Белебнев Е.П.

Гомель 2012 г.

1. Гидравлический расчет тупикового и кольцевого газопровода

Произвести расчет газопровода, обеспечивающего природным газом ряд категорий объектов газоснабжения (промышленные предприятия, коммунально-бытовых потребителей, районную отопительную котельную и жилой массив). Газ от магистрального газопровода поступает к газораспределительной сети среднего давления и затем в разветвленный тупиковый газопровод среднего давления, предназначенный для транзита газа к жилому массиву и покрытие коммунально-бытовой и промышленной нагрузок. Подача газа к жилому массиву и далее - в кольцевой газопровод выполнена от ГРП низкого давления.

Исходные данные:

1.1 Расчет разветвленных тупиковых сетей среднего давления до ГРП

газопровод давление гидравлический

Определим расстояние до самого отдаленного от газораспределительной сети потребителя:

Lф1=(1-2)+(2-3)=0,260+0,390=0,65 км.;

Lф2=(1-2)+(2-4)+(4-6)=0,260+0,310 +0,24=0,81 км.;

Lф3=(1-2)+(2-4)+(4-5)=0,260+0,310+0,26=0,83 км.;

Lф3=(1-2)+(2-4)+(4-7)=0,260+0,310+0,06=0,63 км.

Как видно из приведенного выше расчета, расстояние до самого отдаленного от газораспределительной сети потребителя L ф3=0,83 км.

На основании расчетных длин участков и начального давления газа в распределительной сети и давления в газопроводах, подключенных к самому отдаленному от газораспределительной сети потребителю, вычисляется коэффициент (коэффициент потерь по трубопроводу):

= =5,12

По значению и расходу газа на участках определяем диаметр газопровода.

Выбираем диаметр, который обеспечит пропуск заданного расхода газа при полученных . Затем уточняется коэффициент потерь давления, характерный для выбранного диаметра, после чего производится пересчет конечного давления на рассчитываемом участке. Пересчет производим на примере участка (1-2) по формуле:

или МПа.

Уточнение давления для остальных участков производится аналогично.

Гидравлический расчет разветвленной тупиковой сети сводится в таблицу 2.

Расчет окончен, так как конечное давление на каждом из участков газопровода значительно больше необходимого.

1.2 Гидравлический расчет кольцевого газопровода низкого давления

Расход газа на снабжение жилого массива составляет 1400м3/ч. Питание осуществляется по двум полукольцам. Направление движения газа определяется стрелками.

На участке 8-9 весь расчетно-часовой расход газа является транзитным.

Определение удельного расхода газа худ

Vр - общий расчетно- часовой расход газа, Vр=1400м3/ч;

Lр - общая расчетная длина участков, от которых производиться отбор газа потребителям.

Для участка 9-12 lр = lф, а для всех остальных участков lр = lф/2.

худ = Vр ч ? Lр =1400ч2215=0,632 м3/чЧкм

Определение попутных и эквивалентных расходов газа на каждом расчетном участке кольцевого газопровода.

Попутный расход газа:

Эквивалентный расход газа:

Расчетные данные заносятся в таблицу.

Принимаем наиболее вероятное распределение потоков газа от источников питания до самой отдаленной точки сети, при этом, выделяя нулевые точки. Согласно этому распределению газа определяются транзитные vт и расчетно- часовые расходы газа vр. Для участков сети 11-10, 11-12, 12-13, 13-14 транзитные расходы газа равны нулю.

хт9-10=хп10-11

хт9-12=хп11-12+хп12-13

хт9-14=хп13-14

Расчетно- часовые расходы на участках газовой сети с равномерно распределенными расходами определяются по формуле:

Следовательно можно записать:

хр11-12=хэ11-12

хр12-13=хэ21-13

хр31-14=хэ13-14

хр10-11=хэ10-11

хр9-14=хэ9-14+хт9-14

хр9-10=хэ9-10+хт9-10

хр9-12=хэ9-12+хт9-12

Рассчитанные значения расходов газа заносим в таблицу 4.

При расчете суммарные потери давления не должны превышать и быть ниже заданных стандартных значений (минимальной равно 1200Па, максимальное - 3500Па).

Учитывая значения расчетно- часовых расходов газа на участке и уровень потерь по номограмме определяется соответствующий диаметр газопровода и значение удельных потерь давления Hi на каждом расчетном участке. Средние удельные потери давления от ГРП до нулевых точек определяется по формуле:

,

где ДHi - потери давления в распределительных газопроводах от источника питания по полукольцу до нулевых точек. Для первого и второго полукольца ДHi =1200Па;

У lф - суммарная фактическая длина участка газопровода от источника питания по полукольцу до нулевой точки.

Расчет кольцевого трубопровода считаем завершенным, так как суммарные потери давления в полукольцах не превышают заданных стандартных значений.

2. Расчет экзогенератора

Произвести расчет генератора для приготовления богатого очищенного экзогаза производительностью 100 м3. Рабочая температура (задается исходя из условий стойкости жароупорных материалов): в реакторе tР=880?C, в камере сгорания tКС=1150?C. Температура охлажденных в скруббере продуктов сгорания tОПС=25?C. Форма частиц теплоносителя и катализатора - сферическая. Порозность свободного насыпанного слоя: катализатора еОК=0.4, теплоносителя - 0.4.

Кажущаяся плотность катализатора сК=2000 кг/м3. Плотность теплоносителя сТ=3000 кг/м3. Средний размер частиц катализатора и теплоносителя: 1 мм.

Тип катализатора - алюмоникелевый.

Топливо и технологическое сырье - газ с теплотой сгорания: Qнр=30750 kДж/м3. Химический недожог Qз=2160кДж/м3.

Плотность газовой смеси в реакторе ссм=0.321 кг/м3.

Динамическая вязкость газов смеси в реакторе мсм

Плотность продуктов горения в камере сжигания ссмґ=0.33 кг/м3.

Динамическая вязкость продуктов горения в камере сжигания мсмґ

Кинематическая вязкость смеси в реакторе нсм=230•10-6 м2/с.

Кинематическая вязкость продуктов сгорания в камере сжигания нсмґ=240•10-6 м2/с.

Расчетная часть. Принимается для расчета конструкция генератора с кипящим слоем катализатора .

Реактор с катализатором размещается в реторте из жароупорной стали, снизу реторта снабжена газораспределительной решеткой, верхняя часть е расширена с целью уменьшения скорости движения продуктов сгорания и предотвращения уноса катализатора. Кольцевая камера сжигания расположена вокруг реторты.

Для интенсификации теплообмена сжигание производится в слое огнеупорного теплоносителя, теплота в реактор переносится через стенку реторты. Для того, чтобы предотвратить избыточное содержание кислорода в продуктах сгорания газ сжигается при б=0.95.

2.1 Состав продуктов горения топлива

Принимаем к расчету газ с соответствующим составом продуктов горения топлива.

Содержание составляющих продуктов горения

Таблица 2.1.

Всего по сухому воздуху объем продуктов сгорания составляет:

Н2ОСґ+СО2Сґ+N2Сґ+Н2Сґ+СОСґ, м3/м3

1,825+0,856+6,83+0,087+0,106=9,704 м3/м3;

Н2ОС+ СО2С+ N2С+ Н2С+ СОС, %

18,8+8,8+70,4+0,9+1,1=100 %;

Объем продуктов сгорания по влажному воздуху:

Н2ОВґ+ СО2Вґ+ N2Вґ+ Н2Вґ+ СОВґ, м3/м3

1,982+0,856+6,83+0,087+0,106=9,861 м3/м3;

Н2ОВ+ СО2В+ N2В+ Н2В+ СОВ, %

20,01+8,69+69,34+0,88+1,08=100 %;

Расчетным путем определяются следующие величины: расход воздухоокислителя Vоґ=8,645 м3/м3.

Химический недожог топлива: Q3=2160 кДж/м3.

Количество теплоты, выделяющееся при горении топлива при б=0,95

Q=32000 кДж/м3.

Массовые доли продуктов сгорания:

GН2О=1,593 кг/м3; GСО2=1,69 кг/м3; GN2=8,55 кг/м3; GН2=0,008 кг/м3; GСО=0,133 кг/м3.

Суммарная масса дымовых газов:

GВ=УGi=1,593+1,69+8,55+0,008+0,133=11, =11,974974 кг/м3,

Суммарная масса сухих газов: GС=GВ- GН2О -1,593=10,381 кг/м3;

Производим расчет охлаждения и частичной осушки газов в скруббере. По Н-d диаграмме определяется, что на 1 кг сухого газа при температуре 25?С приходится 20,5 г водного пара.

Масса оставшейся в дымовых газах влаги:

GОСТ Н2О=20,5•GС=20,5*0,001*10,381= 0,213 кг/м3.

Объем влаги при плотности пара со=0,804 кг/м3:

м3

Масса сконденсировавшейся в скруббере влаги:

GКОН Н2О= GН2О- GОСТ Н2О=1,593-0,213=1,38 кг/м3.

Состав продуктов горения топлива после скруббера

Таблица 2.2.

Уравнение химических реакций получения экзогаза:

СН4+СО2=2СО+2Н2;

СН4+Н2О=СО+3Н2;

В расчетах допускается пренебрежение содержанием примесей в природном газе и считается, что он состоит только из метана. В результате на 100 м3 исходных продуктов (дыма, охлажденного в скруббере):

СО2О•СН4+СО2О•СО2=2СО2О•СО+2СО2О•Н2;

Н2ОО•СН4+Н2ОО•Н2О=Н2О•СО+3Н2ОО•Н2;

В соответствии с приведенными уравнениями реакций для получения х, м3 ,газа необходимо:

СН4=(СО2О+Н2ОО)=1,121 м3/м3

СН4=13,78 %

При этом получится: СО=2СО2О+Н2ОО; Н2=2СО2О+3Н2ОО;

На 100 м3 газа уравнения реакции будут выглядеть:

10,52•СН4+10,52СО2=21,04СО+21,04Н2;

3,26СН4+3,26Н2О=3,26СО+9,78Н2;

Соответственно на 100 м3 исходного газа необходимо подать 13,78 м3 метана. При этом получится СО=24,3 м3, Н2=30,82 м3.

Так как необходимо получить очищенный экзогаз, то СО и Н2 отсутствуют.

Очищенный экзогаз после конверсии будет иметь следующий состав: (на 100 м3 дымовых газов)

СО=25,6 м3 СОґ=18 %

Н2=32,9 м3 Н2ґ=23,1 %

N2=83,85 м3 N2ґ=58,9 %

СО+Н2+N2=25,6+32,9+83,85= 142,35 м3;

СОґ+ Н2ґ+ N2ґ=18+23,1+58,9=100 %;

В экзогенераторах очистка от водяного пара и углекислого пара осуществляется методом каталитической конверсии.

Для приготовления 100 м3 экзогаза в час необходимо подать в реактор охлажденных дымовых газов:

м3

Для того, чтобы получить необходимый объем дымовых газов нужно сжечь Х,м3 ,природного газа.

м3

Расчет теплоты для реакции: СН4+СО2=2СО+2Н2;

Данная реакция должна протекать при температуре 900?С.

qаґ=(-53246-15,18?Т+0,008445•Т2-1,552•10-6•Т3)=-48753 кДж/(кг•моль);

На 1 м3 метана: кДж/м3

Тепловой эффект реакции при той же температуре:

qа”=(-42566-16.2•Т+9,45•10-3•Т2-1,6361•10-6•Т3)=-50684 кДж/(кг•моль);

кДж/м3.

Количество теплоты, израсходованное за 1 час на нагрев смеси частично осушенных и охлажденных в скруббере дымовых газов: QГ=114000 кДж/час.

Суммарный расход теплоты на реакции конверсии метана:

кДж/час;

Суммарное количество теплоты, которое необходимо подвести к реактору: Q=Q1+QГ=92733,5 кДж/час.

Размещено на Allbest.ru