Методическое пособие 468

		2		2
Q = A		pн	− pк		D5		k	p .	(2.26)
		λоL			o

Коэффициент расхода однониточного газопровода с различными диаметрами:

kp =

1

n

l

1 ,

(2.27)

∑

i

2

i=1 L

kpi

где

k

=

λ D5

pi

o

i

λ D5 .

i

o

Полагая, что абсолютная шероховатость труб одинаковая (для новых труб), с учетом (2.8) имеем

	2,6
	Di
kpi =		(2.28)
	Do .

2.2.2 Параллельное соединение газопроводов

Под параллельным соединением понимается такая система газопроводов, которая имеет общие начальную и конечную точку, а также одинаковые давления в начале и конце для всех трубопроводов системы. В реальных условиях длины параллельных ниток могут быть различными. Для расчета используем следующие зависимости.

19

Рисунок 2.4 - Параллельное соединение трубопроводов

Для эквивалентного газопровода:

Dэ5

= ∑n

Di5

(2.29)

λ

L

э

i=1

λ

L .

э

i

i

Если l1 =l2 =... = L = Lэ , тогда

= ∑n

Dэ5

Di5

λэ

i=1

λi .

(2.30)

В квадратичной зоне течения газа одинаковой

шероховатости (одинаковые λ ) имеем

= ∑n

Dэ5,2

Di5,2

,

(2.31)

L

э

i=1

L

i

= ∑n

Dэ5,2

Di5,2 .

(2.32)

i=1

20

Если диаметры всех ниток одинаковые и равны D, то ряд заменяется произведением. Тогда для переходной зоны

Dэ5

= n

D5

, Dэ = n0,4 D ;

(2.33)

для квадратичной зоны

D = n0,385 D

D5,2

= D5,2

,

.

(2.34)

э

i

э

Расход по системе будет

D5

p2 − p2

Q = A p2

− p2

э

= A

н

к

D5

λэLэ

н

к

λэLэ

э ; (2.35)

при одинаковых D

Q = nQi .

(2.36)

Коэффициент расхода (при одинаковых длинах) равен

k p = ∑n k pi .	(2.37)
i=1

При этом общий расход в системе

		p2	− p2
Q = A		н		к	D5		k	p .	(2.38)
		λэL			o

Количество газа, перекачиваемого по любой нитке параллельной системы:

21

	Q =Q	k pi
		k p .		(2.39)
	i

2.2.3 Газопровод постоянного диаметра с путевыми отборами (подкачками) газа

Расчетная схема такого газопровода выглядит следующим образом

Рисунок 2.5 - Схема газопровода постоянного диаметра с путевыми отборами и подкачками

На основании формулы расхода, исключая давление в узловых точках, можно записать

pк2 − pн2 =	1		∑n Qi2λili .	(2.40)
	2	5
	A D		i=1

В данном случае целесообразно для приведения сложного газопровода к простому воспользоваться методом

эквивалентного расхода, а именно (L = ∑n li )

								i=1
	p2	− p2	=	1	Q2λ	L	.	(2.41)
				A2 D5
	к	н			э э
					22

Из уравнения (2.41) выражаем Qэ :

Q	=		∑n Qi2λili
			i=1	.		(2.42)
	Э		λэL

Для квадратичного закона сопротивления

Q =		∑n Qi2li
		i=1	.		(2.43)
Э		L

Давление в узловых точках можно найти по зависимостям

			1		m
pн2	− pm2 =				∑Qi2λili ;	(2.44)
			2	5
			A D		i=1
pm2	− pн2 =		1		∑n Qi2λili .	(2.45)
			2	5
			A D		i=m+1

Для расчета параметров сложного газопровода с путевыми отборами и подкачками газа служат уравнения (2.44), (2.45). По ним можно найти давления, если заданы диаметры по участкам. Целесообразно диаметры назначать пропорционально расходам на участках таким образом, чтобы линия падения давления приближалась к параболе (к закону простого газопровода). Это позволит дополнительные местные сопротивления в местах смены диаметров свести к

23

минимуму. Для простого газопровода на основании формулы расхода можно написать (см. рис. 2.6 , правый верхний угол):

Рисунок 2.6 - Давление в газопроводе с путевыми отборами и подкачками газа

Q

2 λ

p2

− p2

p2

− p2

p2

− p2

=

н

к

=

н

1

=

1

2

=...

A2 D5

L

x

x

2

− x

1

1

p2

− p

2

p2

− p

2

p2

− p2

(2.46)

=

2

к

=

1

к

=

н

2

=const .

L − x

2

L − x

x

2

1

24

Примечание: В простом газопроводе разность квадратов давлений в начале и конце любого участка, отнесенная к длине этого участка, есть величина постоянная.

Потребуем, чтобы это свойство простого газопровода выполнялось для сложного:

p2

− p2

p2

− p2

p2

− p2

н

1

=

1

2

=

2

3

=...

l

l

2

l

3

1

p2

− p2

p2

− p2

p2

− p2

(2.47)

=

3

4

=

4

к

=

н

к

.

l4

l5

L

Применив формулу расхода к каждому участку, вместо выражения (2.47) получим

Q2	λ	=		Q2		λ		=	Q	2	λ		=	Q2	λ		=... ,
1	1				2		2		3			3		4		4		(2.48)
	5					5					5				5
D1					D2				D3					D4
					λi		0,2			0,4
Di								Qi
	= D1																	(2.49)
					λ1			Q1		.

Таким образом, можно определить диаметры всех участков, если известен диаметр первого участка. Диаметр первого участка определим из формулы расхода с учетом

(2.47):

2

0,2

2

0,2

D1

Q1

λ1l1

Q1

λ1L

A2 (p

A2 (p

(2.50)

=

2

− p2 )

=

2

− p2 ) .

н

1

н

к

25

При квадратичном законе сопротивления с учетом (2.7)

									0,385
						Qi
				Di = D1						,								(2.51)
						Q1
		2	0,067		(2k)	0,2			0,192			2	0,067		(2k)	0,2	L	0,192
D1 =		Q1					l1			=		Q1
			A2	(pн2 − p12 )									A2	(pн2 − pн2 )				.

Если бы построить газопровод с полученными расчетными диаметрами (D1, D2, D3 и т. д.), то линия падения давления была бы плавной, как в простом газопроводе (пунктирная линия на рис. 2.6).

Стандартные значения диаметров надо подбирать таким образом, чтобы линия падения давления максимально приближалась к теоретической расчетной (сплошная линия) и чтобы выполнялись условия по давлениям рн и рк. Газопроводы переменного диаметра сооружаются тогда, когда отборы (подкачки) значительны и длины участков существенны.

2.3 Контрольные вопросы для защиты курсового проекта

Для выполнения курсового проекта и подготовке к защите необходимо ознакомиться с гидравлическим расчетом, изложенным во второй главе и познакомиться с методикой расчета газопровода низкого давления по СНиП 2.04.08-87. Для защиты курсового проекта необходимо подготовить ответы на следующие вопросы.

1. Для чего выполняется гидравлический расчет газопроводов?

26

2.Теоретическая формула массового расхода газа для установившегося изотермического режима течения в трубопроводе.

3.Вывод зависимости давления в трубопроводе от продольной координаты.

4.Чем отличается среднеинтегральное и среднее давление в трубопроводе?

5.Гидравлический расчет рельефного газопровода.

6.Гидравлический расчет сложного газопровода (основные задачи, методы и подходы).

7.Понятие эквивалентного расхода.

8.Понятие коэффициента расхода.

9.Гидравлический расчет однониточного газопровода

сучастками различного диаметра.

10.Гидравлический расчет газопровода с параллельным соединением ниток.

11.Гидравлический расчет газопровода постоянного диаметра с путевыми отборами (подкачками) газа.

12.Вывод соотношения для расчета среднеинтегрального давления в трубопроводе.

13.Какие законы сопротивления при течении газа в трубопроводе существуют и чем характеризуются?

14.Что характеризует коэффициент расхода?

15.Что характеризует коэффициент гидравлического сопротивления?

16.Как соотносятся объемный и массовый расход?

17.Какое правило зависимости давления и координаты трубопровода характерно для простого газопровода?

18.Какая величина потери давления газа от ГРП или другого регулирующего устройства до наиболее удаленного прибора допускается?

19.Какими величинами давления характеризуются газопроводы низкого, среднего и высокого давления?

20.Как связаны кинематическая и динамическая вязкость и какие они имеют размерности?

27

3 Пример расчета сложного газопровода

В качестве примера приведен расчет сложного газопровода следующего вида (см. рис. 3.1). В работе определяются давления в узловых точках системы, пропускная способность в целом и по участкам трубопровода. Строятся графические зависимости давления от продольной координаты трубопровода.

		p2
		D2, l2
	pн	D1, l1
		p1
		D4, l4

	D3, l3	p3
		D6, l6
		D7, l7	pк
	p4	p5
		D5, l5

Рисунок 3.1 - Схема трубопровода

Задание

Рассчитать пропускную способность сложного газопровода природного газа, схема которого представлена на рис. 3.1. Диаметры и длины участков представлены в табл. 3.1. Начальное давление в системе составляет 4,5 МПа (точка рн), конечное давление в системе равно 1,7 МПа (точка рк). Средняя температура перекачиваемого газа составляет 283К. Шероховатость трубы k=0,5 мм. Найти давления в узловых точках и построить зависимость давления от продольной координаты газопровода по всем участкам.

28