КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По теме:
«ГАЗОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ»
Нижний Новгород-2009
1. Расчётинжекционной газовой горелки среднего давления
– Низшая теплота сгорания природного газа:
/>
/>
– Удельный вес природного газа:
/>
/>
– Теоретически необходимое количество воздуха для полногосжигания /> природного газа:
/>
/>
– Горелка среднего давления должна инжектировать всёнеобходимое для горения количество воздуха, равное:
/>
/>
– Скорость воздуха газовоздушной смеси из насадка горелкидолжна быть меньше скорости распространения пламени для смеси данного газа приминимальном расходе газа горелкой.
Скорость воздуха газовоздушной смеси – />
Температура газовоздушной смеси на выходе из устья горелки />, />/>.
– Удельный вес газовоздушной смеси:
/>
/>
/> — удельный вес воздуха
– Энергия потока газовоздушной смеси, выходящей из устьягорелки в топку, составит:
/>
/>
– Площадь выходного отверстия насадка горелки:
/>
/>; />
Тогда />
– Диаметр выходного сечения:
/>
/>
Принимаем />
– Площадь входного сечения насадка горелки:
/>
/>
– Скорость газовоздушной смеси:
/>
/>
– Диаметр равен:
/>; />
– Суммарные потери энергии в сужающемся насадке:
/>
/>
– Диаметр горла (смесителя):
/>
/>
– Площадь сечения смесителя горелки:
/>
/>
– Скорость газовоздушной смеси в смесителе горелки при />:
/>
/>
– Потери энергии в диффузоре:
/>
/>
– Затраты энергии на инжекцию воздуха в связи с изменениемскорости воздуха от /> до />:
/>
/>
– Скорость выхода газа из сопла:
/>
/>
– Потери энергии при изменении скорости газа от /> до />:
/>
/>
– Суммарные затраты энергии в газогорелочном устройстве:
/>
/>
– Располагаемая энергия струи газа на выходе из сопла:
/>
/>
Должна удовлетворять условию
/>
/>
– Необходимое давление газа перед горелкой равно:
/>
где /> — коэффициентрасхода сопла
/>
– Площадь сечения сопла:
/>
/>
– Диаметр сопла определится:
/>
/>
Расстояние от выступающих частей газовых горелок до стен илидругих частей здания, сооружения и оборудования должно быть не менее 1 мпо горизонтали.
Длина горловины горелки равна:
/>
/>
Длина диффузора:
/>
/>
/>
Площадь сечения для прохода воздуха во встречный насадок прискорости />:
/>
/>
Диаметр сечения для прохода воздуха во встречный насадок:
/>
/>
Длина сечения равна:
/>
где />
/>2. Общие требования к газопроводам промышленного предприятия
Открытая прокладка газопроводов предусматривается на несгораемыхопорах, креплениях к конструкциям зданий, каркасам и площадкам газоиспользующихустановок, котлов и т.п.
Стальные газопроводы должны быть защищены от коррозии.
Расстояние от газопровода до строительных конструкций,технологического оборудования и коммуникаций следует принимать из условияобеспечения возможности его монтажа и их эксплуатации, до кабелейэлектроснабжения – в соответствии с ПУЭ.
При прокладке газопроводов через конструкции зданий и сооруженийгазопроводы следует заключать в футляр. Пространство между газопроводом ифутляром на всю его длину необходимо заделывать просмоленной паклей, резиновымивтулками или другими эластичными материалами. Пространство между стеной ифутляром следует тщательно заделывать цементным или бетонным раствором на всютолщину пересекаемой конструкции.
Края футляров должны быть на одном уровне с поверхностямипересекаемых конструкций стен и не менее чем на 50 мм выше поверхностипола.3. Подбор оборудования ГРП
Для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне всистемах газоснабжения должны предусматриваться газорегуляторные пункты ГРП.
По давлению газа ГРП подразделяются на:
– с входным давлением до 0,6 МПа;
– с входным давлением св. 0,6 МПа до 1,2 МПа.
Отдельно стоящие ГРП размещать с учетом исключения их поврежденияот наезда транспорта, стихийных бедствий, урагана и др. В пределах охраннойзоны ГРП устанавливаем ограждения из металлической сетки, высотой 1,6 м.
При размещении ГРП необходимо обеспечить свободные подъездные путис твердым покрытием для транспорта, в том числе аварийных и пожарных машин.
Оборудование, размещаемое в помещениях ГРП, должно быть доступнодля ремонта и обслуживания, ширина основных проходов между оборудованием идругими предметами должна быть не менее 0,8 м, а между параллельнымирядами оборудования – не менее 0,4 м.
В помещениях категории А полы должны быть безыскровыми,конструкции окон и дверей должны исключать образование искр.
Стены необходимо предусматривать противопожарными I типа,газонепроницаемыми, они должны опираться на фундамент.
Двери ГРП предусматривать противопожарными и открывающимисянаружу.
В состав оборудования ГРП входят:
– запорная арматура;
– регуляторы давления;
– предохранительно-запорные клапаны (ПЗК);
– предохранительные сбросные клапаны (ПСК);
– приборы замера расхода газа;
– приборы КИП.
Газовое оборудование в газорегулирующих блоках ГРП располагать вследующей последовательности:
– общий запорный орган с ручным управлением для полногоотключения ГРП;
– фильтр или группа фильтров с байпасами или без них;
– расходомер (камерная диафрагма с дифманометрами, газовыйсчетчик). Газовый счетчик может быть установлен после регулятора давления нанизкой стороне в зависимости от принятой схемы газоснабжения;
– предохранительный запорный клапан (ПЗК);
– регулятор давления газа;
– предохранительный сбросной клапан (ПСК) после регулятора.
В ГРП следует предусматривать продувочные газопроводы:
– на входном газопроводе – после первого отключающегоустройства;
– на байпасе (обводном газопроводе) – между двумяотключающими устройствами;
– на участках газопровода – с оборудованием, отключаемым дляпроизводства профилактического осмотра и ремонта.
Продувочные и сбросные газопроводы должны иметь минимальное числоповоротов. На концах продувочных и сбросных газопроводов предусматриваютустройства, исключающие попадание атмосферных осадков в эти газопроводы.4. Подбор регулятора давления
Регулятор давления автоматически снижает давление газа иподдерживает его «после себя» постоянным на заданном уровне независимо от расходаи колебаний давления на выходе.
Принимаем РДБК1-Ду 100/50 (прил. 8 [5])
1. Диаметр условного прохода входного фланца />;
2. Площадь седла клапана равна:
/>
3. Коэффициент расхода (по паспорту) />;
4. Отношение />
5. Поправочный множитель />принимаемравным 1;
6. Искомая пропускная способность регулятора:
/>ч
/>
Пределы устойчивости работы регулятора:
/>
/>
Для создания нормальных условий работы, регулятор должен бытьзагружен при требуемой пропускной способности не более чем на 80%, а при минимальномрасходе не менее чем на 10%, т.е. должно выполняться условие:
/>
Проверим, выполняется ли это условие:
/>, условие выполняется, значит, подобранныйрегулятор обеспечивает устойчивую работу.
5. Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов/>кПа
m-масса расчетного газа, вышедшего в результате расчетнойаварии в помещение,
НТ – теплота сгорания, Дж/кг,
Р0– начальное давление в помещении, кПа, Р0=101кПа,
z-коэффициент участия горючего во взрыве, z=0,5,
Vсв=35,88 – свободный объем помещения, м3,
Ρв – плотность воздуха до взрыва, кг/м3,
ср – теплоемкость воздуха, ср= 1,017кДж/(кгК),
Т0– начальная температура воздуха, К,
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещенияи неадиабатичность процесса горения, Кн =3,
m=(Vа+Vг)*ρ, кг
Vа – объем газа, вышедшего из аппарата, м3,
Vт – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3
Где Vт=V1т+V2т,
V1т = q*τ – объем газа, вышедшего из трубопровода до егоотключения, м3
V2т =/> — объемгаза, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3
q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическимрегламентом в зависимости от давления в трубопроводе, диаметра, температурыгазовой среды, м3/с
τ =120 – время, за которое происходит истечение, с
Pт – максимальное давление в трубопроводе потехническому регламенту, кПа
r – внутренний радиус трубопроводов, м
L – длина трубопроводов от аппарата до задвижки, м
Для />:
/>, кг/с
φ =0,8 – коэффициент истечения
к=1,3 – коэффициент адиабаты
f=/>
f=/> м
Т = 293 К
R – газовая постоянная,
/>
μ – молярная масса
/>
μ = 16*0,827+28*0,06+44*0,003+58*0,001+72*0,002+28*0,07+
+44*0,001=17,25
/>Дж/кг*К
Для />: />
/>, кг/с
/>, значит,
/>
/> кг/с
V1т = 120*0,0635=7,62 м3
V2т=/>м3
Vг=7,62+0,97=8,59 м3
m=(7,62+8,59)*0,85=13,77 м3
Тогда,
/>
Помещение относится к категории А по взрывоопасности. горючие газы(ГГ), легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки не более 28Св таком количестве. что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушныесмеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давлениевзрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способныевзрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг сдругом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещениипревышает 5 кПа.6. Подбор предохранительных клапанов
В ГРП устанавливают два предохранительных клапана: запорный исбросной.
Запорный клапан устанавливают до регулятора давления по ходу газаи настраивают на предельно допустимое повышение и понижение давления зарегулятором. Запорный клапан автоматически отключает подачу газа передрегулятором в случае резкого повышения или понижения давления газа за регулятором.
Сбросной клапан предназначен для предотвращения срабатываниязапорного клапана при незначительном повышении давления за регулятором.
Принимаем клапан предохранительный ПКН-50, клапан сброснойпредохранительный пружинный, мембранный ПСК №104 СППКЧР – 50 -16.7. Подбор фильтров
Для очистки газа от механических примесей и пыли применяют фильтрызаводского изготовления, в паспортах которых должны указываться их пропускнаяспособность при различных входных рабочих давлениях и потери давления вфильтрах.
Фильтрующие материалы должны обеспечивать требуемую очистку газа,не образовывать с ним химических соединений и не разрушаться от постоянноговоздействия газа.
При выборе фильтроввеличина потерь давления в них во избежание разрыва кассет и сеток не должнапревышать максимально допустимых значений: 5000Па для сетчатых фильтров и 10000Па для волосяных.
К установке принимаемволосяной фильтр ФВ-150.
Потери давления вфильтрах в зависимости от количества газа, проходящего через них, принимают пографику, прил. 15 [5]
/>
где: ΔРгр– падение давления принимаемое по графику, мм в.ст.; ΔРгр = 300 ммв.ст
Q – суммарный расход газа напром. предприятие; Q = 6450 м3/ч;
Qгр – расход газапринимаемый по графику, м3/ч; Qгр = 3000 м3/ч
/> – удельный вес газа,кг/м3;
Р – абсолютное давлениегаза проходящего перед фильтром, ата. Р = 5 ата.
/>
ПЗК должен обеспечивать 25%от рабочего давления, а ПСК-15%.
3800*1,25=4750 мм вод.ст.
3800*1,15=4370 мм вод.ст.
Фильтры, устанавливаемые в ГРП должны иметь устройства дляопределения перепада давления в нем, характеризующего степень засоренностифильтрующей кассеты при максимальном расходе газа.
8. Расчетная схема газопотребления
Разбиваем сеть газоснабжения на участки и сводим в таблицу 1.
Таблица 1. Участки газораспределитльной сети завода№ Наименование участка Длина участка, м
Расход газа на участке, м3/ч 1 Участок №1 13 6450 2 Участок №2 111 3250 3 Участок №3 51 3000 4 Участок №4 57 1100 5 Участок №5 34,5 2100 6 Участок №6 17 600 7 Участок №7 28 250
Расчет распределительных газопроводов производится в следующемпорядке.
Составляется расчетная схема газоотдачи сети, на которойопределяют расчетные участки, их фактическую длину в км и расчетные расходыгаза на каждом участке сети.
Устанавливают начальное и конечное давление газа в распределительныхгазопроводах. За начальное принимается выходное давление Г.Р.П. Рн= 5кгс/см2. Конечное давление зависти от работы регуляторов давленияГ.Р.П. и газового оборудования у потребителей.
Расчетная схема газоотдачи внутризаводской сети приведена на рисунке1.
Для учета местных сопротивлений в газопроводах определяютрасчетную длину газопроводов на каждом участке, (км):
Lp=lф·1,1
Расчет газопроводов на участках выполняется по формуле:
/>,
Где Рн и Рк – начальное иконечное давление, кгс/см2;
Qp — расчетный расход газа,м3/ч;
d – диаметр газопровода, см;
для практических расчетов газопроводов среднего давления можетбыть использована номограмма [13, рисунок 25]. Принимают значение:
/>
Для определения диаметров газопроводов и значения α накаждом участке сети используют расчетные расходы газа по участкам сети и αср:
/>,
Где Рк1 – конечное давление у самого дальнегопотребителя газа, кгс/см2;
Рн1 – начальное давление у источника газоснабжения, кгс/см2;
lф – фактическая длина газопровода от источникапитания до самого дальнего потребителя, км.
Конечное давление газа на участке, кгс/см2:
/>
Найденное для участка 1 конечное давление будет являться начальнымдля участков 2, 3 и т.д.
Определим расчетные длины участков газопровода, а результаты сведемв таблицу 2.
Таблица 2. Расчетные длины участков газопровода№ Наименование участка Длина участка фактическая, км Длина участка расчетная, км 1 Участок №1 0,013 0,0143 2 Участок №2 0,111 0,1221 3 Участок №3 0,051 0,0561 4 Участок №4 0,057 0,0627 5 Участок №5 0,0345 0,03795 6 Участок №6 0,0017 0,00187 7 Участок №7 0,028 0,0308
Необходимое давление газа в газопроводах у потребителей приведенов таблице 3.
Таблица 3. Необходимое давление газа в газопроводах у потребителей№ Наименование цеха
Давление газа, кгс/см2 1 Котельная 1 2 Механический цех 0,9 3 Ремонтный цех 0,8 4 Конверторный цех 0,7 5 Мартеновский цех 0,6
Определим αср по начальному давлению газа у Г.Р.П.Рн1=1 кгс/см2 и конечному давлению газа в газопроводе унаиболее удаленного потребителя – цех №5 Рк1=0,6 кгс/см2.
Диаметры газопроводов можно определить по формуле:
/>, мм
Q – расход газа из табл. 1
t=20 0С
Для участка от города до Г.Р.П. ρм=0,5 и Wг=25
Для остальных участков ρм=0,1 и Wг=15
Результаты расчета приведены в таблице 4.
Таблица 4. Диаметры газопроводов для участков сети№ Наименование участка Диаметр газопровода 1 от города до ГРП 159х3,5 2 Участок №1 426х6,0 3 Участок №2 325х5,0 4 Участок №3 325х5,0 5 Участок №4 219х3,5 6 Участок №5 273х4.0 7 Участок №6 127х4,0 8 Участок №7 127х3,0
Общие требования безопасности
1. Проектная схема газовых сетей должна обеспечивать их безопасную инадежную эксплуатацию, транспортирование газа с заданными параметрами подавлению и расходу.
2. Газоиспользующее оборудование, автоматика безопасности ирегулирования процесса горения газа должны обеспечивать безопасность сжиганиягаза с заданными параметрами по давлению и расходу.
3. При проектировании и строительстве газовых сетей следуетпредусматривать мероприятия по охране окружающей среды, обеспечению пожарнойбезопасности и предупреждению чрезвычайных ситуаций в соответствии сдействующим законодательством.
4. Границы охранных зон газораспределительных сетей и условияиспользования земельных участков, расположенных в их пределах, должнысоответствовать требованиям, установленным законодательством РФ.
Безопасность газовых сетей должна обеспечиваться по следующимосновным направлениям:
· Обеспечение бесперебойного и безопасного транспортирования исжигания газа;
· Обеспечение оперативного отключения потребителей газа и созданиеусловий для локализации аварии;
· Применение средств контроля и средств противоаварийной защиты;
· Обеспечение безопасности обслуживающего персонала в процессеэксплуатации.
5. Трубы, материалы, технические устройства и газоиспользующееоборудование, применяемые в проектной документации на строительство газовыхсетей должны подвергаться оценке соответствия в порядке, установленномЗаконодательством РФ.
6. Материалы, из которых изготавливается газоиспользующееоборудование, должны соответствовать назначению и быть способными выдерживатьтехнические, химические и тепловые условия работы газоиспользующегооборудования.
Расчеты газопроводов на прочность и устойчивость должныпроизводиться с сочетанием всех нагрузок, действующих на газопровод, с учетомвремени и направления их действия.
Установку запорной арматуры на наружных газопроводах следуетпредусматривать:
– Перед отдельно стоящими или блокированными зданиями;
– Перед наружным газоиспользующим оборудованием;
– Перед газорегуляторными пунктами;
– На выходе из ГРП, закольцованных газопроводов;
– На ответвлениях от газопроводов к группам зданий;
– При пересечении железных дорог общей сети и автомобильных дорог I и II категорий.
Установку запорной арматуры на внутренних газопроводах следуетпредусматривать:
– На вводе газопровода в помещение котельной или производственногоздания при размещении в нем ГРУ или газового счетчика;
– Перед газовыми счетчиками;
– На ответвлениях к газоиспользующему оборудованию и КИП;
– Перед горелками и запальниками газоиспользующего оборудования;
– На продувочных газопроводах.
Газоиспользующее оборудование должно оснащаться системой технологическихзащит, прекращающих подачу газа в случаях:
– Погасание факела горелки;
– Отклонение давления газа перед горелкой за пределы устойчивойработы;
– Понижения давления воздуха ниже допустимого (для двухпроводныхгорелок);
– Уменьшение разрежения в топке (кроме топок, работающих поднаддувом);
– Прекращение подачи электроэнергии при исчезновении напряжения наустройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения;
– Отсутствие факела на защитно-запальном устройстве.
Список литературы
1. Ионин А.А. Газоснабжение. Учеб. для вузов. – е изд.,перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1989 – 439 с.
2. СНиП 42–01–2002 Газораспределительные системы. М.: ГосстройРоссии, ГУП ЦПП, 2003.
3. СП 42–101–2003 Общие положения по проектированию и строительствугазораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. М.: ЗАО«Полимергаз», 2003.
4. СНиП 23–01–99 Строительная климатология.
5. Фалалеев Ю.П. Системы газоснабжения. Н. Новгород, 1993– 99 с.
6. СП 42–102–96 Свод правил по применению стальных труб длястроительства систем газоснабжения.