорок, которых может быть 2 или 4. Точность важна, ведь программа автоматически выберет коэффициент одновременности.

На картинке желтым цветом выделены колонки, в которые показатели должен ввести сам проектировщик. Внизу приведена формула для расчета расхода на участке

Стоит обратить внимание на нумерацию участков — ее придумывают не самостоятельно, а берут из ранее составленной схемы, где указаны аналогичные цифры.

Далее прописывается фактическая длина газопровода и так называемая расчетная, которая больше. Происходит это потому, что на всех участках, где есть местное сопротивление, необходимо увеличивать длину на 5-10%. Это делается для того, чтобы исключить недостаточное давление газа у потребителей. Программа осуществляет расчет самостоятельно.

Суммарный расход в кубических метрах, для которого предусмотрена отдельная колонка, на каждом участке исчисляется заранее. Если дом многоквартирный, то нужно указывать количество жилья, причем начиная с максимального значения, как видно в соответствующей графе.

В обязательном порядке в таблицу вносятся все элементы газопровода, при прохождении которого теряется давление. В примере указаны клапан термозапорный, отсечной и счетчик. Значение потери в каждом случае бралось в паспорте изделия.

С помощью одной программы можно делать расчеты для всех видов газопроводов. На картинке исчисления для сети среднего давления

Внутренний диаметр трубы указывается согласно техническому заданию, если у горгаза есть какие-то требования, или из ранее составленной схемы. В этом случае на большинстве участков он прописан в размере 5 см, ведь большая часть газопровода идет вдоль фасада, а местный горгаз требует, чтобы диаметр был не меньше.

Если даже поверхностно ознакомиться с приведенным примером выполнения гидравлического расчета, то легко заметить, что, кроме внесенных человеком значений, присутствует большое количество других. Это все результат работы программы, так как после внесения цифр в конкретные колонки, выделенные желтым цветом, для человека работа по расчету закончена.

То есть само вычисление происходит довольно оперативно, после чего с полученными данными можно отправляться на согласование в горгаз своего города.

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик дает возможность понять, с чего начинается гидравлический расчет, откуда проектировщики берут нужные данные:

В следующем ролике приведен пример одного из видов компьютерного расчета:

Далее можно ознакомиться с примером расчета с использованием компьютерной программы:

Чтобы выполнить гидравлический расчет с помощью компьютера, как это позволяет профильный Свод правил, достаточно потратить немного времени на ознакомление с программой и сбор нужных данных.

Но практического значения все это не имеет, так как составление проекта — процедура гораздо более объемная и включает в себя множество других вопросов. Ввиду этого большинству граждан придется обращаться за помощью к специалистам.

Появились вопросы, нашли недочеты или можете дополнить наш материал ценной информацией? Оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом в расположенном ниже блоке.

Источник https://cyberleninka.ru/article/n/o-raschyotah-parametrov-statsionarnogo-techeniya-gaza-po-truboprovodu

Источник https://studref.com/638916/tehnika/priblizhennye_raschety_techeniya_gaza_truboprovodah

Источник https://sovet-ingenera.com/gaz/docs/gidravlicheskij-raschet-gazoprovoda.html