Падение давления, низкое давление: как считать
Для сетей низкого давления (до 0,005 МПа) СП 42-101-2003 даёт формулу (4): P_н − P_к = 626,1·λ·Q₀²·ρ₀·l/d⁵, Па, где Q₀ — расход при нормальных условиях, м³/ч, ρ₀ — плотность газа при 0 °C и 0,101325 МПа, кг/м³, d — внутренний диаметр, см, l — расчётная длина, м. Коэффициент 626,1 = 10⁶/(162π²) — это уравнение Дарси — Вейсбаха, свёрнутое под единицы газовиков; коэффициент трения λ находят по числу Рейнольдса Re = 0,0354·Q₀/(d·ν) и шероховатости стенки (формулы 5–11). Расчётную длину берут с местными сопротивлениями: точно по формуле (12) или прибавкой 5–10 % к фактической (3.30).
Пример: Сталь 57×3 (внутренний диаметр 51 мм), 20 м³/ч природного газа (ρ₀ 0,73 кг/м³, ν 1,43·10⁻⁵ м²/с), длина 100 м плюс 10 % на местные сопротивления — расчётная 110 м. Re = 0,0354·20/(5,1·1,43·10⁻⁵) = 9 708 — течение турбулентное; для новой стали (n = 0,01 см) Re·n/d = 19 < 23, стенка гидравлически гладкая, λ = 0,3164/Re^0,25 = 0,0319. Потери 186 Па = 18,6 даПа — 1,86 Па на метр, при допустимых 180 даПа на всю сеть (3.25: 120 на распределительные газопроводы и 60 на вводы и внутренние). Скорость 2,72 м/с при пределе 7 м/с.
Та же труба после десяти лет эксплуатации (n = 0,1 см) переходит в шероховатый режим: λ = 0,0444, потери 25,9 даПа — на треть больше. Удвоение расхода до 40 м³/ч даёт 69,7 даПа и скорость 5,44 м/с — квадратичная зависимость; переход на сталь 76×3 (d = 70 мм) снижает потери до 4,1 даПа — пятая степень диаметра. Для полиэтилена ПЭ 63×5,8 (d 51,4 мм, n 0,0007) при том же расходе — 17,9 даПа.
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 всю сеть и 7 м/с.
Стальные трубы табл. Б.1: потери 20 м³/ч на 100 м
Пятая степень диаметра: каждый шаг сортамента снижает потери в 2–4 раза.
Влияние шероховатости стенки
Новая, годовалая и старая сталь против полиэтилена — при одном расходе и проходе.
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 подставляйте при нормальных условиях (0 °C, 0,101325 МПа) — так же, как считают счётчики с коррекцией и таблицы номинальных расходов приборов.
- Внутренний диаметр — в сантиметрах: у стали 57×3 это 5,1 см; ошибка в единице даёт разницу в 10⁵ раз в d⁵.
- Шероховатость новой стали 0,01 см, после года — 0,02, после 10 лет — 0,1; проектируйте на эксплуатационную, а не на новую трубу.
- Сумма потерь от ГРП до самого дальнего прибора — не более 180 даПа; на ввод и внутреннюю разводку остаётся 60 даПа, отсюда часто получаются трубы больше расчётных.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе газопровода; водяные сети считаются в гидравлическом расчёте трубопровода, арматура — в расчёте Kv для газа и пара.
- 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.
- Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления — формулы коэффициента трения для гладких и шероховатых труб. Недра. 1982.
- ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водогазопроводные» и ГОСТ 10704-91 «Трубы стальные электросварные прямошовные» — сортамент стальных газопроводов. Госстандарт. 1991.
