ВведениеВ настоящее времядобыча природного газа в России составляет около 600 млрд. м3 в год.Всего эксплуатируется около 200 месторождений газа. 90% природного газадобывается в западной Сибири. Потенциальные запасы природного газа натерритории России в оцениваются 240 трлн. м3.В российской федерациигазоснабжение городов и населенных пунктов является одним из приоритетовгосударственной политики при очевидных результатах. Законодательной базойгазификации является Федеральный закон «О газоснабжении в РФ» принятый 31.03.99 г.№69 ФЗ.
Широкая газификация страны обусловленаследующими преимуществами газового топлива в сравнении с другими видамитоплива:
– низкая себестоимость добычи;
– высокое качество и эффективноесжигание;
– наиболее экономически чистоетопливо;
– газосжигающие установки легче поддаютсяавтоматизации;
– повышается санитарно-гигиеническийуровень установок и помещений;
– улучшаются социально-экономическиеусловия жизни населения и т.д.
В Пензенской области также активносооружаются системы газоснабжения населённых пунктов. Ежегодно вводятся вэксплуатацию 700–900 км газовых сетей за счёт разных источниковфинансирования.
Цель данного проекта – разработка системыгазоснабжения района города согласно заданию.
1.Исходные данные
1. Район строительства: г. Саратов.
2. Город снабжаетсяприродным газом месторождения Медвежье.
3. Давление газа вгородской распределительной сети высокого давления 0,3 МПа (изб.).
4. Охват газоснабжением:
· жилых зданий приналичии только бытовых плит: 20%;
· жилых зданий приналичии бытовых плит и ЦГВС: 20%;
· жилых зданий приналичии бытовых плит и проточных водонагревателей: 60%;
· объектов отопления ивентиляции: 100%.
5. Горелка типа ЭНД схарактеристиками:
· Qт = 80 кВт;
· ΔP = 2 кПа;
· α = 0,6.
2. Определение характеристик газа
Согласно задания район города снабжаетсяприродным газом месторождения Медвежье. Состав газа приведён в таблице 1.
Таблица 1 – Состав природного газа месторожденияКомпонент Химическая формула
Количество
компонента,
% по объему
Плотность компонента, кг/м3
Низшая теплота сгорания, кДж/м3
Высшая теплота сгорания, кДж/м3 Метан
СН4 99 0,7168 35840 39860 Этан
С2Н6 0,1 1,3566 36730 70420 Пропан
С3Н8 0,005 2,019 93370 101740 Н-бутан
С4Н10 - 2,703 123770 133980 Пентан
С5Н12 - 3,221 146340 158480 Диоксид углерода
СО2 0,095 1,9768 Азот + редкие газы
N2+… 0,8 1,2505
Определение плотности газа
Плотность газа определяется по формуле
/> (1)
где ri– плотность компонента входящего в смесь, кг/н.м3;
Vi – доля i-того компонента в газе в%об.
/>
Относительная плотность газа по воздухуопределяется по формуле
/> (2)
Определение теплоты сгорания
Теплота сгорания газообразного топливаданного состава определяется по формуле
/> (3)
/> (4)
где Qнс– низшая теплота сгорания горючих компонентов, кДж/н. м3;
Qвс – высшая теплотасгорания горючих компонентов, кДж/н. м3;/>/>
Для полного сгорания органического топливатребуется определённое количество воздуха, определяемое по процентномусодержанию горючих элементов в его составе. Это количество воздуха называетсятеоретическим и необходимым. Коэффициент избытка воздуха α =1. Необходимоеколичество воздуха определяем по следующей формуле:
/> (5)
Определяем теоретический объём продуктовсгорания.
Теоретический объём продуктов сгораниябудем складывать из объёма сухих газов и объёма водяных паров. В состав сухихгазов входят:
-объём трёхатомных газов;
-объём азота.
Теоретический объём продуктов сгоранияопределяется по формуле
/> (6)
Теоретический объём продуктов сгораниятрёхатомных газов
/>=0,01 (CO2+CO+ H2S+ΣmCmHn)= 0,961н.м3/н.м3 (7)
Теоретический объём водяных паров:
/> н.м3/н.м3 (8)
Теоретический объём азота для газов:
/>=7,21н.м3/н.м3 (9)
Полный теоретический объём продуктовсгорания
/>н.м3/н.м3
3. Определение численности населения районагорода
Определяется количество населения,проживающего в каждом квартале газифицируемого населенного пункта, взависимости от плотности жилищного фонда:
N=F·a, (10)
где F-площадьквартала в красных линиях, га;
a – плотность населения, чел./га;
N – количество населения в квартале, чел.
В площадь кварталов включаются площадишкол, детских яслей и садов, предприятия торговли, питания и бытового обслуживаниянаселения, внутриквартальные и микрорайонные зеленые насаждения; не включаютсяплощади улиц, проспектов, площадей, садов, парков и участков, которые не являютсяобычными для жилых массивов.
Таблица 2 – Численность населения районагородаНомер квартала Площадь застройки, Га Плотность нас, чел./га Численность населения, чел. 1 16,4 110 1804 2 17,2 110 1892 3 15,6 110 1716 4 14,2 90 1278 5 8,3 90 747 6 22,4 110 2464 7 35,1 110 3861 8 16,9 90 1521 9 18,8 90 1692 10 18,5 90 1665 11 19,4 90 1746
Общее количество жителей в районепроектирования N=20386 жителей.4. Определение годовых расчётных расходов газа
В данном подразделеопределяются годовые и расчетные расходы газа на все виды потребления.
Годовые расходы газа используются для планированияколичества газа, которое необходимо доставить проектируемому населенному пункту,а расчетные – для определения диаметров газопроводов.
Для нужд отопления, вентиляции и горячеговодоснабжения расход газа определяется по строительному объему отапливаемых ивентилируемых зданий (по укрупненным показателям).
Расходы газа сосредоточенным потребителям(более 50 м3/ч на ввод) необходимо определить отдельно длякаждого потребителя. При равномерном распределении потребителей с расчетнымирасходами менее 50 м3/ч на ввод (жилые и общественные здания)расход газа определяется по жилым кварталам в целом.
Способ определениярасхода газа по годовым нормам применяется для равномерно распределенныхпотребителей, когда количество устанавливаемых приборов неизвестно.
Годовое потребление газа подсчитываетсядля определенных объектов, а затем суммируется по группам. Условно принятовыделять такие группы:
1.Расход газа населением в квартирах жилых домов для приготовленияпищи и горячей воды.
2.Расход газа предприятиями коммунального хозяйства и общественнымизданиями (бани, больницы, прачечные, хлебозаводы).
3.Расход газа на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилыхи общественных зданий.
4.Расход газа промышленностью.
/> (11)
где yi – степень охватагазоснабжения;
ni – количество единиц использующих газ у i-тогопотребителя.
Qi – норма расходы теплоты на одну условную единицу, Мдж/ год.
Количество условных единиц по категориям потребителей определяетсяпо нормам проектирования.
Определение годового расхода газа на отопление и вентиляцию
Годовой расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественныхзданий определяется по формуле
/> (12)
где k – коэффициент,учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий (принимаем k =0,25);
z – число часов работысистемы вентиляции общественных зданий в течение суток (принимаем z = 16);
k1 – коэффициент,учитывающий расход теплоты на вентиляцию общественных зданий (принимаем k1= 0,6);
q0 – укрупнённыйпоказатель максимального теплового потока на отопление общественных зданий наединицу м3 общей площади, [5] Вт.
A – общая площадь подлежащаяотоплению с использованием газа, м2: вычисляется по формуле
/> (13)
где y4 – охватобъектов отоплением и вентиляцией.
n0 – продолжительностьотопительного периода [4];
η0 – КПДтеплоснабжающей системы, принимаем равным 0,85;
ti – внутренняятемпература отапливаемых помещений, принимаем равной 18 °C;
tср.от – средняятемпература наружного воздуха за отопительный период, принимаем по [4], °C;
tр.от –расчётная температура наружного воздуха для проектирования отопления, принимаемпо [4], °C.
/>
/>
Определение годового расхода газа на ГВС
Годовой расход газа на ГВС определяется по укрупнённым показателямпо формуле
/> (14)
где m – число жителей,пользующихся горячей водой от централизованного ГВС, вычисляем по формуле
/> (15)
где y2 – жилых зданийпри наличии бытовых плит и ЦГВС;
tСS –температура холодной воды в летнее время, принимаем равной 18 °C;
tСW –температура холодной воды в зимнее время, принимаем равной 5 °C;
β – коэффициент снижениясреднечасового расхода воды в летнее время, принимаем равным 0,8;
qh – укрупнённыйпоказатель расхода теплоты, принимаем равным 378 Вт на человека.
/>
/>
Определение суммарного годового и удельного расхода газа.
Суммарный годовой расход газа определяется по формуле
/> (16)
Удельный годовой расход газа определяется по формуле
/> (17)
Определение часовых расходов газа
Часовой расход газа на жилые дома, хозяйственно-бытовые,коммунальные и производственные нужды определяется по формуле
/> (18)
где khmax – коэффициент часовогомаксимума, принимаем согласно [6].
Часовой расход газа на отопление и вентиляцию определяется поформуле
/> (19)
Часовой расход газа на ГВС жилых иобщественных зданий вычисляется по формуле
/> (20)
Расчёт часовых расходов газа сведён втаблицу 5.
Таблица 5 – Расчётные расходы газапотребителями района городаПотребители
Годовой расход м3/год
Коэффициент часового максимума, Khmax
Расчётный расход, м3/час Жилые дома 3913931,1 1,00/2300 1761,4 Учебные заведения Мелкие предприятия Больница Бани 842171,647 1,00/2700 311,92 Прачечная 242113,875 1,00/2900 83,49 Столовая и ресторан 338406,662 1,00/2000 169,20 Хлебозавод 571844,591 1,00/6000 95,31 Котельная 10848966,017 -/- 4694,67
Сумма 5354,59 м3/ч
Удельный часовой расход газа определяетсяпо формуле
/> (21)5. Система и схема газоснабжения
Наличие в районе городапотребителей двух параметров определяет необходимость выбора двухступенчатойсистемы газоснабжения, она экономична, надёжна, проста в эксплуатации инаиболее распространена в городах с населением до 100 тысяч жителей.
В качестве первой ступениприменяются газопроводы высокого давления второй категории, в качестве второйступени – газопроводы низкого давления.
По газопроводам первойступени газ подаётся к сосредоточенным потребителям (котельной, прачечной, хлебозаводу),а также к ГРП где редуцируется до низкого давления и по газопроводам второйступени направляется к бытовым и коммунальное – бытовым потребителям.
Схема системыгазоснабжения зависит от количества и исполнения сетевых ГРП, от трассировкигазопроводов, от требований к надёжности газоснабжения.
В данном случае схемадвухступенчатой системы представлена кольцевыми сетями высокого и низкогодавления и ГРП в отдельно стоящем здании.
Трассировка газопроводовпроводится с учётом следующих основных данных:
– должнывыдерживаться минимально допустимые расстояния от газопроводов до зданий исооружений;
– протяжённостьгазопроводов должна быть минимальной;
– длина ответвленийк потребителям, по возможности не должна превышать 200 м;
– необходимостремиться чтобы участки низкого давления имели двухсторонний отбор газа, ит.д.6. Распределение потребителей газа подавлению
Потребители с нагрузкойдо 50 м3/ч подключаются к сети низкого давления, а с нагрузкойболее 50 м3/ч подключаются к сети высокого давления.
Распределениепотребителей по давлению газа приведено в таблице 6.
Таблица 6 – Распределениепотребителей по давлению газаПотребители
Расход газа, м3/ч низкого давления среднего давления Жилые здания 1930,6 - Столовые и рестораны Больница Учебные заведения Мелкие предприятия Бани - 311,92 Прачечная - 83,49 Хлебозавод - 95,31 Котельная - 4694,67 ГРП - 1930,6 Итого 1930,6 7116,03
Удельный часовой расходгаза низкого давления определяется по формуле
/> (22)
Удельный часовой расходгаза среднего давления определяется по формуле
/> (23)
КП-2069059-270109-051332-09 7.Гидравлический расчёт сети низкого давления
Целью гидравлическогорасчёта является определение диаметров труб на участках сети и давления газа веё узлах.
Расчётная схема сетинизкого давления приведена на рисунке 1.
Определение удельныхпутевых расходов газа.
Газоснабжаемая территорияразбивается на зоны, с одинаковой плотностью населения, которые питаются отопределённых контуров. Длина питательного контура является суммой длин участковпитающих данную зону.
Расчёт сведён в таблицу7.
Таблица 7 – Удельныепутевые расходы газа Номер зоны Кол-во населения, чел
Удельный расход газа, м3/ (час · ч)
Расход газа на зону, м3/ч Длина пит. контура, м
Удельный путевой расход газа, м3/ (ч · м) 1 2 3 4 5 6 1 5103 0,095 483,28 2976 0,162 2 5382 509,70 3160 0,161 3 6690 633,57 1750 0,362 4 3211 304,10 1374 0,221
Проверка: отношениеразности суммы часового расходов газа на зоны и расхода газа на ГРП к суммечасовых расходов газа на зоны должно быть менее 1%.
/> (24)
Определение расчётныхрасходов газа на участках сети низкого давления
Расчётный расход газа научастках сети определяется по формуле
/> (25)
где Qпут.i– путевой расход газа на i-том участке, м3/ч, определяется по формуле
/> (26)
где lф.i– фактическая длина i-того участка, м.
qпут.i – удельный путевойрасход газа для соответствующей зоны, м3/(ч·м).
Таблица 8 – Расчётныерасходы газа на участках сети низкого давленияНомер участка Фактическая длина, м
Удельный путевой расход газа, м3/ (ч · м)
Расход газа, м3/ч Qпут Qтр Qр 1 2 3 4 5 6 1 246 0,162 39,95 713,78 733,75 2 319,9 0,162 51,95 661,83 687,80 3 606 0,162 98,41 563,42 612,63 4 675,4 0,162 109,68 191,31 246,15 5 485,6 0,162 78,86 112,46 151,88 6 285,6 0,162 46,38 66,08 89,27 7 406,9 0,162 66,08 0,00 33,04 8 248,3 0,162 40,32 633,93 654,09 9 425,2 0,161 68,58 565,34 599,63 10 440,3 0,161 71,02 494,32 529,83 11 530,9 0,161 85,63 214,46 257,28 12 459,3 0,161 74,08 140,38 177,42 13 372,3 0,161 60,05 80,33 110,35 14 498 0,161 80,33 0,00 40,16 15 344,6 0,362 124,76 372,11 434,49 16 354,6 0,362 128,38 243,73 307,92 17 478,2 0,362 173,13 70,60 157,16 18 195 0,362 70,60 0,00 35,30 19 463 0,221 102,47 279,86 331,10 20 447,8 0,221 99,11 180,75 230,31 21 426,2 0,221 94,33 86,43 133,59 22 390,5 0,221 86,43 0,00 43,21
Проверка: отношениеразности суммы путевых и транзитных расходов на участках примыкающих к точкепитания и расхода на ГРП к сумме путевых и транзитных расходов газа научастках, примыкающих к точке питания должны быть менее 1%.
/> (27)
Определение диаметров ипотерь давления на участках сети.
Расчётная схема сетинизкого давления приведена на рисунке 1. Исходными данными для расчёта являютсяQр.i., м3/ч, lр.i., м, Δpдоп,Па.
Расчётная длинаопределяется по формуле
/> (28)
Допустимые потеридавления в распределительных сетях низкого давления согласно [6] Δpдоп= 1200 Па.
Расчётный гидравлическийуклон определяется по формуле
/> (29)
Фактические потеридавления на участках сети определяются по формуле
/> (30)
где iф.i.– фактический гидравлический уклон на i-том участке, Па/м;
Расчёт сведён в таблицу9.
Таблица 9 Определениедиаметров и потерь давления на участках сетиНомер участка
Qр, м3/ч
dн*S, мм
lф, м
lр, м
iр, Па/м
iф, Па/м
ΔPф, Па 1 733,75 325х8 246,00 270,60 0,36 0,23 62,24 2 687,80 325х8 319,90 351,89 0,17 59,82 3 612,63 325х8 606,00 666,60 0,14 93,32 4 246,15 219х6 675,40 742,94 0,16 118,87 5 151,88 219х6 485,60 534,16 0,10 53,42 6 89,27 133х4 285,60 314,16 0,33 103,67 7 33,04 108х4 406,90 447,59 0,16 71,61 8 654,09 325х8 248,30 273,13 0,17 46,43 9 599,63 325х8 425,20 467,72 0,37 0,14 65,48 10 529,83 273х7 440,30 484,33 0,27 130,77 11 257,28 219х6 530,90 583,99 0,19 110,96 12 177,42 219х6 459,30 505,23 0,12 60,63 13 110,35 159х4 372,30 409,53 0,22 90,10 14 40,16 114х4 498,00 547,80 0,20 109,56 15 434,49 273х7 344,60 379,06 0,79 0,18 68,23 16 307,92 219х6 354,60 390,06 0,30 117,02 17 157,16 140х4,5 478,20 526,02 0,70 368,21 18 35,30 89х3 195,00 214,50 0,45 96,53 19 331,10 219х6 463,00 509,30 0,67 0,32 162,98 20 230,31 219х6 447,80 492,58 0,15 73,89 21 133,59 159х4 426,20 468,82 0,30 140,65 22 43,21 114х4 390,50 429,55 0,20 85,91
Проверка: отношениеразности суммарных потерь давления по полукольцам к полусумме потерь давления вкольце должно быть менее 10%.
/> (31)
Расчёт на ПЭВМ
Гидравлический расчёт наПЭВМ произведём при помощи программы «KOLTUP». Программа реализует методику,изложенную в [6] и позволяет оптимизировать подбор диаметров на участках сетитак, чтобы гидравлические уклоны на участках были как можно ближе к среднемурасчётному гидравлическому уклону. Результаты расчёта приведены в приложении А.
8. Гидравлический расчётсети среднего давления
Расчётная схема сетиприведена на рисунке 2.
Нейтральная точка выбираетсятак, чтобы выполнялось условие
/> (32)
Отклонение не должнопревышать 10% и рассчитывается по формуле
/> ≤ 10% (33)
Если условие выполнено,то расчётные расходы газа принимаются для дальнейших расчётов.
Определение диаметракольцевого газопровода.
Исходными данными длярасчёта являются Qр.i., м3/ч, lр.i.,м, Δp2, кПа2.
Квадрат потерь давления всети определяется по формуле
/> (34)
где Pн– абсолютно начальное давление в сети, кПа, принимаем 400 кПа;
Pк – абсолютноконечное давление в сети, кПа.
Давления газа в концекаждого участка по ходу движения определяется по формуле
/> (35)
С целью повышениянадёжности газоснабжения потребителей сети выполняются в виде кольца из трубодного диаметра и тупиковых ответвлений к потребителю. Определение диаметракольца ведётся с учётом работы сети в нормальных и аварийных режимах.
Для нормальных режимоврасходы газа у потребителей принимается расчётными. Для аварийных –определяются по формуле
/> (36)
где x– коэффициент снижения расхода при аварии, принимается для ГРП равным 0,85, длякотельной имеющей резервной топливо 0, для всех остальных 0,8.
Средний расчётный расходна кольце определяется по формуле
/> (37)
где j– номер режима.
Невязка кольцаопределяется по формуле
/>≤ 10% (38)
Квадрат перепада давленияопределяется по формуле (34). При этом Pтрк длянормальных режимов принимается равным 300 кПа, для аварийных – 250 кПа.
Расчёт сведём в таблицу10.
Таблица 10 – Определениедиаметра кольцевого газопроводаРежим
Qср, м3/ч lр, м
ΔP2ф, Па2
dнxS, мм I – нормальный 4694,00 938,30 70000 159х4,5 II – нормальный 1877,92 3221,90 70000 140х4,5 I – аварийный 1553,59 2653,20 97500 114х4 II – аварийный 1154,04 2678,50 97500 108х4
Для дальнейшего расчётапринимаем трубу с диаметром 159х4,5 мм.
Расчёт сведём в таблицу11.
Таблица 11 – Определениедавления в характерных точках сети и диаметров тупиковых ответвленийНомер
Qр, м3/ч Lф, м Lр, м
∆Pр^2, Па2 dнар*S мм ∆Pф^2 Рн, Па Рк(ф), Па 1 2786 1578 1735,8 - 159х4,5 30500,00 400,00 359,86 2 855,4 156,9 172,59 - 159х4,5 350,00 359,86 359,37 3 364,7 1071 1178,1 - 159х4,5 100,00 359,37 359,24 4 4330 684,8 753,28 - 159х4,5 38000,00 400,00 349,28 5 4694,7 123,6 135,96 39050,0 114х4 35000,00 359,24 306,68 6 83,5 230 253 39150,0 57х3 1900,00 359,37 356,72 7 1930,6 79,7 87,67 39500,0 89х3 20000,00 359,86 330,91 8 407,2 288,4 317,24 39150,0 57х3 37000 359,37 303,56 9 95,3 389,2 428,12 2150,0 60х3 1900 303,56 300,42 10 311,9 64,9 71,39 2150,0 70х3 1900 303,56 300,42
9. Гидравлический расчётквартальной сети
Под квартальной сетьюпонимается сеть газопроводов от точки подключения к уличной сети до точкиприсоединения газопроводов-вводов в дома. Расчётная схема выполняется на основетрассировки на плане квартала. Расчётная схема приведена на рисунке 7.
Определение расчётныхрасходов газа на участках квартальной сети
Расчётный расход газа научастках квартальной сети определяем согласно [6] по формуле
/> (39)
где Ksim– коэффициент одновременной работы газовых приборов, согласно[6];
qпом – номинальный расходгаза прибором, определяется по формуле
для 4-х кофортных плит /> (40)
для 2-х кофортных плит />
где QТ– тепловая мощность прибора, кВт, принимаемая согласно [1] или по паспортнымданным прибора.
ni – число однотипныхприборов.
По нормам проектированияпринимаем, что в однокомнатной квартире устанавливается 2-х комфортные плиты, ав двух- и более комнатных квартирах – 4-х комфортные плиты.
Расчёт сведён в таблицу12.
Таблица 12 – Определениерасчётных расходов газа на участках квартальной сетиномер участка Число квартир Кол-во приборов Кsim Qd(h) 1 ком. 2 ком. и более ПГ2 ПГ4 ПГ2 ПГ4 1–2 290 290 0,191 67,36 2–3 200 200 0,2 48,64 3–4 155 155 0,204 38,45 4,5 105 105 0,21 26,82 5–6 75 75 0,216 19,70 2–7 90 90 0,212 23,20 7–8 30 30 0,231 8,43 /> /> /> /> /> /> /> /> />
Определение диаметров научастках квартальной сети
Расчёт ведётся аналогичнорасчёту сети низкого давления. Допустимые потери в квартальной сети принимаютсяравными 250 Па. Расчёт сведён в таблицу 13.
Расчётный уклонвычисляется по формуле
/> (41)
Таблица 13 – определениедиаметров на участках квартальной сетиНомер участка Qd(h) dнар*S lф lр iр iф ∆Pф 1 2 3 4 5 6 7 8 1–2 67,36 108х4 18 19,8 1,11 0,7 13,86 2–3 48,64 89х3 32 35,2 0,8 28,16 3–4 38,45 88,5х4 56 61,6 0,8 49,28 4–5 26,82 88,5х4 82 90,2 0,4 36,08 5–6 19,70 70х3 17 18,7 0,6 11,22 2–7 23,20 76х3 99 108,9 0,92 0,5 54,45 7–8 8,43 70х3 147 161,7 0,16 25,872
Проверка: /> 220,3/> 250 (42)
10. Гидравлическийрасчёт внутридомового газопровода
Проектированиевнутридомового газопровода проводилось с учётом следующих условий:
1) Газопровод – вводподключается к квартальной сети;
2) От газопровода ввода кстоякам газопровод прокладывается по наружным стенам здания;
3) Подача газа к газовымприборам осуществляется от стояков устанавливаемых в углах кухонь;
4) Запрещается прокладкагазопроводов по санузлам, ванным комнатам, жилым комнатам;
5) Запорные устройстваустанавливаются на газопроводе – вводе, перед каждым стояком и перед каждымгазовым прибором;
6) При прохождениистроительных конструкций газопровод заключается в футляр;
Расчётная схема приведенана рисунке 8.
Определение расчётныхрасходов газа на участках газопровода
Расчётный расход газаопределяется по формуле (39). Расчёт сведён в таблицу 14.
Таблица 14 – Определение расчётныхрасходов газа на участках газопроводаУчасток 1
Внезапное сужение 0,35
Отвод гнутый, 2 шт. 2 × 0,3 = 0,6
Пробковый кран ∅ 15 4
Σξ = 4,95
Участок 2, 3, 4,5,6
Тройник проходной
Σξ = 1
Участок 7
Тройник поворотный
Пробковый кран ∅ 32
Отвод гнутый, 6 шт.
1,5
2
1,8
Σξ = 5,3
Участок 8
Отвод гнутый, 6 шт. 1,8
Тройник поворотный 1,5
Σξ = 3,3
Участок 9
Σξ = 1,5
Отвод гнутый
Вентиль ∅ 50
0,3
2
Σξ = 2,3
Участок 10 0,3
Задвижка ∅ 50
Отвод гнутый
0,5
0,3
Σξ = 0,8
Допустимые потери давления вовнутридомовом газопроводе принимаем равными 350 Па. Расчёт сведён в таблицу 15
Таблица 14 – Определение расчётныхрасходов газа на участках газопроводаНомер уч-ка Число квартир Кол-во приборов Кsim Qd(h) ПГ2 ПГ4 ПГ2 ПГ4 1 1 - 1 - 1 1,23 2 1 - 1 - 1 1,23 3 2 - 2 - 0,65 1,60 4 3 - 3 - 0,45 1,67 5 4 - 4 - 0,35 1,73 6 5 - 5 - 0,29 1,79 7 6 - 6 - 0,28 2,07 8 12 - 12 - 0,245 3,63 9 18 - 18 - 0,237 5,26 10 18 - 18 - 0,237 5,26
Определение диаметров и потерь давления научастках газопровода
Расчётная длина участков определяется поформуле
/> (43)
где lф.i.– фактическая длина на i-том участке, м;
Σξ – сумма коэффициентов местныхсопротивлений;
lЭξ=1 – эквивалентная длина, соответствующаяместному сопротивлению с ξ=1.
Гидростатическоедавление определяется по формуле
/> (44)
где h– геодезическая разность отметок начала и конца участка, м;
ρв – плотность воздуха, равная 1,293 кг/м3;
ρг – плотность газа, равная 0,748 кг/м3;
Допустимые потери давления вовнутридомовом газопроводе принимаем равными 350 Па. Расчёт сведён в таблицу 15
Таблица 15 – Определение диаметров и потерьдавления на участках газопроводаНомер уч-ка Qd(h) lф ∑ξ lэкв lр dнар*S iф ∆Pф ∆Pгс ∆Pф+(–)∆Pгс 1 1,23 1 4,95 0,75 4,71 21,3х2,8 2,3 10,84 5,40 16,23 2 1,23 1,8 1 0,9 2,70 26,8х2,8 0,7 1,89 9,71 11,60 3 1,60 2,8 1 0,9 3,70 26,8х2,8 1 3,70 15,11 18,81 4 1,67 2,8 1 0,9 3,70 26,8х2,8 1,05 3,89 15,11 18,99 5 1,73 2,8 1 0,9 3,70 26,8х2,8 1,1 4,07 15,11 19,18 6 1,79 2,8 1 0,9 3,70 26,8х2,8 1,2 4,44 15,11 19,55 7 2,07 17,8 5,3 1,05 23,37 33,5х3,2 0,5 11,68 -5,40 6,29 8 3,63 30 3,3 1,1 33,63 42,3х3,2 0,35 11,77 11,77 9 5,26 4,5 2,3 1,2 7,26 48х3,5 0,5 3,63 24,28 27,91 10 5,26 5 0,8 1,5 6,20 57х3 0,2 1,24 1,24 11 1,23 1 4,95 0,75 4,71 21,3х2,8 2,3 10,84 5,40 16,23
Проверка />(45)
где ΔPпр– потери давления в приборе, равные 60 – 80 Па;
1,1 – коэффициент на неучтённые потери.
11. Расчёт, подбор и настройкаоборудования сетевого ГРП
Принципиальная схема ГРП приведена нарисунке 9.
/>
Рисунок 9 – Принципиальная схема ГРП
ГРП структурно состоит из следующихэлементов:
1 – запорное устройство на входе линиирегулирования;
2 – фильтр, предназначен для очистки газаот механических примесей;
3 – предохранительно – запорный клапан,предназначен для «отсечки» подачи газа потребителю в случаях повышения P1 или понижения P2 до пределов настройки ПЗК;
4 – регулятор давления, предназначен дляпонижения давления газа с входного P1 до заданного настраиваемого давления P2 и поддержания давления P2постоянным, независимо от колебания давления P1 иизменения расхода газа в сети;
5 – запорное устройство на выходе с линиирегулирования;
6 – обводной газопровод (байпас), предназначендля подачи газа потребителю при невозможности подачи через линию редуцирования,при этом понижение давления с P1 до P2производится запорным устройством 7 и 8. За давлением P2следят непрерывно по манометру всё время работы через байпас;
9 – кран на сбросном трубопроводе,используется при пусконаладочных работах, после чего пломбируется в открытомположении;
10 – предохранительно – сбросной клапан,предназначен для понижения P2, до заданного при его повышении на 5–15%,путём стравливания части газа в атмосферу через свечу 11.
Подбор регулятора давления
Известно: P1, P2, Qрmax,Qрmin.
/>
P1 = 0,4 МПа абс.,
P2 = 0,15 МПа абс.,
Qрmax = 1930.6 м3/ч,
Qрmin = 0,3 · 1930,6= 579,1 м3/ч.
/> (46)
/>
Предварительно принимаем РДУК2В-50/50 сдиаметром седла клапана 50 мм, площадью седла клапана 19,6 см2и коэффициентом расхода 0,6. Определяем фактическую пропускную способностьрегулятора
/> (47)
где f– площадь седла клапана, см2;
L – коэффициент расхода;
P1 – абсолютное входное давление в МПа;
φ – коэффициент принимаем />;
/>
Приведём условие нормальной работы регулятора
/>(48)
/>(49)
Условие выполняется.
Подбор фильтра
Предварительно принимаем диаметр условногофильтра по диаметру условного прохода регулятора давления.
Фактические потери давления в фильтреопределяются по формуле
/>(50)
/>
Принимаем фильтр чугунный волосяной сусловным проходом по регулятору давления.
Подбор предохранительно-запорного клапана
ПЗК принимается по диаметру условногопрохода регулятора давления. В сетевых ГРП в отдельно стоящих зданияхнаибольшее распространение получили клапаны ПКН. Принимаем клапан ПКН-50
Подбор предохранительно – сбросногоклапана
Кол-во газа, подлежащее сбросуопределяется по формуле
/> (51)
Принимаем клапан типа ПСК-50Н.
Принятый клапан удовлетворяет требованиямпо пропускной способности.
Обоснование диаметра обводного газопровода
Согласно [6] диаметр байпаса должен бытьне менее седла клапана регулятора давления. Принимаем 50 мм.
Обоснование запорной арматуры
В качестве запорной арматуры принимаемзадвижки. Запорная арматурой должна быть предназначена для природного илисжиженного газа и иметь соответствующую запись в паспорте.
Настройка оборудования ГРП
PРД = P2 = 3000 Па (52)
PмаксПЗК = (1,2 –1,25) PРД = 1,25 · 3000 = 3750 Па(53)
PминПЗК = Pминпр+ (200 – 300) = 1000 + 300 = 1300 Па(54)
PПСК = (1,05 – 1,15) PРД= 1,05 · 3000 = 3150 Па.(55)
12. Расчёт газовой горелки
Теоретические основы
Расчет горелок приходится выполнять какпри проектировании новых конструкций (конструктивный расчет), так и в случаеприменения ранее разработанных горелок для новых условий работы (поверочный расчет).
Сопловая часть. Подавляющее большинство горелокработает в условиях докритической скорости истечения газа, т.е. при егоизбыточном давлении не более 85 кПа. При давлении газа перед соплом более 85кПа наступают критические условия истечения. В нерасширяющемся сопле скоростьгаза достигает скорости звука и дальнейшего увеличения ее не происходит. Дляполучения максимальной (сверхзвуковой) скорости следует применять сопло срасширяющимся насадком (сопло Лаваля).
Однако до избыточных давлений 100–150 кПарасширяющийся насадок сопла получается таким малым, что практически те жерезультаты дают обычные сопла, изготовление которых значительно проще.
Истечение газа из отверстия или сопласопровождается двумя явлениями:
- снижением скорости струи из-за наличиясопротивления трения и потерь энергии за счет завихрения потока;
- сжатием струи, заключающимся в том, чтоминимальное сечение ее оказывается меньше, чем сечение отверстия или сопла. Этоимеет место из-за наличия инерции газовых струй при входе в отверстие илисопловой канал.
Тракт воздуха и смеси. При расчете трактадвижения воздуха и смеси в пределах горелки учитываются только местныесопротивления, вызываемые изменениями величины или направления скорости потока.
В горелках полного и частичногопредварительного смешения кроме неизбежных изменений скорости и направленийпотока воздуха и смеси, обусловленных конструкцией горелки, имеют местозначительные потери давления в смесителе, так как наиболее эффективное смешениепроисходит при больших скоростях взаимодействующих струй газа и воздуха.
Как правило, наибольшая потеря давления вкинетических горелках связана с необходимостью создания такой выходнойскорости, которая может обеспечить устойчивую работу горелки без проскоковпламени при заданных минимальных нагрузках.
Для диффузионных горелок и горелок счастичным предварительным смешением, если смесь лежит вне концентрационныхпределов воспламенения, выходная скорость может быть значительно ниже. В-этомслучае она определяется требованиями процесса турбулентной диффузии в топке илиусловиями стабилизации факела
/>
Рисунок 9 – Схема газовой горелки
Расчёт горелки низкого давления
Для расчёта газовой горелки принимаеммощность огнеупорного туннеля равную 80 кВт, Qн = 35522 кДж/м3, плотность газа 0,723 кг/м3,tг=10 °С, Vo=9,07 м3/м3.Коэффициент избытка первичного воздуха α=0,6. Давление газа 2 кПа.
1) Определяем расход газа:
/>
2) Определяем скорость выходагаза из сопла, приняв коэффициент расхода сопла μ=0,9
/>
3) Рассчитываем площадь идиаметр сопла
/>
/>
4) Определяем коэффициентыэжекции
/>
5) Учитывая достаточновысокое давление газа перед горелкой, принимаем эжекционный смесительукороченного типа, с коэффициентом потерь К=3,0
6) Принимаем коэффициентрасхода огневых отверстий головки μ0=0,8 и находим коэффициентсопротивления огневых отверстий
/>
7) Рассчитываемкоэффициент К1, учитывающий потери в головке горелки, принимая температуруподогрева гозовоздушной смеси на выходе из головки горелки Тсм=373К
/>
8) Рассчитываемоптимальное значение суммарной площади выходных отверстий горелки
/>
9) Рассчитываем скоростьвыхода газовоздушной смеси из огневых отверстий
/>
10) Для Wо и α=0,6 значение диаметра огневых отверстий равно d=6 мм; Wотр=2,95 м/с
11) Находим количествоогневых отверстий
/>
12) Шаг отверстийпринимаем S=20 мм, находим длину головки горелки
/>
13) Определяем оптимальныйдиаметр горловины смесителя
/>
Диаметр горловины будет равен
/>
14) Рассчитываем остальныеразмеры смесителя:
– диаметр входного конфузора />
– длина входного конфузора />
– диаметр на выходе из диффузора dд=1,4 dг=135,8
– длина диффузора lд = 3,8 dг = 570 мм
– длина смесителя lсм = 1,6 dг =155,2 мм
– длина эжекционной смесителя lэж = 5,6 dг = 543,2 мм
– Радиус сопряжения конфузора сгорловиной R=2,4 dг = 232,8 мм
– общая длина газовой горелки L= lэж+ lсм=543,2+155,2=698,4
Список использованных источников
1. Ионин А.А. Газоснабжение– М.: Стройиздат, 1989 г. – 439с
2. СНиП 42.01–2002 Газораспределительныесистемы. М.: Стройиздат, 1987 г.
3. Прохоров С.Г. Примерырасчёта газовых горелок. – Пенза: ПГАСА, 2000 г.
4. СНиП 23–01–99Строительная климатология.
5. СНиП 2.04.07–86*Тепловые сети.
6. СП 42–101–2003 Общиеположения по проектированию и строительству газораспределительных систем изметаллических и полимерных труб.
7. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н. Справочникпо газоснабжению и использованию газа – Л.: Недра, 1990 г.
8. Учитель И.Л., Ярошенко В.Н.,Гладких И.И., Капочкин Б.Б. Основы неогеодинамики. Сетигазопроводов как элемент деформационного мониторинга // Одесса,Астропринт, 2001. – 144 с.
9. Капочкин Б.Б., Нагребецкий В.С.,Кучеренко Н.В. Эндогенные причины обрушения строений в г. Одессе. –Материалы 3-ей конференции ОРАН. – Одесса. – 1999 г. – Астропринт.-с. 93–94.
10. СП 42–103–2003:Особенности проектирования наружных газопроводов из полиэтиленовых труб.