Při projektování potrubí se volba rozměrů potrubí provádí na základě hydraulického výpočtu, který určí vnitřní průměr potrubí, aby prošlo potřebné množství plynu s přijatelnými tlakovými ztrátami nebo naopak tlakovou ztrátou při přepravě požadovaného množství. plynu přes srubové domy daného průměru.
Odolnost proti pohybu plynu v potrubí se skládá z lineárních třecích odporů a lokálních odporů: třecí odpory „fungují“ po celé délce potrubí a lokální se vytvářejí pouze v místech změny rychlosti a směru pohybu plynu (rohy, T-kusy atd.). Podrobné hydraulické výpočty plynovodů se provádějí podle vzorců uvedených v SP 42-101–2003, které zohledňují jak způsob pohybu plynu, tak součinitele hydraulického odporu plynovodů. Zde je uvedena zkrácená verze.
Pro výpočet vnitřního průměru plynovodu použijte vzorec:
dp = (626Аρ0Q0/ΔPsp)1/m1 (5.1)
kde dp je návrhový průměr, cm;
A, t, t1 – koeficienty v závislosti na kategorii sítě (tlaku) a materiálu plynovodu;
Q0 – vypočtený průtok plynu, m3/h, za normálních podmínek;
ΔРу – měrná tlaková ztráta (Pa/m pro nízkotlaké sítě
ΔPsp = ΔPadd /1,1 l (5.2)
Zde ΔРdop je přípustná tlaková ztráta (Pa);
L — vzdálenost k nejvzdálenějšímu bodu, m.
Koeficienty A, t, t1 jsou určeny z níže uvedené tabulky.
Vnitřní průměr plynovodu je převzat ze standardního rozsahu vnitřních průměrů potrubí: nejbližší větší je pro ocelové plynovody a nejbližší menší je pro polyetylenové.
Vypočtená celková tlaková ztráta plynu v nízkotlakých plynovodech (od zdroje dodávky plynu k nejvzdálenějšímu zařízení) je akceptována nejvýše 1,80 kPa (včetně v plynovodech – 1,20 kPa), v přívodních plynovodech a vnitřních plynovodů
Pro výpočet tlakové ztráty je nutné určit takové parametry, jako je Reynoldsovo číslo, které závisí na charakteru pohybu plynu, a koeficient hydraulického tření λ. Reynoldsovo číslo je bezrozměrný poměr, který odráží režim, ve kterém se kapalina nebo plyn pohybuje: laminární nebo turbulentní.
Přechod z laminárního na turbulentní režim nastává při dosažení tzv. kritického Reynoldsova čísla Rekp. Při Re dochází k proudění v laminárním režimu při Re >Reкp může docházet k turbulenci. Kritická hodnota Reynoldsova čísla závisí na konkrétním typu proudění.
Reynoldsovo číslo jako kritérium pro přechod z laminárního na turbulentní proudění a zpět funguje relativně dobře pro tlakové proudění. Při přechodu na volné proudění se přechodová zóna mezi laminárním a turbulentním režimem zvětšuje a použití Reynoldsova čísla jako kritéria není vždy platné.
Reynoldsovo číslo je poměr setrvačných sil působících v proudění k viskózním silám. Reynoldsovo číslo lze také považovat za poměr kinetické energie tekutiny ke ztrátě energie na charakteristické délce.
Reynoldsovo číslo ve vztahu k uhlovodíkovým plynům je určeno následujícím vztahem:
kde Q je průtok plynu, m3/h, za normálních podmínek;
d je vnitřní průměr plynovodu, cm;
ν je koeficient kinematické viskozity plynu za normálních podmínek, m2/s (viz tabulka 2.3).
Průměr plynovodu d musí splňovat podmínku:
kde n je ekvivalentní absolutní drsnost vnitřního povrchu stěny trubky, která se rovná:
• pro nové ocelové – 0,01 cm;
• pro použité ocelové – 0,1 cm;
• pro polyetylen, bez ohledu na provozní dobu – 0,0007 cm.
Součinitel hydraulického tření λ je určen v závislosti na způsobu pohybu plynu plynovodem, charakterizovaný Reynoldsovým číslem.
Pro laminární proudění plynu (Re ≤ 2000):
λ = 64/Re (5.5)
Pro kritický způsob pohybu plynu (Re = 2000–4000): λ = 0,0025 Re0,333 (5.6)
Pokud hodnota Reynoldsova čísla překročí 4000 (Re > 4000), jsou možné následující situace.
Pro hydraulicky hladkou stěnu v poměru 4000
λ = 0,3164/25 Re0,25 (5.7)
Pro Re > 100000 XNUMX:
λ = 1/(1,82 logRe – 1,64)2 (5.8)
Pro hrubé stěny při Re > 4000:
λ = 0,11[(n/d) + (68/Re)]0,25 (5.9)
Po určení výše uvedených parametrů se pokles tlaku pro nízkotlaké sítě vypočítá pomocí vzorce:
Pn – Pk = 626,1λQ2ρ0l/d5 (5.10)
kde Pн je absolutní tlak na začátku plynovodu, Pa;
Pk je absolutní tlak na konci plynovodu, Pa;
λ – koeficient hydraulického tření;
l je odhadovaná délka plynovodu o konstantním průměru, m;
d je vnitřní průměr plynovodu, cm;
ρ0—hustota plynu za normálních podmínek, kg/m3;
Q – spotřeba plynu, m3/h, za normálních podmínek;
Spotřeba plynu v úsecích nízkotlakých externích plynovodů s náklady na cestu plynu by měla být stanovena jako součet nákladů na tranzit a 0,5 nákladů na cestu plynu v daném úseku.
Pokles tlaku v místních odporech (kolena, T-kusy, uzavírací armatury atd.) se zohlední zvýšením skutečné délky plynovodu o 5–10 %.
U vnějších nadzemních a vnitřních plynovodů se odhadovaná délka plynovodů určuje podle vzorce:
l = l1 + (d/100λ)Σξ (5.11)
kde l1 je skutečná délka plynovodu, m;
Σξ je součet místních součinitelů odporu úseku plynovodu;
d je vnitřní průměr plynovodu, cm;
λ je součinitel hydraulického tření, stanovený v závislosti na režimu proudění a hydraulické hladkosti stěn plynovodu.
Lokální hydraulický odpor v plynovodech a z toho vyplývající tlakové ztráty vznikají při změně směru pohybu plynu a také v místech, kde se proudy oddělují a spojují. Zdroje lokálního odporu – přechody z jedné velikosti plynovodu na druhou,
kolena, kolena, T-kusy, kříže, kompenzátory, uzavírací, regulační a pojistné ventily, sběrače kondenzátu, hydraulické ventily a další zařízení vedoucí ke kompresi, expanzi a ohybu proudů plynů. Pokles tlaku v místních odporech uvedených výše lze zohlednit zvýšením projektované délky plynovodu o 5–10 %. Odhadovaná délka vnějšího nadzemního a vnitřního plynovodu
l = l1 + Σξlе (5.12)
kde l1 je skutečná délka plynovodu, m;
Σξ je součet místních součinitelů odporu úseku plynovodu délky l1,
lе je konvenční ekvivalentní délka přímého úseku plynovodu m, na kterém se tlaková ztráta rovná tlakové ztrátě v místním odporu s koeficientem ξ = 1.
Ekvivalentní délka plynovodu v závislosti na režimu pohybu plynu v plynovodu: – pro režim laminárního pohybu
le = 5,5•10-6Q/v (5.13)
— pro kritické podmínky proudění plynu
lе = 12,15 d1,333 vs 0,333/Q0,333 (5.14)
— pro celou oblast turbulentního pohybu plynu
lе = d/[11(ke/d + 1922vd/Q)0,25] (5.15)
Při výpočtu vnitřních nízkotlakých plynovodů pro obytné budovy jsou přípustné tlakové ztráty plynu v důsledku místního odporu, % lineárních ztrát:
• na plynovodech od vstupů do objektu ke stoupačce – 25;
• na vnitřní elektroinstalaci – 450 (s délkou elektroinstalace 1–2 m), 300 (3–4 m), 120 (5–7 m) a 50 (8–12 m),
Přibližné hodnoty součinitele ξ pro nejběžnější typy lokálních odporů jsou uvedeny v tabulce. 5.2.
Pokles tlaku v potrubí kapalné fáze LPG je určen vzorcem:
kde λ je koeficient hydraulického tření (určený vzorcem 5.7);
V je průměrná rychlost pohybu zkapalněných plynů, m/s.
S přihlédnutím k antikavitační rezervě se předpokládají průměrné rychlosti pohybu kapalné fáze:
• v sacích potrubích – ne více než 1,2 m/s;
• v tlakovém potrubí – ne více než 3 m/s.
Při výpočtu nízkotlakých plynovodů se bere v úvahu hydrostatická výška Hg, daPa, určená vzorcem:
Hg = Ѓ>lgh(ρa – ρ0) (5.17)
kde g je tíhové zrychlení, 9,81 m/s2;
h je rozdíl v absolutních výškách počátečního a konečného úseku plynovodu, m;
ρ a — hustota vzduchu, kg/m3, při teplotě 0°C a tlaku 0,10132 MPa;
ρ 0 je hustota plynu za normálních podmínek, kg/m3.
Při provádění hydraulických výpočtů nadzemních a vnitřních plynovodů, s přihlédnutím ke stupni hluku vytvářeného pohybem plynu, by rychlost pohybu plynu měla být brána jako ne více než 7 m/s pro nízkotlaké plynovody, 15 m/s pro středotlaké plynovody, 25 m/s pro vysokotlaké plynovody .
