Введение. В настоящее время приоритетной задачей компании «Газпром», озвученной президентом Российской Федерации В.В. Путиным, является повышение уровня газификации регионов страны. На 1 января 2019 года средний показатель газификации РФ составляет 68,6 %, в том числе 71,3 % – в городе и 59,4 % – в сельской местности [1]. Системы газоснабжения и газораспределения включают наружные газопроводы высокого, среднего и низкого давлений, обеспечивающие подачу газа от газораспределительных станций до пунктов редуцирования газа и газопроводов-вводов потребителей [2, 3]. Основными направлениями развития системы газоснабжения России является модернизация существующих систем газораспределения и использование альтернативных источников энергии (сжиженного природного газа, компримированного природного газа и сжиженного углеводородного газа) [4…6]. Одним из перспективных направлений развития систем газоснабжения, получившим широкое применение в странах Европейского Союза, является получение и распределение биогаза [7…10].Основной задачей при проектировании сетей газораспределения является определение диаметра трубопроводов, при этом необходимо провести большой перечень расчетов. Для проектирования и строительства сложных сетей газораспределения применяют системы автоматизированного проектирования (САПР) [11, 12]. Автоматизация проектирования позволяет добиться повышения производительности труда инженерно-технических работников, связанных с разработкой и проектированием сетей и оборудования систем газоснабжения. Существующие программно-расчетные комплексы предназначены для проектирования и расчета сетей трубопроводов для распределения и подачи природного газа, имеющего постоянный состав согласно ГОСТ 5542-2014 [13…16]. Однако имеются работы, в которых рассматривается автоматизация проектирования систем газоснабжения с использованием сжиженного углеводородного газа [17].При использовании в системах газоснабжения биогаза, имеющего переменный состав и состоящего на 40-70% из метана, появляется необходимость в разработке программного продукта для расчета трубопроводов газообразного топлива различного состава.Методология. Для разработки и написания программного комплекса расчета будем использовать язык программирования Java, который отличается высокой скоростью работы, уровнем надежности и защиты. Для расчета диаметра газопровода будем использовать уравнения гидродинамики: уравнение Дарси, уравнения состояния среды и неразрывности потока газа.Основная часть. Расчет трубопроводов сетей газораспределения основан на определении параметров потока газа: давлении P, плотности ρ и скорости w.Для описания движения потока газа используется уравнение Дарси-Вейсбаха, которое определяет потери давления на преодоление гидравлических сопротивлений на участке газопровода длиной dx [18]: dP=-λdxdρw22, (1)где λ – коэффициент трения, зависит от режима движения газа;d – внутренний диаметр, м;w – скорость движения газа, м/с;ρ – плотность газа, кг/м3.Для определения плотности газа, при изменении давления используют уравнение состояния:ρ=PRT,(2)где R – газовая постоянная;T – абсолютная температура, К.Расход газа определяется уравнением неразрывности:M=ρwF=ρ0Q0,(3)где М – массовый расход, кг/с;F – площадь сечения газопровода, м2;Q0 – объемный расход, приведенный к нормальным условиям, м3/с.Потери давления газа в газопроводах высокого и среднего давления определяются с учетом сжимаемости газа:Pн2-Pк2=P081π2λQ02d5ρ0l=1,2687 10-4λQ02d5ρ0l. (4)Для газопроводов низкого давления потери давления определяются как для несжимаемой жидкости:Pн-Pк=106162π2λQ02d5ρ0l=626,1λQ02d5ρ0l. (5)Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от режима движения газа:– для ламинарного режима Re ≤ 2000λ=64Re; (6)– для критического режима 2000 < Re ≤ 4000λ=0,0025Re0,333; (7)– для турбулентного режима Re > 4000λ=nd+68Re0,25, (8)где n – абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, м.Эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы зависит от материала трубопроводов: для стальных труб – 0,01; для полиэтиленовых труб – 0,002. Потери давления в местных сопротивлениях (отводы, тройники, запорная арматура) учитываются путем увеличения расчетной длины газопроводов на 5…10 %. При расчете надземных и внутренних газопроводов необходимо учитывать степень шума, создаваемого движением газа. Поэтому скорости движения газа должны быть не более: 7 м/с для газопроводов низкого давления; 15 м/с для газопроводов среднего давления; 25 м/с для газопроводов высокого давления.Предварительный диаметр газопровода dp можно определить по формуле в соответствии с СП.42-101-2003:dp=m1ABρ0Q0m∆Pуд,(9)где A, B, m, m1 – коэффициенты, зависящие от категории давления сети и материала трубопровода; Q0 – расход газа на расчетном участке сети при нормальных условиях, м3/ч; ∆Pуд – удельные потери давления (Па/м – для газопроводов низкого давления; МПа/м – для газопроводов среднего и высокого давлений).На основе уравнений 1-9 разработан программный комплекс расчета диаметра газопровода для подачи газа различного состава. Алгоритм программы представлен на рис. 1.Рис. 1. Блок-схема алгоритма работы программы TGV-GASТак как режим движения газа по трубопроводу зависит от физико-химических свойств газа, то начальным этапом расчета в разработанной программе является определение параметров газа (рис. 2). Исходными данными расчета является выбор типа газового топлива и его компонентный состав (% по объему). Определяемыми параметрами являются: динамическая вязкость, плотность при стандартных условиях, низшая теплота сгорания, высшая теплота сгорания, число Воббе.  Рис. 2. Пример работы программы TGV-GAS: расчет параметров газаВторым этапом расчета газопровода сети является гидравлический расчет. Порядок гидравлического расчета следующий (рис. 3).Во вкладке «Гидравлический расчет» на подменю «Категория сети» необходимо выбрать категорию давления сети, а в подменю «Материал газопровода» – материал участка рассчитываемого газопровода. Затем в поле «Допустимые потери давления в сети» необходимо указать соответствующее значение или оставить по умолчанию рекомендуемое значение. В поле «Расход газа при нормальных условиях» необходимо указать расход газа на рассчитываемом участке при температуре 0 °С и атмосферном давлении 760 мм.рт.ст., а в поле «Длина газопровода» – длина рассчитываемого участка. Для выполнения гидравлического расчета необходимо нажать кнопку «Рассчитать». Рис. 3. Пример работы программы TGV-GAS: гидравлический расчетРезультатом гидравлического расчета является расчетное значение внутреннего диаметра трубопровода. Стандартный диаметр газопровода определяется из стандартного ряда трубопроводов: ближайший больший для стальных газопроводов и ближайший меньший для полиэтиленовых.В нижней половине окна также будут выведены расчетные значения скорости газа, число Рейнольдса, удельные потери давления и действительное падение давления на участке газопровода. Следует учитывать, что полученные значения учитывают 10% удлинение газопровода как запас на местные сопротивления.Третьим этапом расчета газопровода является уточнение диаметра с учетом скорости газа. Для изменения автоматически подобранного диаметра необходимо перейти на вкладку программы «Расчет скорости газа» и вручную ввести требуемый диаметр. После нажатия кнопки «Расчет» произойдет перерасчет скорости газа и потерь давления. Если скорость газа окажется выше допустимой скорости в соответствии с СП 42-101-2003, то полученное значение выделится красным цветом. Тогда необходимо увеличить диаметр и произвести перерасчет.На разработанной программе был произведен расчет участка газовой сети длиной 500 м с расходом газа 550 м3/ч для двух видов газа: природного и биогаза (рис. 3). В результате расчета был определен стандартный диаметр трубопровода. Для полиэтиленового газопровода, транспортирующего природный газ, стандартный диаметр составил 140 мм, для газопровода, транспортирующего биогаз – 160 мм. Это объясняется составом газа и соответственно разной плотностью, что влияет на режим движения потока и потери давления.аб Рис. 3. Расчет в программе TGV-GAS: а – расчет трубопровода природного газа; б – расчет трубопровода биогазаВыводы. Разработана программа TGV-GAS, позволяющая на основании известных исходных данных произвести гидравлический расчет и определить необходимый диаметр трубопровода для двух материалов: стали и полиэтилена. Меню программы содержит 3 подменю: параметры газа, гидравлический расчет и расчет скорости газа. Программа учитывает химический состав транспортируемого по трубопроводу газа и может применяться для проектирования сетей газораспределения природного газа, биогаза и других альтернативных газов.