Как устроен гидравлический расчёт газопровода
СП 42-101-2003 собирает весь гидравлический расчёт газораспределительных сетей в п. 3.18–3.40: сначала расчётные расходы — по годовому объёму с коэффициентом часового максимума (формула 1, табл. 2–4) или для жилых домов по номинальным расходам приборов с коэффициентом одновременности (формула 2, табл. 5); затем допустимые потери — 180 даПа на сеть низкого давления (120 на распределительные и 60 на вводы и внутренние) и «в пределах категории» для среднего и высокого; далее падение давления по формулам (3)–(4) с λ по (5)–(11), расчётная длина по (12) или +5–10 %, гидростатический напор (14), проверка скорости (3.38) и предварительный диаметр (15).
Опорный пример серии — ввод низкого давления: 20 м³/ч природного газа (ρ₀ 0,73 кг/м³, ν 1,43·10⁻⁵ м²/с), Сталь 57×3 с проходом 51 мм, 100 м плюс 10 % на местные сопротивления. Re = 9 708, для новой стали стенка гладкая (Re·n/d = 19 < 23), λ = 0,0319, потери 186 Па = 18,6 даПа при допустимых 180, скорость 2,72 м/с при пределе 7. После 10 лет эксплуатации (n = 0,1 см) — λ 0,0444 и 25,9 даПа; полиэтилен ПЭ 63×5,8 — 17,9 даПа. Для среднего давления: 500 м³/ч при 0,2 МПа изб. в трубе Сталь 108×5 на 1 000 м — потери 10,4 кПа, 6,3 м/с.
Расходы: 30 квартир с плитами по 1,2 м³/ч дают расчётные 8,32 м³/ч (K_sim 0,231) вместо 36 установленных; посёлок на 20 тыс. жителей с 3 500 000 м³ в год — 1 522 м³/ч максимального часового (K = 1/2 300). Каждый режим — на своей странице серии; калькулятор ниже содержит сортамент табл. Б.1, таблицы 2, 3 и 5 СП, коэффициенты местных сопротивлений и переключается между режимами кнопками.
Потери и скорость в трубе Сталь 57×3 по расходу
Природный газ, новая сталь, 100 м плюс 10 % на местные сопротивления; норма — 180 даПа на сеть и 7 м/с.
Сортамент табл. Б.1: сталь и полиэтилен при 20 м³/ч на 100 м
Стальные трубы низкого, среднего и высокого давления и полиэтиленовые SDR 11 (до 63) и SDR 17,6 (от 75).
Таблица 5 СП 42-101: коэффициент одновременности
По числу квартир и набору приборов; котлы, ёмкостные водонагреватели и печи — 0,85 независимо от числа квартир.
Таблица 2: коэффициент часового максимума по числу жителей
Q_h = Q_год/знаменатель; третий столбец — для 3 500 000 м³ в год.
Категории давления, скорости и допустимые потери
Границы категорий по СП 62, скорости по 3.38 и потери по 3.24–3.26 СП 42-101.
Расчётные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удалённого прибора) принимаются не более 180 даПа, в том числе в распределительных газопроводах 120 даПа, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах — 60 даПа.— СП 42-101-2003, п. 3.25
Как считать и что проверить
- Расход всегда при нормальных условиях (0 °C, 0,101325 МПа), диаметр внутренний в сантиметрах, давления для среднего и высокого — абсолютные в МПа.
- Порядок: расчётный расход (одновременность или K_h max) → допустимые потери участка → предварительный диаметр (15) → точные потери с λ по (5)–(11) → скорость (3.38) → сортамент табл. Б.1.
- Шероховатость для проекта — эксплуатационная (0,1 см сталь), не паспортная 0,01; полиэтилен — 0,0007 всегда.
- Местные сопротивления: +5–10 % к длине для протяжённых участков, формула (12) или п. 3.35 для внутренних газопроводов с частой арматурой.
Каждый режим разобран на своей странице: падение давления при низком давлении, среднее и высокое давление, диаметр по расходу, скорость газа, коэффициент одновременности, часовой расход по годовому, местные сопротивления, коэффициент трения, полиэтиленовый газопровод. Смежные расчёты — гидравлика водяных трубопроводов и Kv клапана для газа.
- СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб» — расчётные расходы (3.18–3.20, табл. 2–5), допустимые потери (3.25), формулы падения давления (3.27–3.31), скорости (3.38), предварительный диаметр (3.39), сортамент и номограммы (прил. Б). Госстрой России. 2003. ↗ ссылка
- СП 62.13330.2011 «Газораспределительные системы» (актуализированный СНиП 42-01-2002) — категории давления газопроводов, требования к трубам и прокладке. Минрегион России. 2011.
- СНиП 2.04.08-87* «Газоснабжение» — исходные формулы гидравлического расчёта и коэффициентов одновременности, унаследованные СП 42-101. Госстрой СССР. 1987.
- ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия» — плотность, теплота сгорания, число Воббе. Росстандарт. 2014.
- ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные» и ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные» — сортамент стальных газопроводов. Госстандарт. 1991.
- ГОСТ Р 50838-2009 «Трубы из полиэтилена для газопроводов» — ПЭ 80 и ПЭ 100, SDR 11 и SDR 17,6, рабочие давления. Росстандарт. 2009.
- Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления — формулы коэффициента трения для гладких и шероховатых труб. Недра. 1982.
- Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям — коэффициенты местных сопротивлений отводов, тройников, арматуры. Машиностроение. 1992.
