Проектирование распределительных газовых сетей в деревне Княгинино

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика объекта и участка строительства

2. Проектирование газопровода

2.1 Определение плотности и теплоты сгорания природного газа

2.2 Определение годового и расчетного расхода газа районом города

2.3 Бытовое потребление или потребление газа в квартирах

2.4 Потребление газа на отопление и вентиляцию зданий

2.5 Потребление газа на централизованное горячее водоснабжение зданий

2.6 Определение годового расхода газа

2.7 Определение расчётного расхода газа

2.8 Расчет газопровода низкого давления для микрорайона города

3. Экономическая часть

3.1 Экономичные горелки стола бытовых газовых плит

3.2 Сбережение газа в быту

4. Расчет и подбор ГРП

4.1 Регулятор давления газа РДНК-400М

4.2 Клапан запорный электромагнитный газовый ПКН

4.3 Фильтр газовый

4.4 Предохранительный сбросной клапан ПСК-50

5. Автоматизация ГРП

5.1 Шкаф контроля и управления газорегулирующего пункта ШКУ ГРП

6. Безопасность жизнедеятельности при монтаже инженерных систем жилого дома

6.1 Техника безопасности при электросварочных и газопламенных работах

6.1.1 Общие данные

6.1.2 Требования безопасности во время работы

6.1.3 Требования безопасности по окончании работы

6.2 Техника безопасности при монтаже внутренних систем

6.2.1 Общие требования

6.2.2 Требования безопасности во время работы

7. Организация строительства

7.1 Краткое описание методов производства по укладке газопровода

7.2 Производство работ при пересечении естественных и искусственных преград и автодорог

7.3 Защита от коррозии

7.4 Испытание газопровода

Заключение

Список использованных источников



Введение

газоснабжение сгорание давление плита

Доля природного газа в топливном балансе России достаточно велика и так как природный газ является высокоэффективным энергоносителем, в условиях экономического кризиса газификация может составить основу социально-экономического развития, обеспечить улучшение условий труда и быта населения, а также снижение загрязнения окружающей среды. Кроме того, природный газ является ценным сырьем для химической промышленности. Использование газового топлива позволяет внедрять эффективнее методы передачи теплоты, создавать экономические и высокопроизводительные тепловые агрегаты с меньшими габаритными размерами, стоимостью и высоким КПД, а также повышать качество продукции.

Безопасность, надежность и экономичность газового хозяйства зависят от степени подготовки обслуживающего персонала.

Основными задачами при использовании природного газа являются внедрение эффективного газоиспользующего оборудования, внедрение энергосберегающих технологий, обеспечение на основе природного газа производства тепла и электроэнергии для децентрализованного тепло- и энергосбережения небольших городов и сельских населенных пунктов. Применение газового топлива позволяет избежать потерь теплоты, определяемых механическим и химическим недожогом. Уменьшение потерь теплоты с уходящими продуктами горения достигается сжиганием газа при малых коэффициентах расхода воздуха. При работе агрегатов на газовом топливе возможно также ступенчатое использование продуктов горения. Основными задачами в области развития систем газоснабжения являются:

- применение для сетей и оборудования новых полимерных материалов, новых конструкций труб и соединительных элементов, а также новых технологий;

- внедрение эффективного газоиспользующего оборудования;

- расширение использования газа в качестве моторного топлива на транспорте;

- внедрение энергосберегающих технологий;

-обеспечение на основе природного газа производства тепла и электроэнергии для децентрализованного тепло- и энергосбережения небольших городов и сельских населённых пунктов.

Современные городские распределительные системы представляют собой сложный комплекс сооружений, состоящий из следующих основных элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давления, газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов и установок. В указанных станциях и установках давление газа снижают до необходимой величины и автоматически поддерживают постоянным. Они имеют автоматические предохранительные устройства, которые исключают возможность повышения давления газа в сетях сверх нормы. Для управления и эксплуатации этой системы имеется специальная служба с соответствующими средствами, обеспечивающими возможность осуществлять бесперебойное газоснабжение.

Проекты газоснабжения областей, городов, поселков разрабатывают на основе схем перспективных потоков газа, схем развития и размещения отраслей народного хозяйства и проектов районных планировок, генеральных планов городов с учетом их развития на перспективу. Базой для широкого развития газовой отрасли являются значительные запасы природного газа, которые в результате успешно проводимых геологоразведывательных работ непрерывно возрастают.

Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную подачу газа потребителям, быть безопасной в эксплуатации, простой и удобной в обслуживании, должна предусматривать возможность отключения отдельных ее элементов или участков газопроводов для производства ремонтных и аварийных работ. Сооружения, оборудование и узлы в системе газоснабжения следует применять однотипные.

Целью аттестационной работы является разработка системы газоснабжения в деревне Княгинино Вологодского района, подбор оборудования газорегуляторного пункта.

В экономической части диплома рассмотрены варианты сбережения газа в быту.



1. Краткая характеристика объекта и участка строительства

Проект газоcнабжения деревне Княгинино Вологодского района, Вологодской области разработан на основании технических условий № 80 от 12.03.2011 г., выданных ОАО "Вологдагаз".

Дипломный проект выполнен в соответствии с СП 62.1330.2011* "Газораспределительные системы", СП 42-101-2003 "Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб" и Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности "Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления".

После точки врезки проектом предусмотрена установка отключающего устройства-крана шарового-в подземном исполнении. Расчетный расход газа на деревню составляет 44,7 м3/час. Теплотворная способность газа 48,37 МДж/м3.

Давление газа в точке подключения составляет 2,224 кПа.

В зоне прокладки газопровода залегают суглинки от полутвердой до текучей консистенции, пески гравелистые, супеси и глины. Грунты на площадке являются сильнопучинистыми. Глубина промерзания: суглинков и глины -1,5 м, песков - 2,03 м, супеси - 1,95 м. Подземные воды по трассе встречены на глубине 0,5 - 8,0 м. Минимальная глубина заложения газопровода 1,25м.

На всем протяжении трассы газопровода дно траншеи выравнивается слоем среднезернистого песка толщиной 10 см, а после укладки газопровод засыпается песком на высоту не менее 20 см.

Коррозионная активность грунта изменяется от низкой до средней степени активности.

Подземный стальной газопровод защищен от электрохимической коррозии при помощи «весьма усиленной» изоляции ГОСТ 9.602 - 2005 - экструдированный полиэтилен ТУ 1394 - 017 - 50172433 - 02.

Климатические категории:

Климатический район строительства - II В [1];

Глубина промерзания - 1,5м;

Давление ветра (I район) - 23кг/м3;

Вес снегового покрова (IV район) - 168кг/м2;

Средняя температура наиболее холодной пятидневки - -32?С.



2. Проектирование газопровода

В деревне Княгинино Вологодского района, Вологодской области используется газ Вуктыльского месторождения. Для расчёта сети наружных газопроводов нужно знать: средние значение теплоты сгорания Qнс (МДж/м3), плотности сс (кг/м3) сухого природного газа, максимальные расчётные часовые расходы газа Vр.ч. (м3/ч).

Определение плотности и теплоты сгорания природного газа

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, поэтому в практических расчетах пользуются средними значениями теплоты сгорания (МДж/м3) и плотности сс (кг/м3) сухого природного газа, которые при нормальных условиях (температуре 0 °С и давлении 101,325 кПа) определяют соответственно по формулам:

МДж/м3

где Qнс - теплота сгорания компонентов газового топлива, МДж/м3;

Vn - содержание компонентов, % определяемое в зависимости от среднего состава природного газа.

кг/м3

гдессi - плотность компонентов газового топлива, кг/м3.

Физические характеристики, теплоту сгорания и процентное содержание компонентов газа Вуктыльского месторождения сводим в таблицу 2.1.



Таблица 2.1-Физические характеристики газа

Наименование компонентов газа	Объёмные доли, %	Плотность при 0°С и 101,325 кПа, кг/м3	Теплота сгорания при 0°С и 101,325 кПа, МДж/м3
Метан CH4	74,8	0,7168	35,88
Этан C2H6	8,8	1,3566	64,36
Пропан C3H8	3,9	2,019	93,18
Изобутан C4H10	1,8	2,703	122,76
Пентан C5H12	6,4	3,221	156,63
N2 + редкие газы	4,3	--	--

Подставив численные значения в формулы (2.1) и (2.2) получаем низшее значения теплоты сгорания Qнс (МДж/м3) и плотности сс (кг/м3) сухого природного газа:

=

=

Определение годового и расчетного часового расхода газа районом города

Годовые расходы газа используются для планирования количества газа, которое необходимо доставить проектируемому населённому пункту, а расчётные (максимальные часовые расходы газа) - для определения диаметров газопроводов.

Годовые и расчётные расходы газа потребителями определяются несколькими способами: на основании данных проектов газоснабжения, по номинальным расходам газа газовыми приборами или по тепловой производительности установок, по нормам годового расхода потребителями, по укрупнённым показателям.

Расход газа населенным пунктом зависит от числа жителей, степени благоустройства зданий, теплоты сгорания газа, от наличия коммунально-бытовых и промышленных потребителей газа, их числа и характера.

Различают несколько групп потребителей:

1) бытовое потребление газа (квартиры);

2) потребление газа в коммунальных и общественных предприятиях;

3) потребление газа на отопление и вентиляцию, и горячее водоснабжение зданий;

4) промышленное потребление.

При расчете расходов газа на бытовые и коммунальные нужды учитывается ряд факторов:

-газооборудование;

-благоустройство и населенность квартир;

-газооборудование городских учреждений и предприятий;

- степень обслуживания населения этими учреждениями;

- охват потребителей централизованно ГВС;

- климатические условия.

Для определения годовых расходов газа для жилых домов, предприятий бытового обслуживания населения, общественного питания, учреждений здравоохранения, хлебозаводов и кондитерских фабрик используют нормы расхода теплоты этими потребителями в соответствии с [6].

Бытовое потребление или потребление газа в квартирах

Охват населения газоснабжением в большинстве городов близок к 1, Однако при наличии старого фонда, который нельзя газифицировать, и при наличии высоких домов, в которых установлены электроплиты, степень охвата (укв) будет меньше 1.

Годовое потребление газа на использование его в квартирах вычисляется по формуле:

Qкв =укв ·N(Z1·q1+Z2·q2 + Z3·q3), МДж/год

где N - расчетное количество жителей в населенном пункте;

Z1 - доля людей, проживающих в квартирах с централизованным ГВС;

Z2 - доля людей, проживающих в квартирах с ГВС от газовых водонагревателей;

Z3 - доля людей, проживающих в квартирах без ГВС;

q1 - норма расхода газа для людей, проживающих в квартирах с централизованным ГВС, МДж/(год·чел);

q2 - норма расхода газа для людей, проживающих в квартирах с ГВС от газовых водонагревателей, МДж/(год·чел);

q3 - норма расхода газа для людей, проживающих в квартирах без ГВС, МДж/(год·чел);

укв - степень охвата газоснабжением населения города.

Потребление газа на отопление и вентиляцию зданий

Расчётный расход газа на отопление жилых и общественных зданий, коммунально-бытовых предприятий определяем по формуле , МДж/год:

где tвн , tр.о ,tр.в ,tср.о - соответственно температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, расчётная наружная температура для проектирования отопления, расчётная наружная температура для проектирования вентиляции, средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон, оС;

К, К1 -- коэффициенты, учитывающие расходы теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий, принимаемые при отсутствии данных соответственно 0,25 и 0,4;

z - среднее число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток, принимаемое при отсутствии данных в размере 16 часов;

F - жилая площадь отапливаемых зданий, м2 (по заданию);

зо - КПД отопительной системы, принимаемое для котельных работающих на газообразном топливе в пределах 0,8-0,85.

qо - укрупнённый показатель максимального часового расхода теплоты на отопления жилых зданий, принимаемый по [3] кДж/ч.

Потребление газа на централизованное горячее водоснабжение зданий

Расчётный расход газа на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, коммунально-бытовых предприятий определяем по формуле, МДж/год:

где qг.в - укрупнённый показатель среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение жилых зданий, принимаемый по [3] кДж/ч на 1 чел.;

в - коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период. Принимается для расчетов: в =0,8 (в= 1 для курортов);

t х.л - температура водопроводной воды в летний период , t х.л = 15°С,

t х.з - температура водопроводной воды в зимний период, t х.з = 5°С;

зо - КПД отопительной системы, принимаемое для котельных работающих на газообразном топливе в пределах 0,8-0,85.

Определение годового расхода газа

Полученное значение годового расхода на коммунально-бытовые нужды Qгод используем для определения годового расхода газа, м3/год:



где Qгод - годовой расход теплоты на коммунально-бытовые нужды, МДж/год;

Qнp - низшая теплота сгорания газа, кДж/м3.

Определение расчётного расхода газа

Расчётный расход определяем по формуле, м3/ч:

Vр=Km·Vгод , (2.7)

где Km - коэффициент часового максимума , принимаемый для различных видов потребителей , в соответствии с [6].

Коэффициент часового максимума расхода газа принимаем дифференцированно по каждой обособленной зоне газоснабжения, снабжаемой от одного источника. Коэффициент часового максимума для населённых мест принимаем в зависимости от общей численности населения, обслуживаемого данными газовыми сетями, одинаковыми для всех районов, гидравлически связанных между собой. Для районных сетей, гидравлически не связанных между собой, Km принимаем отдельно для каждого района.

Значения коэффициента часового максимума расхода газа на хозяйственно-бытовые нужды в зависимости от численности населения, снабжаемого газом, в соответствии с [6].

Значения коэффициента часового максимума при расчете расхода газа нужды отопления, вентиляции и ГВС зависит от климатических данных объекта проектирования и определяется по формулам:



(2.8)

(2.9)

где m - число часов включения газовых приборов в периоды максимального потребления газа.

Исходные данные и полученные расчётные значения годовых и расчётных расходов газа на бытовые и коммунальные нужды сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Годовые и расчетные расходы газа на бытовые и коммунальные нужды микрорайона

Расход газа на:	Годовой расход газа	Число часов использования максимума	Часовой расход газа, м3/ч
	МДж/год	м3/год
Бытовые потребители	1394000	28820	1/3000	13.7
Отопление и вентиляцию	21585346	446255	1/2550	175
Горячее водоснабжение	3882242	80261	1/2550	31.5

Расчет газопровода низкого давления для микрорайона города

В основе проектирования наружных сетей лежит гидравлический расчет газопроводов. Проектируем газовые сети в соответствии со строительными нормами [6] , [3] и правилами безопасности [12] для газораспределительных систем.

Цель гидравлического расчета внутридворового газопровода низкого давления - определение диаметров газопроводов, подводящих газ потребителям. Диаметры должны быть такими, чтобы суммарные потери давления от ГРП до самого удаленного дома не превысили располагаемый перепад давлений, принимаемый 200 Па.

Методика расчета тупиковых наружных газопроводов низкого давления заключается в следующем:

Для выполнения гидравлического расчета составляем плоскостная схема газопроводов, прокладываемых от ГРП к потребителям газа;

Намечается путь газа от ГРП до самого удаленного потребителя, весь путь разбиваем на участки с неизменным расходом газа;

Для каждого участка определяем длину участка и расход газа;

Расход газа отдельными жилыми домами и группами жилых домов определяем с помощью коэффициентов одновременности [3]:

где kо - коэффициент одновременности, в соответствии с [1];

q - номинальный расход газа на прибор или группу приборов (например, газовая плита и водонагреватель), устанавливаемых в квартирах,м3/ч;

n - число однотипных приборов или групп приборов;

m - число типов приборов или групп приборов.

Номинальный расход газа на прибор определяется по формуле, м3/ч:

где Qном - теплопроизводительность газового прибора, кДж/ч;

Qнр -низшая теплота сгорания природного газа, кДж/м3.

Результаты расчета представлены в таблице 2.3:



Таблица 2.3 - Расчетные расходы газа на участках

№ участка	Квартиры с газовыми приборами ПГ - 4	Расход газа, м3/ч
	Vном	n	kо
Ветка № 1
0-1	160	0,83	0.204	27.09
1-2	136	0,83	0.206	23.25
2-3	112	0,83	0.208	19.34
3-4	80	0,83	0.214	14.21
4-5	48	0,83	0.224	8.92
5-6	24	0,83	0.223	4.44
6-7	24	0,83	0.223	4.44
Ответвления ветки № 1
1-8	24	0,83	0.233	4.44
2-9	24	0,83	0.233	4.44
5-10	24	0,83	0.233	4.44
3-11	32	0,83	0.23	6.11
11-12	16	0,83	0.239	3.17
12-13	8	0,83	0.265	1.76
11-14	16	0,83	0.239	3.17
12-15	8	0,83	0.265	1.76
13-16	8	0,83	0.265	1.76
4-17	32	0,83	0.223	6.11
17-18	8	0,83	0.265	1.76
18-19	4	0,83	0.35	1.16
19-22	2	0,83	0.65	1.08
18-20	4	0,83	0.35	1.16
20-25	2	0,83	0.65	1.08
17-21	24	0,83	0.233	4.44
19-23	2	0,83	0.65	1.08
20-24	2	0,83	0.65	1.08

Принимая ориентировочные потери давления от местных сопротивлений в газопроводах равными 10% от потерь давления от трения, находим допустимые удельные потери давления от трения, Па/м

(2.12)



где- длина пути от ГРП до самого удаленного потребителя, м;

- длина i-го участка, м;

1,1 - коэффициент, учитывающий потери давления от местных сопротивлений;

?Pр -допустимые потери давления, Па.

Общие допустимые потери давления (расчетный перепад давления) принимаем в соответствии с нормами, исходя из типа газовых сетей и составят 200Па в качестве потерь во внутридворовых газопроводах.

5. Зная расчетный расход газа Vр на участке и допустимые удельные потери давления ?Р/l, с помощью таблицы номограммы определяем диаметр участка газопровода, мм;

6. Для принятого диаметра газопровода находим действительные удельные потери ?Р/l, Па/м;

7. Для каждого участка находим дополнительное избыточное давление как:

(2.13)

8.Определяем потери давления на участке:

(2.14)

9.Суммируем потери давления на всех участках от ГРП до самого удаленного потребителя и сравниваем полученное значение с располагаемым перепадом .

Если лежит в пределах 0ч0,1, расчет считается верным.

При 0,1 следует уменьшить принятые диаметры газопроводов.

Если величина 0, диаметры следует увеличить, так как в противном случае потери давления от ГРП до последнего потребителя превысят располагаемый перепад давления, и потребители не получат.

10.После расчета основного газопровода выполняем расчет ответвлений по такой же методике. Однако располагаемый перепад давления для каждого ответвления будет разным и может быть найден как:

где - потери давления при движении газа от ГРП до данного ответвления, Па.

11.Результаты расчетов сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Гидравлический расчёт наружных газопроводов низкого давления.

Nуч	lуч	Vуч	ДP/lдоп	d,	ДP/lдейств	ДPуч
	м	м3/ч	Па/м	мм	Па/м	Па
Ветка №1
0-1	34	27.09	0.73	70х3	1	37.4
1-2	32.4	23.25		70х3	0.78	27.79
2-3	18.7	19.34		60x3.5	1.7	34.97
3-4	22.7	14.21		57x3	0.95	23.72
4-5	75.2	8.92		57x3	0.4	33.1
5-6	54.5	4.44		48x3.5	0.35	20.98
6-7	10.5	4.44		48x3.5	0.35	4.04
Ответвления ветки №1
1-8	194.2	4.44	0.76	57x3	0.11	23.49
2-9	11.8	4.44	10.39	57x3	0.11	1.43
5-10	11.3	4.44	3.46	57x3	0.11	1.37
3-11	6	6.11	15.13	57x3	0.2	1.32
11-12	50.2	3.17	1.78	48x3.5	0.18	9.94
12-13	36.6	1.76	2.2	42.3x3.2	0.14	5.64
11-14	8.2	3.17	10.92	42.3x3.2	0.27	2.44
12-15	7.7	1.76	10.46	42.3x3.2	0.13	1.1
13-16	7.3	1.76	10.33	42.3x3.2	0.13	1.04
4-17	27.9	6.11	2.48	57x3	0.19	5.83
17-18	46.8	1.76	1.37	42.3x3.2	0.15	7.72
18-19	14.6	1.16	3.89	42.3x3.2	0.1	1.6
19-22	41.4	1.08	1.34	38x3	0.13	5.92
18-20	6.7	1.16	8.49	42.3x3.2	0.1	0.74
20-25	44.5	1.08	1.26	38x3	0.13	0.36
17-21	11.4	4.44	5.61	48x3.5	0.35	4.39
19-23	14.8	1.08	3.75	38x3	0.13	2.12
20-24	14.2	1.08	3.96	38x3	0.13	2.03

Проверка:

1 ветка

Расчет верный.



3. Экономическая часть

В настоящее время в России эксплуатируется свыше 38 млн. газовых плит. Газом в быту пользуется свыше 100 млн. человек. В год потребляется до 6 млрд. м3 природного и до 1 млн т сжиженного газа. Поэтому дальнейшее повышение экономичности плит и обеспечение санитарно-гигиенических требований является важной хозяйственной задачей.

3.1 Экономичные горелки стола бытовых газовых плит

Англичанин Джон Райт изобрёл газовую плиту с горелкой из огнеупорной глины в 1900 г. В Москве первые бытовые газовые плиты появились в 1907 г. За прошедшее столетие газовая плита, как техническая система, получила значительное развитие

Несмотря на многообразие конструкций производимых горелок, их устройство типично. Во всех современных горелках плит, как отечественного, так и зарубежного производства, осуществляется промежуточный (смешанный) способ сжигания газа: первичный воздух, предварительно смешивается с газом, а вторичный воздух поступает непосредственно к микрофакелам головки горелки. Крышка обычно имеет отбортовку (буртик), благодаря которой при горении создаётся верхнее стабилизирующее пламя и обеспечивается беглость огня, т. е. передача горения от одного огневого канала другому [1 -3].

Патентный поиск по устройствам горелок стола плит показал, что основной целью изобретений является повышение КПД и санитарно-гигиенических показателей горелок. Произошёл переход от горелок с горизонтальным смесителем к горелкам с вертикальным смесителем. Переход стал возможен вследствие повышения давления газа в газораспределительных сетях. В результате однородная газовоздушная смесь создаётся в более коротких эжекторах. Этому же способствовал переход от горелок, изготавливаемых из чугуна, к горелкам из алюминия. Последние менее металлоёмки и имеют более гладкую поверхность, что уменьшает гидравлические потери на трение о внутренние стенки смесителя.

Установлено, что подогрев газовоздушной смеси повышает устойчивость и полноту сгорания. С этой целью горелки по авторским свидетельствам (а. с.) 404996, 560107 и 937892 содержат теплопроводные элементы. В результате смесь подогревается. Интенсивный подогрев смеси происходит при размещении в полости головки горелки вставки с центральным каналом и кольцевой полостью (а. с. 602744), радиальных рёбер (а. с. 1267110), конусной обечайки (а. с. 787794, 976220, 1062472 и 1645760), каналов и камер (а. с. 1270506) или трубок (а. с. 1573304). Необходимо отметить, что в конструкции горелки по а. с. 1270506 воздух и газ подогреваются раздельно перед смесеобразованием. Авторы изобретения по а. с. 918675 предлагают для интенсификации подогрева смеси выполнять на внутренней поверхности корпуса и крышки горелки турбулизирующие волнообразные выступы.

Интенсификация смесеобразования и однородность газовоздушной смеси являются важными условиями для повышения полноты сжигания. В устройствах горелок по а. с. 673817, 724877 и по патенту РФ 2035660 (Северинец Г. Н. и др.), предлагается огневые каналы располагать под углом друг к другу, чтобы происходило соударение струй и их турбулизация. Эта же цель достигается с помощью спирального рассекателя (а. с. 688772) и цилиндрических выступов с огневыми каналами (а. с. 761788).

Устойчивость горения достигается созданием стабилизирующего пламени. Чаще всего в горелках используется верхнее стабилизирующее пламя, которое создаётся с помощью отбортовки крышки. Изобретатель Ефремов Ю. Ф. предложил (а. с. 563540) снабжать корпус горелки кольцевым буртиком с прорезями. У горелки по а. с. 663968 крышка снабжена по периферии козырьком, нависающим над огневыми отверстиями. При работе данной горелки часть газовоздушной смеси, выходящей из огневых отверстий, отсекается козырьком, что обеспечивает беглость пламени и устойчивость горения. В крышке горелки по а. с. 717491 выполнен кольцевой паз, который создаёт зону завихрения у выхода огневых каналов и тем самым обеспечивает устойчивое горение при переменных режимах и повышенных скоростях истечения смеси. Нижнее стабилизирующее (запальное) пламя создаётся в горелках по а. с. 787794, 859763, 1062472, 1216566, 1333964 и по патенту РФ 2063578, а также в большинстве зарубежных горелок. Устойчивость пламени обеспечивается и путём расположения огневых каналов в два ряда (а. с. 724877), причём каналы наклонены под углом 30-60?. У горелок по а. с. 1038713 и 1067296 огневые отверстия верхнего и нижнего ряда расположены в шахматном порядке. Факелы нижнего ряда огневых отверстий короче факелов верхнего ряда и исполняют роль стабилизаторов горения.

Во многих изобретениях обеспечение полноты сгорания газа и снижение содержания вредных веществ в продуктах сгорания достигается подогревом первичного воздуха, организованной подачей и подогревом вторичного воздуха, организацией рециркуляции продуктов сгорания, а также совместным использованием подогрева воздуха и рециркуляции продуктов сгорания.

Эффективная подача вторичного воздуха в горелке Сладкова С. П., которая имеет центральный канал в рассекателе [1]. Подача вторичного воздуха в центр головки горелки снижает температуру в зоне сгорания газа, что способствует снижению образованию оксидов азота (NОх) в пламени. В горелках с вертикальным смесителем организовать подвод вторичного воздуха сложнее. Так изобретатели из «Мосгазпроекта», как уже отмечалось выше, предлагают (а. с. 596778) выполнить в корпусе головки горелки наклонные каналы, которые обеспечивают организованную подачу воздуха непосредственно к корням факелов, истекающих из огневых каналов. В дополнительном изобретении (а. с. 905576) они разработали вариант горелки, который проще в изготовлении. Авторы считают, что организованный подвод вторичного воздуха в зону горения может обеспечить одновременное снижение концентраций оксида углерода (СО) и NОх в продуктах сгорания.

В горелке по а. с. № 754165 (Ридер К. Ф. с соавторами) на выходе из газового сопла установлен акустический резонатор. При воздействии акустических колебаний на газовоздушную смесь и микрофакелы горелки последние увеличиваются по объёму, что приводит к увеличению теплопередачи к теплоприёмнику.

Снабдить головку горелки вертикальными каналами для подвода вторичного воздуха предложено в а. с. 821841, 1038713, 1067295 и 1067296. Каналы выполнены в нижних стенках огневых каналов. Это способствует укорочению факелов нижнего ряда и тем самым обеспечивается лучший доступ вторичного воздуха для факелов верхнего ряда. В результате обеспечивается более полное сгорание газа.

В устройстве горелки по а. с. 1216566 газовоздушная смесь, проходя по огневым каналам, инжектирует воздух и продукты неполного сгорания стабилизирующего пламени. Басаргин Т. Л. и его соавторы разработали горелку (а. с. 1333964), у которой крышка имеет больший диаметр, чем наружный диаметр корпуса, и на её внутренней поверхности выполнена кольцевая проточка, образующая с насадком смесительную полость. В эту полость инжектируется из окружающего пространства дополнительный воздух.

Взяв за прототип патент Франции № 13335280, авторы а. с. 802705 разработали горелку, которая имеет три головки. В каждой головке имеются каналы (втулки) для подачи вторичного воздуха к огневым отверстиям. Каналы снабжены отражателями. Воздух, поступающий как через вертикальные втулки, так и с периферии к центру, увеличивает полноту сгорания газа, снижая содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания.

Нестеров А. К. с коллегами предложили горелку с центральной подачей вторичного воздуха и рециркуляцией продуктов сгорания (а. с. 1477984). Этот же коллектив изобретателей разработал горелку (а. с. 1490388), которая имеет трубу для подвода вторичного воздуха и три ряда огневых отверстий. Организация двухстадийного сжигания газа обеспечивает полное его сжигание и уменьшение выхода NОх.

Весьма оригинально подсос вторичного воздуха организован в горелке по а. с. 1603140. Для этого вокруг головки горелки установлено кольцо с образованием зазора. Кольцо лучше выполнять каплевидным в поперечном сечении. Причём, заострённая часть кольца направлена в сторону огневых отверстий под углом 40-80? к плоскости нижней кромки огневых отверстий.

Изобретение по а. с. 1168778 интересно тем, что в разработанном устройстве газовой плиты камера-смеситель в форме усечённого конуса с цилиндрическим отводом выполнена в рабочем столе плиты. Огневой насадок установлен на цилиндрический отвод.

Горелка, разработанная изобретателями Дружковского завода (а. с. 1252549), снабжена крышкой, установленной над головкой с зазором и с возможностью поворота и установки в двух фиксированных позициях. В одном положении крышки обеспечивается эффективное сжигание природного, а в другом - сжиженного газа.

Изобретатели а. с. 1615465 предложили повышать экономичность горелки путём обеспечения рециркуляции и подогрева газовоздушной смеси. Для этого в головке горелки выполнены отверстия, а смеситель размещён в кожухе. Забор прогретого первичного воздуха производится через каналы в смесителе из пространства под пламенем горелки.

В горелке беспламенного типа Правоверова К. Н. [4] газовоздушная смесь сгорает на поверхности перфорированного керамического диска и создает инфракрасное излучение. Для расширения диапазона регулирования горелка выполнена двойной. Достоинство горелки - высокий КПД. Недостатки - конструктивная сложность. Данная горелка не нашла практического применения. Тем не менее, в последние годы в новейших патентах РФ 2066023, 2094703, 2151956 и 2151957 изобретатели из различных научных организаций вновь активно стали разрабатывать инфракрасные горелки для бытовых плит. Есть информация об экспериментальном испытании плит с инфракрасными горелками.

У радиационной горелки по патенту 2094703 РФ горелочный насадок выполнен из пористого металлического тела, изготовленного из жаропрочного и жаростойкого сплава (например, хромоникелевого сплава). В результате горения газовоздушной смеси в каналах верхней части металловойлочного пористого тела насадка, происходит нагрев дискретных волокон до температуры 950-1050 °С.

Большой интерес представляют радиационные горелки, разработанные в Институте химической физики РАН Шмелёвым В. М. и Марголиным А. Д. (патенты РФ 2151956 и 2151957). В горелке по первому патенту предложено радиационный экран выполнить в виде протяжённых геометрических элементов (пластин, цилиндров), изготовленных из кварца или керамики. Во второй горелке - керамическая перфорированная излучающая насадка выполнена с возможностью исполнения дополнительных функций экрана и рефлектора, для чего она выполнена в объёмной конфигурации в виде полостей в различных вариантах исполнения.

КПД горелок плит зависит от величины расстояния от головки горелки до теплоприёмника, поэтому предложены конструкции горелок с подвижной головкой. В зависимости от тепловой мощности головка устанавливается на оптимальном расстоянии от теплоприёмника. В устройстве горелки по а. с. 630489 огневой насадок перемещается с помощью вилки, кинематически связанной с краном плиты. У горелки по а. с. 1746132 усовершенствован механизм преобразования поворота крана в поступательное движение огневого насадка. Наконец, у горелки по а. с. 1779881 происходит автоматическое перемещение головки в зависимости от нагрузки с помощью биметаллической пластины и обеспечивается отключение подачи газа при выкипании жидкости в посуде или погасания пламени.

Авторы а. с. 781500 создали для газовых горелок предохранительное устройство, которое содержит регулирующую пластину, выполненную из материала, обладающего эффектом «памяти формы».

Изобретатели из МВТУ им. Н. Э. Баумана (Крылов В. И. и др., патент РФ 2007663) предложили газовую горелку, содержащую по внешней образующей поверхности крышки проницаемое пористое кольцо.

В патентах РФ 2068153 и 2076999 изобретателей из Белоруссии предложены легко монтируемые горелки из штампованных деталей. А горелка по патенту РФ 2105243 выполнена быстроразъёмной от патрубка крана плиты.

Основным недостатком бытовых плит является то, что продукты сгорания поступают непосредственно в объём кухни. Частично эта проблема решается применением вытяжных зонтов и воздухоочистителей. Однако кардинально решает проблему организованный отвод продуктов сгорания. Изобретатель Кузьмин П. А. ещё в 1950 г. получил а. с. 87285 на плиту с организованным отводом продуктов сгорания в дымоход. Похожую конструкцию (а. с. 514160) предложил Шеремет П. Э. Эти плиты не нашли применения из-за пониженной величины КПД (до 40 %) и неэффективности удаления продуктов сгорания за счёт естественной тяги в дымоходе. Зарубежные аналоги таких плит оснащались вентилятором. Например, патенты США 3785364, 4235220, 4705019, заявки 2571829, Франция, 016454 ЕПВ и 60 - 53817, Япония.

Большой интерес представляет плита газовая по а. с. 696242, автор Щёголев А. П. Данная плита содержит тепловые трубки. Испарители тепловых трубок расположены вместе с горелками в выносной огневой камере, соединённой с дымоходом, а конденсаторы выполнены в виде конфорок рабочего стола. К сожалению эти плиты, как и их зарубежные аналоги, не нашли широкого применения из-за пониженной величины КПД.

В дальнейшем в зарубежных конструкциях плит стали применяться лучистые нагреватели в виде жаропрочных панелей из различных стеклокерамических материалов, с размещёнными под ними горелками пламенного или беспламенного типа.

В связи с ограниченностью запасов углеводородного топлива изучается возможность использования водорода в бытовых плитах. Сообщается об использовании в США плит, работающих на водороде. К преимуществам водородных горелок относится то, что нет необходимости предварительного смешения водорода с воздухом, т. к. у водорода высокий коэффициент диффузии, и в продуктах сгорания водорода отсутствуют вредные вещества, за исключением оксидов азота.

Анализируя результаты патентных исследований с позиций Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) следует отметить, что в конструкциях горелок стола бытовых плит реализуются многие приёмы и принципы разрешения технических противоречий и используются различные физические эффекты. Прежде всего, во всех устройствах горелок реализован приём дробления: головка создаёт множество микрофакелов. Это позволяет стабилизировать горение, не допускать отрыва и проскока пламени, при достаточно высокой полноте сгорания газа. Ярко выражен приём дробления в устройстве по а. с. 802705 - предложена горелка с тремя огневыми головками. А в устройствах радиационных горелок по патентам РФ 2151956 и 2151957 имеет место дробление излучающей поверхности на отдельные ячейки или соты.

По принципу «матрёшки» выполнены горелки Рагозина Ю. А. (а. с. 821839) и Правоверова К. Н. [4]. Горелка пониженной мощности размещена внутри горелки нормальной мощности. Из зарубежных горелок по принципу «матрёшки» выполнены горелка «Финдлей» (Канада) и двухинжекторная горелка форсированного нагрева (Швеция).

Приём динамизации горелки как технической системы реализован в части известных изобретений. Так предложены огневые каналы (прорези) с регулируемым сечением (а. с. 563540, 937892, 1267110) и вертикально перемещаемая огневая головка в зависимости от тепловой нагрузки горелки (а. с. 630489, 1746132 и 1779881).

Физические эффекты, связанные со струйным течением, турбулизацией, завихрением, соударением струй и их смешением, используются во многих изобретениях. Здесь можно отметить а. с. 399686, 602744, 673817, 688772, 712609, 724877, 859763, 877232 и патент РФ 2035660. Нашёл применение и эффект рециркуляции продуктов сгорания и газовоздушной смеси (а. с. 1216566, 1477984, 1615465). Как отмечалось выше, во многих конструкциях горелок имеются детали или устройства, обеспечивающие подогрев газовоздушной смеси. Например, а. с. 404996, 976220, 1062472, 1270506 и др. Создавать акустическое поле предложено в а. с. 754165, т. к. наложение акустического поля на пламя повышает КПД и снижает содержание СО в продуктах сгорания. Эффект «памяти формы» применён в горелке по а. с. 781500 для обеспечения безопасности работы. Эффект теплового расширения используется с помощью биметаллической пластины в устройстве горелки по а. с. 1779881.

Значительный интерес представляют инфракрасные горелки (патенты РФ 2066023, 2094703, 2151956, 2151957), реализующие эффект поверхностного горения на огнеупорных материалах. Следует отметить, что огнеупорные поверхности оказывают и каталитическое воздействие (химическое поле) на процесс горения.

В конструкциях газовой плиты по а. с. 1168778 можно усмотреть частичный переход в надсистему, т. к. часть функций горелки, а именно смесеобразование, происходит в рабочем столе плиты, в котором выполнены камеры-смесители.

Из тризовских полей в горелках плит используются, главным образом, механическое и тепловое, а также их сочетание. Только в некоторых изобретениях нашли применение акустическое и химическое поля. В горелках плит, по-видимому, из-за их небольших размеров, не нашло применение электрическое поле. Хотя известно, что в промышленных горелках электрическое поле (ионизация, озонирование, прохождение тока через пламя) применяется достаточно широко.

Анализ результатов патентных исследований позволяют сделать прогноз направлений дальнейшего развития и совершенствования конструкций горелок стола плит:

1. Повышение КПД горелок. Наиболее перспективными представляются инфракрасные горелки, т. к. имеют высокий КПД при низком уровне эмиссии оксидов азота.

2. Снижение содержания токсичных веществ в продуктах сгорания. Это возможно при использовании в горелках различных физических эффектов, рециркуляции и наложение полей на пламя горелки.

3. Изготовление горелок из керамических материалов. В результате снизятся потери теплоты в горелку и детали плит.

4. В отдалённой перспективе возможно использование водорода.

3.2 Сбережение газа в быту

Экономия газа прежде всего актуальна, когда установлены счетчики газа в квартирах, где есть индивидуальные отопительные пункты, и в частных домах с АОГВ. В этом случае все меры по экономии тепла и горячей воды приводят к экономии газа.

В то же время при приготовлении пищи также имеются возможности сэкономить газ:

-Пламя горелки не должно выходить за пределы дна кастрюли, сковороды, чайника. В этом случае Вы просто греете воздух в квартире. Экономия 50% и более.

-Деформированное дно посуды приводит к перерасходу газа до 50%;

-Посуда, в которой готовится пища должна быть чистой и не пригоревшей. Загрязненная посуда требует в 4-6 раз больше газа для приготовления пищи.

-Используйте специальную экономичную посуду.

-Применяйте экономичную посуду, эти качества обычно рекламирует производитель. Самые энергоэкономичные изделия из нержавеющей стали с полированным дном, особенно со слоем меди или алюминия. Посуда из алюминия, эмалированная, с тефлоновым покрытием весьма не экономичны.

-Рекомендуется устанавливать прокладки из алюминиевой фольги под горелку. Данная мера не только поможет экономить газ, но и защитит плиту от загрязнения.

-Дверца духовки должна плотно прилегать к корпусу плиты и не выпускать раскаленный воздух.

В целом, просто экономное использование газа дает сокращение его потребления в 2 раза, использование предлагаемых мер примерно в 3 раза.



4. Расчет и подбор ГРП

Основное назначение ГРП является снижение входного давления газа, т.е. дросселирование до заданного выходного давления и поддержание его на постоянном уровне независимо от изменения выходного давления и расхода газа потребителями. Помимо этого в ГРП производится очистка газа от механических примесей, контроль за входным и выходным давлениями и температурой газа, учет газа, предохранение от возможных повышения или понижения давлений газа в сверх допустимых пределах [4].

Подбор оборудования ГРП заключается в подборе регулятора давления, предохранительного запорного клапана, газового фильтра и предохранительного сбросного клапана.

ГРП сооружают в виде отдельно стоящих зданий, пунктов газорегуляторных блочных (ГРПБ) или шкафных регуляторных установок, устанавливаемых на специальные опоры. ГРП размещаются внутри жилого массива на расстоянии от зданий, сооружений, железнодорожных и трамвайных путей и воздушных линий электропередачи.

На вводах и выводах газопроводов из здания ГРП в колодцах устанавливают отключающие устройства не ближе 5 и не дальше 100 м от здания ГРП. Предохранительно запорный клапан (ПЗК) устанавливается перед регулятором давления. Предохранительный сбросной клапан (ПСК) устанавливается после регулятора давления. Для учета расхода газа используется измерительный комплекс СГ-ЭКВз-Р-25/1,6.

Измерительный комплекс устанавливается до регулятора давления на прямолинейных горизонтальных участках газопроводов длиной не менее 10 условных диаметров до и 5 условных диаметров после диафрагмы. Газовые счетчики устанавливают на прямолинейных участках длиной более 5 условных диаметров до счетчика и более 3 условных диаметров после него.

Продувочные газопроводы размещаются после первого отключающего устройства и на байпасе. Условный диаметр продувочных газопроводов должен быть не менее 20 мм.

В данном дипломном проекте производится подбор регулятора давления в зависимости от его пропускной способности, а также предохранительного запорного клапана и газового фильтра, условный диаметр которых должен соответствовать диаметру регулятора давления; подбираются также тип ПСК, диаметр байпаса и отключающая арматура.

4.1 Регулятор давления газа РДНК-400М

Пропускная способность регулятора давления зависит от его типоразмера, величины входного давления, перепада давления газа, плотности газа.

Подбор формулы для нахождения скорости истечения газа производится исходя из отношения Р2/Р1.

находится по следующей формуле:

Р2 = Рвых + Рабс, кПа,

где Рвых = 182, Па = 0,182, кПа;

Рабс = 101,3 кПа.

Р2 = Рвых + Рабс = 0,19969+ 101,3 = 101,482, кПа,

находится по следующей формуле:

Р1 = Рвх - (ДPдиаф. + ДРфил.+ ДPпзк + ДPз.арм.), кПа,

гдеДPдиаф. = 10000 Па =10,0 кПа;

Рфил.=5 кПа;

ДРпзк= ДPз.арм. = 7 кПа.

Р1 = 480 - (10+5+3+2+2)= 458, кПа,

Тогда найдем пропускную способность регулятора давления по формуле:

гдеиндекс “т” - табличное значение параметра;

V и Vт - пропускная способность регулятора, м3/ч;

Р1 и Р1т - абсолютное входное давление газа, МПа;

с - плотность газа с Вуктыльского месторождения - 0,989 кг/м3

Делаем проверку:

Vтр = 102,66 м3/ч

Следовательно подбираем регулятор давления РДНК-400М: Dу = 50, входное давление не более 0,6 МПа, выходное давление 2-5 кПа, пропускная способность при входном давлении 0,6 МПа равна 600 м3/ч.

На рисунке 4.1 показан регулятор давления газа РДНК-400М .

Рисунок 4.1 -Регулятор давления газа РДНК-400М



Рассчитан на устойчивую работу при воздействии температуры окружающего воздуха от -40 °С до +60 °С и относительной влажности до 95% при температуре +35 °С.

Технические характеристики регуляторов РДНК приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Технические характеристики регуляторов РДНК

	РДНК-400	РДНК-400М	РДНК-1000	РДНК-У
Регулируемая среда	Природный газ ГОСТ 5542-87 газовая фаза газа сжиженного по ГОСТ 20448-90
Диапазон входного давления, МПа	0,05-0,6	0,05-0,6	0,05-0,6	0,05-1,2
Диапазон настройки выходного давления, кПа	2,0-5,0	2,0-5,0	2,0-5,0	2,0-5,0
Диапазон настройки отключающего устройства, кПа:
при повышении выходного давления	(1,2-1,8)Рвых	(1,2-1,8)Рвых	(1,2-1,8)Рвых	(1,2-1,8)Рвых
при понижении выходного давления	(0,2-0,5)Рвых	(0,2-0,5)Рвых	(0,2-0,5)Рвых	(0,2-0,5)Рвых
Пропускная способность при максимальном входном давлении, мі/ч	300	600	900	1000
Неравномерность регулирования, %, не более	±10	±10	±10	±10
Ду присоединительного патрубка, мм:
входа	50	50	50	50
выхода	50	50	50	50
Строительная длина, мм	170	170	170	170
Вид соединения	фланцевое по ГОСТ 12820-80
Масса, кг, не более	8	8	8	8

На рисунке 4.2 показана схема-разрез регулятора давления газа РДНК-400М.



Рисунок 4.2- Схема-разрез регулятора давления газа РДНК-400М

1 - импульсная трубка; 6, 20, 21, 27, 33 - пружины; 4, 18 - мембрана; 7 -нажимная гайка; 8 - стакан; 9 - мембранная камера; 10 - хомут; 11 - корпус; 12 - рабочий клапан; 13 - седло; Т - выходной патрубок; 15 - фиксатор; 19 - отключающее устройство; 22, 23 - регулировочные гайки; 25 - пробка; 26, 31 - штоки; 28 - отсечной клапан; 29 - тройник; 32 - рычажной механизм; 41 - исполнительный механизм; Н - входной патрубок

Регулятор состоит из непосредственно регулятора давления и автоматического отключающего устройства. РДНК-400М имеет встроенный предохранительный запорный клапан, расположенный в мембранном узле регулятора с настройкой 1,2Рвых. Седло 13 регулятора, расположенное в корпусе 11, является одновременно седлом рабочего 12 и отсечного 28 клапанов. Рабочий клапан посредством штока 31 и рычажного механизма 32 соединен с рабочей мембраной 4. Сменная пружина 6 и нажимная гайка 7 предназначены для настройки выходного давления. Отключающее устройство 19 имеет мембрану 18, соединенную с исполнительным механизмом 41, фиксатор 15 которого удерживает отсечной клапан 28 в открытом положении. Настройка отключающего устройства осуществляется сменными пружинами 20 и 21.

Подаваемый к регулятору газ среднего и высокого давления, проходя через зазор между рабочим клапаном и седлом, редуцируется до низкого давления и поступает к потребителю. Импульс от выходного давления по трубопроводу поступает из выходного трубопровода в подмембранную полость регулятора и на отключающее устройство. При повышении или понижении настроечного выходного давления сверх заданных значений фиксатор 15 усилием на мембране 18 выводится из зацепления и клапан 28 перекрывает седло 13. Поступление газа прекращается. Пуск регулятора в работу производится вручную после устранения причин, вызвавших срабатывание отключающего устройства.

4.2 Клапан запорный электромагнитный газовый ПКН

На рисунке 4.3 показан запорный клапан серии ПКН-50.

Рисунок 4.3- Запорный клапан серии ПКН-50

Предохранительные запорные клапаны типа ПКН (ПКВ) ДУ 50, 100 и 200 предназначены для прекращения подачи газа к потребителю при выходе контролируемого давления из заданных пределов и установки в газорегуляторных пунктах (ГРП) и газорегуляторных установках (ГРУ).

Клапаны изготавливаются в климатическом исполнении У, категории 4 по ГОСТ 15 150-69. Клапаны выпускаются в двух исполнениях: низкого давления (ПКН) и высокого давления (ПКВ).

На рисунке 4.4 показана схема-разрез запорного клапана ПКН-50 с электромагнитным исполнительным механизмом.

Рис 4.4- схема-разрез запорного клапана ПКН-50 с электромагнитным исполнительным механизмом Корпус -- 1; Переходной фланец -- 2; Крышка -- 3; Ме...