Расчёт газопотребления районов города Ярославль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Расчёт газопотребления районом города Ярославль
• 2. Определение численности населения района города
• 3. Определение низшей теплоты сгорания и плотности газовой смеси
• 4. Определение годового потребления газа на коммунально-бытовые нужды
• 4.1 Годовой расход газа на коммунально-бытовые нужды
• 4.2 Часовой расход газа на коммунально-бытовые нужды
• 5. Определение расхода газа на нужды теплоснабжения
• 5.1 Часовой расход газа на нужды теплоснабжения
• 5.2 Годовой расход газа на нужды теплоснабжения
• 6. Определение расхода газа на нужды промышленных предприятий
• 6.1 Годовой расход газа
• 6.2 Часовой расход газа
• 7. Режим газопотребления района города
• 8. Система газоснабжения района города
• 8.1 Выбор, обоснование и конструирование системы газоснабжения
• 8.2 Выбор конфигурации газовых сетей
• 8.3 Определение оптимального числа газорегуляторных пунктов
• 8.4 Определение нагрузок колец
• 9. Гидравлические расчеты газопроводов
• 9.1 Гидравлический расчет сети низкого давления
• 9.2 Гидравлический расчет сети высокого давления
• 10. Подбор оборудования ГРП
• 10.1 Подбор регуляторов давления
• 10.2 Подбор фильтров
• 10.3 Подбор предохранительных клапанов
• 11. Гидравлический расчет внутридомового газопровода
• Список использованных источников


1. Расчёт газопотребления районом города Ярославль

Годовое потребление газа городом, является основой при составлении проекта газоснабжения. Расчет годового потребления производят по нормам на конец расчетного периода с учетом перспективы развития городских потребителей газа. Продолжительность расчетного периода устанавливается на основе плана перспективного развития города.

Все виды потребления газа можно сгруппировать следующим образом:

— Бытовое потребление ( потребление газа в квартирах)

— Потребление в коммунальных и общественных предприятиях

— Потребление на отопление и вентиляцию зданий

— Промышленное потребление

Расчет расхода газа на бытовые, коммунальные и общественные нужды представляет собой сложную задачу, так как количество газа, расходуемого этими потребителями, зависит от ряда факторов: газооборудования, благоустройства и населенности квартир, газооборудования городских учреждений и предприятий, степени обслуживания населения этими учреждениями и предприятиями, охвата потребителей централизованным горячим водоснабжением и от климатических условий. Большинство приведенных факторов не поддается точному учету, поэтому потребление газа рассчитывают по средним нормам, разработанным в результате многолетнего опыта.



2. Определение численности населения района города

Расход газа на коммунально-бытовые и теплофикационные нужды города зависит от числа жителей. Если число жителей района или города N, чел, не указанно, то его можно определить по формуле:

, (1)

(2)

где F_ж - жилая площадь района, м²;

F_з - площадь жилой застройки нетто (измеряется по генплану), м²;

П - плотность жилищного фонда, определяется по [1] в зависимости от преобладающей этажности жилых зданий;

f - норма обеспеченности жилой площадью, определяется степенью благоустройства населённого пункта и может быть принята по [1] (f = 9 м²/чел - для существующей многоэтажной застройки; f = 10ч15 м²/чел - для существующей малоэтажной застройки).

Результаты расчёта сводятся в таблицу 1.

Таблица 1. Численность населения района города

№ п/п	Район	Площадь жилой застройки (нетто) Fз, га	Плотность населения, П, чел/га	Число жителей N, чел.
1	2	3	4	5
1	I	5,76	400	2,304
2		5,76	400	2,304
3		5,76	400	2,304
4		7,04	400	2,816
5		8,4	400	3,360
6		4,8	400	1,920
7		7,04	400	2,816
8		7,04	400	2,816
9		7,92	400	3,168
10		9,68	400	3,872
11		12,32	400	4,928
12		7,04	400	2,816
13		7,04	400	2,816
14		5,4	400	2,160
Итого				40,400
15		6,4	330	2,112
1	2	3	4	5
16	II	7,04	330	2,323
17		9,68	330	3,194
18		12,32	330	4,066
19		7,04	330	2,323
20		7,04	330	2,323
21		14,08	330	4,646
22		12,32	330	4,066
23		5,76	330	1,901
Итого				26,954



3. Определение низшей теплоты сгорания и плотности газовой смеси

Состав газа берется согласно заданию. Низшую теплоту сгорания смеси Q, кДж/м³, определяем по формуле:

Q = 0,01y· Q, (3)

где Q низшая теплота сгорания i-го сухого горючего компонента , кДж/м³, по [2 Прил 2];

y_i - объёмная доля i-го горючего компонента, % [2 Прил1];

Плотность газа ^с, кг/м³, определяем по формуле:

^с =0,01 y_i•с_i , (4)

Так как используемый газ может быть влажным, то может возникнуть необходимость в пересчёте и на рабочий состав и ^С (с учётом влажности газа). Это легко выполнить с помощью следующих формул для пересчёта:

, (5)

,(6)

,(7)

,(8)

.(9)

Здесь коэффициент пересчета К определяют по формуле:

.(10)

В приведённых формулах d - влагосодержание газа, выраженное в кг на 1 м³ сухого газа при 0°С и 101,3 кПа (нормальные условия); 0,804 - плотность водяного пара при нормальных условиях.

Влагосодержание газа d определяется по [3] в зависимости от средней температуры наружного воздуха за отопительный период.

Таблица 2. Основные характеристики газа месторождения «Бованенковское»

Газ	Химическое обозначение	Содержание в смеси, в процентах	Низшая теплота сгорания, кДж/м3	Плотность кг/м3
Метан Этан Пропан Н-Бутан Пентан Углекислый газ Азот	СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5 Н12 CO2 N2	87,19 3,980 1,340 0,750 0,230 1,730 4,77	35880 64360 93180 123570 156630 ? ?	0,7168 1,3566 2,0190 2,7030 3,2210 1,9768 1,2505



4. Определение годового потребления газа на коммунально-бытовые нужды

Определяется в зависимости от числа потребителей, средней нормы годового расхода газа, охвата газоснабжением коммунально-бытовых услуг, охвата населения соответствующими услугами, нормативов предоставления услуг.

Годовой расход газа определяется по формуле:

(11)

где n - количество категорий коммунальных потребителей;

N - численность населения, тыс.чел.;

S - число расчётных потребителей на 1 тыс. жителей;

у - охват газоснабжением коммунально-бытовых услуг, д.ед.;

Q_норм - норма расхода газа на данный вид коммунальных услуг, кДж/м³;

Q^Р_H - низшая теплота сгорания рабочего состава газа, кДж/м³.

Наименования расчётных потребителей для каждой категории потребителей указаны в [4, Приложение 4]. Для хлебозавода норма выпечки хлеба в сутки на 1000 жителей принимается в размере 0,6 - 0,8 тонны. В эту норму входит выпечка и черного (Q_норм =2500 МДж) и белого (Q_норм =5450 МДж) хлеба, а также выпечка кондитерских изделий (Q_норм =7750 МДж). Точно определить, сколько какого вида продукции потребляют жители города очень трудно. Поэтому принимаем удельную норму расхода газа, потребляемую хлебозаводом как среднее , т.е 5233 МДж.

Количество расчётных потребителей для каждой категории определяется отдельно. Так для потребления газа в квартирах S определяется произведением 1000 на степень охвата населения соответствующей услугой Z, в долях единицы:

,(12)

При определении количества расчётных потребителей для других категорий потребителей пользуются следующей зависимостью

,(13)

где W - ориентировочный норматив соответствующих услуг.

Годовые расходы газа на нужды предприятий торговли, предприятий бытового обслуживания непроизводственного характера и т.п. следует принимать в размере до 5% суммарного расхода газа жилые дома. Результаты расчётов по формуле (11) и сводим в Приложение 1

4.1 Годовой расход газа на коммунально-бытовые нужды

Расчет на коммунально-бытовые нужды населения I района:

При наличии в квартире газовой плиты и централизованного горячего водоснабжения

Расчет на коммунально-бытовые нужды населения II района:

При наличии в квартире газовой плиты и водонагревателя

При наличии в квартире газовой плиты и отсутствии централизованного горячего водоснабжения и газового водонагревателя

На стирку белья:

I район в немеханизированных прачечных:

млн м³/год.

II район в немеханизированных прачечных:

млн м³/год.

На бани:

I район

млн м³/год.

II район

млн м³/год.

Предприятия общественного питания:

I район

млн м³/год.

II район

млн м³/год.

Хлебозаводы:

I район

млн м³/год.

II район

млн м³/год

Больницы:



I район

млн м³/год

II район

млн м³/год

4.2 Часовой расход газа на коммунально-бытовые нужды

Максимальный расчётный часовой расход газа Q^h_d, м³/ч, при нормальных условиях (t=0⁰C и Р=0,1 МПа) на хозяйственно-бытовые нужды следует определять как долю годового расхода по формуле

, (14)

где K^h_max ? коэффициент часового максимума, принимается дифференцированно по каждому району газоснабжения в зависимости от числа жителей по [2 Прил 5];

Q_у - годовой расход газа, м³/год.

Коэффициент часового максимума K^h_max обратно пропорционален периоду, в течении которого расходуется годовой ресурс газа при максимальном его потреблении, т.е.

, (15)



где m - количество часов использования максимума.

Часовой расход газа определяют отдельно для мелких потребителей - равномерно распределённая нагрузка по сети низкого давления; для крупных коммунальных предприятий - сосредоточенные потребители газа низкого (Q^h_d50 м³/ч) или высокого (Q^h_d50 м³/ч) давления.

Число крупных коммунально-бытовых потребителей (бани, больницы и т.д.) студент определяет самостоятельно, по одному на каждую категорию. Результаты расчётов по формуле сводим в Приложение 2 .

для бань: I район м³/час.

II район м³/час.

для больниц: I район м³/час.

II район м³/час.

для хлебозавода: I район м³/час.

II район м³/час.

для немеханизированных прачечных: I район м³/час.

II район м³/час.

для механизированных прачечных: I район м³/час.

II район м³/час.

предприятия общественного питания: I район м³/час.

II район м³/час.

население I район:

м³/час.

население II район:

м³/час.



5. Определение расхода газа на нужды теплоснабжения

Расход газа на нужды теплоснабжения зависит главным образом от температуры наружного воздуха, количества и типа отапливаемых зданий и определяется тепловыми нагрузками, рассчитанными по методике, приведённой в [5].

5.1 Часовой расход газа на нужды теплоснабжения

При разработке проектов газоснабжения городов при отсутствии конкретных теплотехнических характеристик застройки допускается определять расчётные часовые расходы газа по укрупнённым показателям.

Расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий, м³/ч, можно определить по формуле:

, (16)

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

q - укрупнённый показатель максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий, кДж/ч, на 1 м² жилой площади принимают по [5, табл. 5.2] или по [2 Приложение 6];

для г. Ярославля при расчетной температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки К=0,92^оС, t_ро= -31^оС. интерполируя значения укрупненного показателя получим q = 632,2 кДж/(ч·м²);

F_ж - жилая площадь отапливаемых зданий, м²;

- КПД отопительной системы: для котельных =0,80,85;

Расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий

I района:

Расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий

II района:

Расчётный часовой расход газа на нужды горячего водоснабжения, м³/ч, определяются по формуле:

, (17)

где К₂ - коэффициент, учитывающий суточную неравномерность разбора горячей воды; для районов с установленными баками-аккумуляторами горячей воды К₂=1,0, для районов без баков-аккумуляторов К₂=2,02,4;

N - число жителей, чел, пользующихся централизованным горячим водоснабжением;

q_г - укрупнённый показатель среднечасового расхода теплоты на нужды горячего водоснабжения; принимается по данным [5, табл. 5.3] в зависимости от нормы расхода горячей воды на одного человека в сутки, кДж/(чел.ч).

Расход газа на нужды горячего водоснабжения определяем для I района:

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.



Таблица 2. Часовой расход газа района города на нужды теплоснабжения

Район	Часовой расход газа, м3/ч
	Отопление и вентиляция зданий	Горячее водоснабжение	Всего Qтh	РОК QРОКh
	Fж, тыс.м2	Qовh	N, тыс.чел.	Qгвсh
I	363,6	10662,23	40,400	4081	14743,23	14743,23
II	269,54	7904,01	26,954	-	7904,01	7904,01
Итого:	633,14	18566,24	67,354	4081	22647,24	22647,24

5.2 Годовой расход газа на нужды теплоснабжения

Годовой расход газа на нужды теплоснабжения ,м³/год, определяют на основании данных о часовом потреблении по формуле:

, (18)

где m_i - количество часов использования максимума для i-того вида нагрузки.

Для отопительно-вентиляционной нагрузки значение m_ов, ч/год, можно определить по формуле:

, (19)

где n_o - продолжительность отопительного периода, сут; 221 дн

t_вн - расчётная температура внутреннего воздуха, t_вн=18°С;

t_оп - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; -4°С

t_ро - тоже, для самой холодной пятидневки,к=0,92 °С; -31°С

t_рв - тоже, для проектирования систем вентиляции к=0,98 (пар. А), °С; -17°С

Z - количество часов работы систем вентиляции (при отсутствии данных Z=16 дней), дни.

ч/год

Использование максимума m_гв, ч/год, для систем горячего водоснабжения определяют по формуле:

, (20)

Коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды летом и повышение температуры холодной воды определяют по формуле

, (21)

где ` - коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды летом (при отсутствии данных `=0,8 за исключением курортных городов, где `=1,0);

t_хл, t_хз - температура холодной водопроводной воды соответственно летом и зимой (t_хл=+15⁰С, t_хз=+5⁰С).

Результаты определения годовых расходов газа сводим в таблицу 3.

ч/год.

I - район м³/год.

II - район м³/год.

I - район м³/год

Таблица 3. Годовой расход газа района города на нужды теплоснабжения

Район	Годовой расход газа, млн.м3/год
	На отопление и вентиляцию	На горячее водоснабжение	Общий	РОК
I	25,269	14,957	40,226	40,226
II	18,733	-	18,733	18,733
Итого:	44,002	14,957	58,959	58,959



6. Определение расхода газа на нужды промышленных предприятий

6.1 Годовой расход газа

Годовой расход газа на технологические, отопительно-вентиляционные и другие нужды промышленных предприятий , м³/год, в общем случае определяются по удельным расходам газа и объемам выпускаемой продукции по формуле:

,(22)

где q_п - удельный расход газа на единицу продукции, кДж;

М - годовой объем выпускаемой продукции.

В курсовом проекте годовой расход газа промышленным предприятием принимается по [2].

Годовой расход газа на технологические Q^п.т. и отопительно-вентиляционная Q^п.о.в. на нужды промышленных предприятий определяют из соотношения:

(0,7) - для предприятий, работающих в одну смен

(0,5) - для предприятий, работающих в две смены;

(0,7) - для предприятий с непрерывным технологическим процессом.

Распределение годового расхода газа на промышленные производство сводим в таблицу 4.

Таблица 4. Годовой расход газа промышленными предприятиями

№	Наименование предприятия	Шифр на схеме	Годовой расход газа, млн.м3/год	Продолжительность Работы (ч)
п.п.			Общий	В том числе
				На технологические нужды	На отопительные нужды
1		ПП-1	48,0	19,765	28,235	24
2		ПП-2	3,8	1,267	2,533	16
3		ПП-3	28,5	11,735	16,765	24
4		ПП-4	7,7	3,171	4,529	8
5		ПП-5	11,6	3,867	7,733	16
6		ПП-6	5,9	2,429	3,471	8
Итого:	105,5	42,234	63,266

6.2 Часовой расход газа

Расчетный часовой расход газа на отопительно-вентиляционные нужды промышленных предприятий , м³/ч, следует определять как долю годовых по формуле:

, (23)

где m_п,i - количество часов использования максимума для данного вида нагрузки.

Число часов использования максимума промышленных предприятий зависит от вида производства, технологического процесса, Число часов использования максимума промышленных предприятий ориентировочно можно принять.

- для предприятий, работающих в три смены с непрерывным технологическим процессом, m_п..т.= 6000 ч 7000 ч/год;

- для предприятий, работающих в две смены, m_п..т.= 4500 ч 5000 ч/год;

- для мелких предприятий, работающих в одну смену, m_п..т.= 3000 ч 4000 ч/год;

Число часов использования максимума для отопительных котельных , определяют по формуле:

. (24)

Расчетный часовой расход газа на дежурное отопление , м³/час, определяют как часть расчетного расхода газа на отопление по формуле:

,(25)

где Q_п^п.о.в. - расчетный расход газа на отопление, м³/ч.

Коэффициент К_? учитывает расход газа на отопление в нерабочее время для поддержания температуры t_в^? =+5С и рассчитывается по формуле

, (26)

где t_в - температура внутреннего воздуха в рабочее время в цехах, t_в = 16С.

Результаты расчета часового расхода газа промышленными предприятиями сводим в таблицу 5.

Таблица 5. Часовой расход газа промышленными предприятиями

№	шифр	Количество часов использования максимума	Расчетный часовой расход газа, м3/ч	Общий часовой расход, м3/ч	Расход газа на дежурное отопление, м3/ч
		mп.т.	mп.о.в.	на технологию	на отопление
1	ПП-1	6500	2381,4	3040,8	11856,5	24026,8	9129,51
2	ПП-2	5000	2381,4	253,4	1063,7	2136,2	819,05
3	ПП-3	6500	2381,4	1805,4	7040	14266,2	5420,8
4	ПП-4	3500	2381,4	906	1901,8	4272,2	1464,39
5	ПП-5	5000	2381,4	773,4	3247,2	6520,9	2500,34
6	ПП-6	3500	2381,4	694	1457,5	3273,8	1122,28
Итого:			7473	26566,7	54496,1	20456,37



7. Режим газопотребления района города

Все городские потребители бытовые, коммунальные общественные и промышленные потребляют газ неравномерно. Потребление газа изменяется по месяцам года, дням недели и календарным дням, а также по часам суток.

В зависимости от периода, в течение которого потребление принимают постоянным, различают:

1) сезонную неравномерность, или неравномерность по месяцам года;

2) суточную неравномерность, или неравномерность по дням недели, месяца или года; газоснабжение гидравлический давление сеть

3) часовую неравномерность, или неравномерность по часам суток.

Режим расхода газа городом зависит от режима отдельных категорий потребителей и их удельного веса в общем потреблении.

Неравномерность расходования газа отдельными категориями потребителей определяется рядом факторов: климатическими условиями, укладом жизни населения, режимом работы предприятий и учреждений, характеристикой газооборудования зданий и промышленных цехов. В большинстве случаев теоретический учет влияния отдельных факторов на неравномерность потребления оказывается невозможным. Наиболее достоверный путь - это накопление и систематизация опытных данных в течение длительного периода. Только при достаточном количестве экспериментального материала можно говорить о надежных сведениях по режимам потребления.

Неравномерность потребления оказывает большое влияние на экономические показатели систем газоснабжения. Наличие пиков и провалов в потреблении газа приводит к неполному использованию мощностей газовых промыслов и пропускной способности магистральных газопроводов, что повышает себестоимость газа, приводит к необходимости строительства подземных хранилищ и создания потребителей регуляторов, что связано с дополнительными капитальными вложениями в газотранспортные системы и топливные хозяйства потребителей. Суммарные годовые графики потребления газа городами и экономическими районами являются основой для планирования добычи газа, а также для выбора и обоснования мероприятий, обеспечивающих регулирование неравномерности потребления газа. Решение проблемы неравномерности потребления позволяет обеспечить надежность газоснабжения и повысить экономическую эффективность газоснабжающих систем.

Знание годовых графиков газопотребления имеет большое значение и для эксплуатации городских систем газоснабжения, так как позволяет правильно планировать спрос на газ по месяцам года, определять необходимую мощность городских потребителей регуляторов, планировать проведение реконструкций и ремонтных работ на газовых сетях и их сооружениях. Используя провалы потребления газа для отключения отдельных участков газопроводов и газорегуляторных пунктов на ремонт, можно провести его без нарушения подачи газа потребителям.

Различие между максимальным часовым расходом по совмещенному суточному графику газопотребления, и суммой максимального часового расхода газа по отдельным категориям потребителей для большинства городов составляют 2 - 4%.

. (27)

Поскольку погрешность в 5% при инженерных расчетах считается достаточной, на практике в качестве расчетного принимается максимальный часовой расход газа отдельными потребителями. Это приводит к незначительному удорожанию системы газоснабжения, однако повышает ее надежность за счет большей пропускной способности сетей высокого давления.

Расчетный расход газа сводится в таблицу 6.

Таблица 6. Расчётный расход газа районом города.

№ п/п	Шифр на схеме	Наименование потребителей	Расчётный расход газа, м3/ч
			Общий	В том числе на сети давления
				высокого (среднего)	низкого
1		Мелкие коммунально-бытовые объекты (жилые дома, предприятия бытового обслуживания и т.д.):
		Район I	1932,3	-	1932,3
		Район II	2648,8	-	2648,8
		Итого:	4581,1
2		Крупные коммунально-бытовые объекты:
		Предприятия общественного питания	1683,5х 0,1=168,4	-	168,4
		Больницы	112,3	-	112,3
		Бани	613,3	613,3	-
		Хлебозаводы	353,7	353,7	-
		Прачечные	436,9	436,9	-
3		Источники теплоснабжения:
	РОК	Районная отопителная котельная	4081	4081	-
	ТЭЦ	Теплоэлектроцентраль	18566,24	18566,24	-
4		Промышленные предприятия:
	ПП 1		24026,8	24026,8	-
	ПП 2		2136,2	2136,2	-
	ПП 3		14266,2	14266,2	-
	ПП 4		4272,2	4272,2	-
	ПП 5		6520,9	6520,9	-
	ПП 6		3273,8	3273,8	-
Всего по городу	83409,04	78547,24	4861,8



8. Система газоснабжения района города

8.1 Выбор, обоснование и конструирование системы газоснабжения

При выборе системы газоснабжения следует предварительно изучить рекомендации 1 и 6, обратив внимание на следующие вопросы:

определение оптимального количества источников питания сетей высокого (среднего) и низкого давлений;

выбор структуры газовых сетей (тупиковые, кольцевые, смешанные);

определение максимальных давлений в распределительных газопроводов и количество ступеней давления в системе.

Основные критерии для оценки систем газоснабжения: экономичность, надежность, технологичность, проходимость сетей, взрывобезопасность, удобство в эксплуатации.

Для газоснабжения городов и населенных пунктов применяются одно-, двух, трех- и многоступенчатые системы газоснабжения. Городские системы газоснабжения присоединяются к магистральным газопроводам через ГРС (газораспределительные станции). Связь между газопроводами различных давлений осуществляется через ГРП (газорегуляторные пункты).

Выбор схемы газоснабжения (количество ступеней давления) производится исходя из следующих соображений: чем больше давление газа в газопроводе, тем меньше его диаметр и стоимость, но зато усложняется прокладка сети: необходимо выдерживать большие расстояния до здания и сооружения, в силу чего не по всем улицам можно проложить сеть высокого давления. С увеличением количества ступеней давления в системе добавляются новые газопроводы и ГРП, но уменьшаются диаметры последующих ступеней давления.

Выбор оптимального решения при проектировании систем газоснабжения надежнее всего производить на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Для поселков и небольших городов с населением до 30 - 50 тыс. жителей могут использоваться одноступенчатые системы газоснабжения. Газ от ГРС поступает в сеть среднего или низкого давления и распределяется по территории города. Для города с населением 50-250 тыс. чел. рекомендуются двухступенчатые системы газоснабжения, в которых газ от ГРС по сети среднего или высокого давления подается к ГРП и крупным потребителям, а от ГРП по сети низкого давления распределяется по территории города. Давление в первой ступени при снабжении природным газом составляет обычно 0,3 МПа, но возможно и давление 0,6 МПа.

Трехступенчатую систему в городах можно применять при повышенных требованиях к надежности, при большой территории и неудобной планировке города, а также при наличии промышленных предприятий, требующих газ высокого давления. Для городов с населением более 250 тыс. чел. рекомендуются трехступенчатые системы газоснабжения. Вокруг города прокладывается магистральный газопровод высокого давления, служащий для подачи газа в отдельные районы города и к крупным промышленным предприятиям. Газ из сетей первой ступени (Р =1,2 МПа или 0,6 МПа) давления через ГРП высокого давления подается в сеть второй ступени (Р = 0,3 МПа), служащую для подачи газа к городским ГРП, мелким, средним промышленным и некоторым коммунальным предприятиям. Из ГРП газ по сети низкого давления распределяется по всей территории застройки.

В курсовом проекте принимаем двухступенчатую систему газоснабжения с одной ГРС максимальное избыточное давление на выходе из ГРС Р=0,6 МПа. Газ на ГРС очищается, одорируется, редуцируется до давления верхней ступени в городских сетях и подается в распределительные газопроводы. В курсовом проекте расстояние от места расположения ГРС до города принять не более 1,5-2 км.

8.2 Выбор конфигурации газовых сетей

Трассы газопроводов проектируют из условия минимальной протяженности сети. При этом газопроводы высоких давлений стараются прокладывать по окраинным районам города, где небольшая плотность населения и меньшее число подземных сооружений.

Сети низкого давления состоит из уличных распределительных газопроводов, абонентских ответвлений, подводящих газ к зданию и внутридомовых газопроводов, которые распределяют газ между отдельными приборами внутри здания. Плотность распределительных газопроводов принимают такой, чтобы длина абонентских ответвлений до вводов в здания была 50-100 м. Жилые и общественные здания, коммунально-бытовые потребители, а также мелкие предприятия присоединяют непосредственно к распределительным газопроводам.

Для повышения надежности газоснабжения сети кольцуют. В сетях низкого давления целесообразно кольцевать только распределительные газопроводы, а второстепенные (абонентские ответвления) выполнять тупиковыми разветвленными.

8.3 Определение оптимального числа газорегуляторных пунктов

Распределительные газопроводы низкого давления питаются от одного или нескольких газорегуляторных пунктов (ГРП). Сетевые ГРП предназначены для снижения давления газа с высокого или среднего до низкого (Р_абс. = 0,3 МПа) и поддержание его на заданном уровне независимо от колебаний расхода газа.

Оптимальное число сетевых ГРП, шт., определяют по 6:

, (28)

гдеQ_р.р. - равномерно-распределительная нагрузка района, обслуживаемого гидравлически связанными сетями низкого давления, м³/ч.

Оптимальная нагрузка на один ГРП Q_o.p.t., м³/(ч•чел), зависит от оптимального радиуса действия ГРП, R_o.p.t., принимаем равным 800 м. и удельной нагрузки на сети низкого давления е_i.

. (29)

Удельный расход газа по сети низкого давления е, м³/(ч•чел) определяют по формуле

. (30)

м³/(ч•чел) м³/(ч•чел)

м³/ч м³/ч

ГРП ГРП

Таблица 7. Расчёт газорегуляторных пунктов

Район	Равномерно распределённая нагрузка Qрр, м3/ч	Плотность населения П, чел/га	Удельный расход по сети НД е, м3/(ччел)	Оптимальный радиус действия Ropt, м	Оптимальный расход на ГРП Qopt, м3/ч	Количество ГРП, шт	Расход через 1 ГРП, м3/ч
I	1932,3	400	0,048	800	2457,6	1	2268,04
II	2648,8	330	0,098	800	4139,52	1	2285,56



8.4 Определение нагрузок колец

Нагрузка кольца определяется по следующим формулам:

, (31)

, (32)

При нахождении нагрузки кольца учитываются только коммунально-бытовые потребители, без учета сосредоточенной нагрузки.

м³/(ч•чел) м³/(ч•чел)

При этом, должно выполнятся условие:

. (33)

Результаты расчета сводим в таблицу Приложения 3 .

Q_I = 1562,84 м3/ч (микр.1, 2, 3, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 16);

Q_II = 1487,25 м3/ч ( микр. 4, 5, 10, 11, 17, 21);

Q_III =1530,18 м3/ч ( микр. 6, 19, 18, 20, 22, 23);



9. Гидравлические расчеты газопроводов

Гидравлические режимы работы распределительных газопроводов низкого или высокого давлений должны назначаться из условий создания при максимально допустимых перепадах давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивую работу ГРП, ГРУ, а также газогорелочных устройств потребителей в допускаемых диапазонных давлений.

Задача гидравлического расчета - определение требуемых диаметров газопроводов для транспортировки заданного количества газа Q на расстояние при перепаде начального и конечного давления газа на участке.

9.1 Гидравлический расчет сети низкого давления

Городские сети низкого давления, распределяющие газ по всей территории застройки к бытовым и мелким коммунальным предприятиям, представляют собой сложную по конфигурации систему сопряженных колец, которые получают газ от нескольких ГРП и снабжают газом многочисленные ответвления на кварталы и отводы к отдельным зданиям.

При расчете такую сеть разбивают на отдельные районы по количеству точек питания (ГРП), и сеть каждого района рассчитывают отдельно. Расчет сети производится в две стадии. Вначале рассчитывают распределительную (уличную) сеть, затем внутриквартальную разводку.

Задача проектировщика заключается в том, чтобы выбрать наилучший вариант движения потоков газа и так подобрать диаметры сети, чтобы добиться намеченного распределения потоков.

Направления движения потоков газа выбирают так, чтобы газ от точки питания подавался: ко всем потребителям по кратчайшему пути. При этом диаметры сети будут наименьшими. Направления движения газа выбираются, начиная от точки питания к периферии. При таком порядке выбора легче избежать возможности ошибок. В результате выявляются нулевые точки - конечные точки встречи потоков газа, идущих по разным направлениям.

Пути движения транзитных потоков газа выбирают так, чтобы, соблюдая первое условие, одновременно добиваться как можно более равномерного распределения потоков газа по всем направлениям. На расчетной схеме показывают «отcечки» (точки встречи потоков) - точки, через которые транзитные расходы газа не проходят. Необходимо также учитывать возможность увязки сети. При расчете каждой такой сети вначале рассчитываются самые длинные направления от ГРП и нулевым точкам.

Основные исходные данные для расчета кольцевой газовой сети низкого давления:

1. Общая протяженность сети, l_i, м.

2. Максимальное часовое потребление газа ,Q_i, м³/ч.

3. Расчетный перепад давления ДP=1200 Па (принимается в соответствии с вариантом задания).

4. Схема газифицируемых кварталов.

Расчет производится в следующей последовательности.

1. Определяются максимальные часовые расхода для каждой зоны (кольца), Q_к, м³/ч, по формуле:

, (35)

гдеN_ж - численность населения квартала, чел.

Удельный расход газа на одного человека по району застройки е, м³/(ч·чел) определяют по формуле:

,(36)

где - часовой расход сети низкого давления, района застройки, м³/час;

N_района - численность населения района застройки, чел.

2. Рассчитывается суммарная длина питающего контура l_К, м, для каждой из зон (колец) по формуле:

, (37)

Например, для кольца I, l = 4350 м.

3. Определяются удельные расходы q_К, м³/(ч·м), для каждого контура по формуле:

. (38)

Результаты расчетов удельных путевых расходов для всех питающих контуров сети заносятся в таблицу 8.

Таблица 8. Удельные путевые расходы для всех питающих контуров кольцевой газовой сети

№ кольца (контура)	Газоснабжаемые зоны
	Раход газа, QK, м3/ч	Длина питающего контура,lK , м	Удельный путевой расход,qK , м3/ч м
I	1562,84	4350	0,359
II	1487,25	4442	0,335
III	1530,18	4631	0,330

Сумма часовых расходов, приходящихся на площади всех колец УQ_к, должна сходиться с часовым расходом газа сети низкого давления . Проверка: =, невязка до 5%.

4. Задается начальное распределение потоков газа в сети. Первоначально назначаются направления движения газа от точки питания по газопроводам к периферии кратчайшим путем. В результате получаются две концевые точки схода потоков и концевых точек тупиковых ответвлений. Для повышения надежности сети, в частности, для взаимного резервирования участков, выполняются 2 контура.

5. Определяются путевые расходы для всех участков сети на основе данных, полученных в таблице 7. При этом удельные расходы для участков, принадлежащих двум различным контурам , м³/ч, суммируются, то есть:

(39)

6. Путевые расходы для каждого из участков Q_п, м³/ч, определяются по формуле:

. (40)

7. Расходы в начале участка Q_i, м³/ч, принимаются равным:

.(41)

8. Расчетный расход газа на участке Q_р, м³/ч, принимается равным

. (42)

Результаты определения расчетных расходов газа заносятся в Приложение 4 Таблицу 4.1 .

Предварительные расчетные расходы по участкам сети определены верно, если отклонение расчетных расходов на головных участках ГРП от максимального часового расхода на район не превышает 10%.

Отклонение расчетных расходов на головных участках ГРП от максимального часового расхода на район д, %, о формуле:

. (43)

Далее переходим к расчету гидравлики сети низкого давления.

9. Допустимые потери давления на трение с десяти процентным запасом на местные сопротивления составляют

. (44)

ДР_т = 1200 / 1,1 = 1091 Па/м.

10. Определяются удельные потери давления на трение ДР_уд, Па/м, на каждом из направлений (колец) по формуле:

(45)

Па/м. Па/м. Па/м. Па/м.

11. По номограмме [2] определяются диаметры для каждого из участков сети , мм.

Результаты расчета диаметров d, удельных перепадов давлений, перепадов давлений на участках, а также отношений заносятся в Приложение 5 Таблицу

5.1(столбцы 1-9) .

Значения ДР/L, Q_р, ДР следует записывать со знаком «+», если газ движется по часовой стрелке, и со знаком «-», если газ движется против часовой стрелки.

Целесообразно по ходу расчета, оценивать возможность невязки в кольцах и учитывать их при назначении диаметров. Чем точнее будет осуществлен предварительный подбор диаметров кольцевой сети, тем меньше труда будет затрачено на увязку сети и дальнейшие расчеты.

12. Далее определяем невязку в каждом кольце д_к , %по формуле:

.(46)

где к - номер соответствующего кольца;

i - условный номер участка кольца;

n - количество всех участков кольца.

Если д_к > 10% то выполняем гидравлическую увязку колец. Если невязка не превышает 10 %, то расчет можно ограничить первой итерацией.

13. Гидравлическая увязка колец. Для этого, прежде всего, рассчитываются первые поправочные круговые расходы для всех колец ДQґ, м³/ч, по формуле:

. (47)



14. Рассчитываются вторые поправочные расходы колец ДQґґ, м³/ч, по формуле:

.(48)

15. Рассчитываются полные круговые поправочные расходы колец ДQ_К, м³/ч, по формуле:

. (49)

16. Определяются полные поправочные расходы участков, принадлежащие к двум смежным кольцам ДQ_УЧ, м³/ч, по формуле:

.(50)

17. Определяются полные поправочные расходы участков принадлежащих одному кольцу по формуле:

.(51)

18. Определяются новые расчетные расходы на участках в первом приближении (итерация) , м³/ч, по формуле:

.(52)



19. По номограмме [2, Приложение 9] определяются в первом приближении удельные перепады давления , Па/м.

20. Определяются перепады давления в первой итерации для каждого из участков по формуле:

.(53)

21. Определяется невязка (ошибка) в определении давления. Если невязка не превышает 10 %, то расчет можно ограничить первой итерацией. Если невязка превысит 10 %, то расчеты следует продолжить, то есть выполнить вторую итерацию.

Результаты всех расчетов заносим в Приложение 5 Таблица 5.1 (столбцы 10-15).

9.2 Гидравлический расчет сети высокого давления

Расчетный перепад для сетей высокого давления определяют исходя из следующих соображений. Начальное давление принимают максимальным согласно[4]. Конечное давление принимают таким, чтобы при максимальной нагрузке сети было обеспечено минимально допустимое давление газа перед регуляторами. Величина этого давления складывается из максимального давления газа перед горелками, перепада давлений в абонентском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в ГРП. В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление примерно 0,15 - 0,2 МПа.

При расчете кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв следует проверять расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций.

В виду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отказах ее элементов. Снижение качества оценивают коэффициентом обеспеченности К_об, который зависит от категории потребителей.

Это положение позволяет вести расчет аварийных режимов теми же методами, какими определяют диаметр газопроводов при расчетном режиме. Отличие состоит лишь в том, что меняется геометрия сети: выключают один или несколько элементов и уменьшают узловые нагрузки в соответствии с принятыми К_об. Возможное уменьшение подачи газа ограничено нижним пределом, который устанавливают из соображений минимально допустимого давления газа перед приборами. Это минимальное давление определяется минимальной нагрузкой, которую принимают равной 50% расчетного значения. Половину нормы газообразного топлива будут получать примерно 20-30% потребителей, причем такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовление пищи.

Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчету, два: при выключении головных участков слева и справа от точки питания. Так как при выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, поэтому диаметр кольца можно определить из расчета аварийного гидравлического режима при лимитированном газоснабжении для тупиковой линии. Рекомендуется следующий порядок расчета однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления:

1.Расходы газа потребителями уже вычислены. Давление газа на выходе из ГРС принимается по заданию. Давление перед конечными потребителями принимается равным минимально допустимому для данной ступени давления как абсолютное значение Р_к = 0,3 МПа.

Намечаем направление движения газа по сети и определяем резервирующую перемычку - это будет участок, лежащий на противоположном конце кольца относительно ГРС.

2.Определяем по возможности равновеликий диаметр кольца в зависимости от расчетного расхода Q_р, м³/ч и среднеквадратичной потери давления газа А_ср, кПа²/м, по формулам:

. (54)

(55)

где - расчетный расход газа по коль

цу, м³/ч;

К_об - коэффициент обеспеченности потребителя газом при аварийной ситуации ;

Q_i - расчетные расходы газа потребителями, м³/ч.

P_н и P_к - абсолютные давления газа в начале и в конце газопровода, кПа.

L_к - протяженность кольца, м (коэффициент 1,1 учитывает местные сопротивления);

Р₀ - атмосферное давление, Р₀ =101,325 кПа;

- коэффициент гидравлического трения;

l - расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

₀ - плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

d - внутренний диаметр газопровода, см.

3. Рассчитывают аварийные режимы при выключенном головном участке справа, затем слева от начальной точки конца. Стремление использовать весь перепад давления (Р_н+Р_к) обоих режимах требует корректировки первоначально принятых диаметров по кольцу.

Изменение диаметров (увеличение протяженности большего или меньшего их значения) в одном режиме требует внесения изменения во втором режиме и наоборот. В результате этого расчёта диаметры по кольцу принимаются окончательно.

4. Затем считают нормальный режим при уже известных диаметрах по кольцу и снабжении газом всех потребителей на 100 %. В результате расчета нормального режима определяют резерв давления в точке встречи потоков, минимально необходимый для нормального снабжения газом всех потребителей при самых сложных аварийных ситуациях, а также давления в каждой точке подсоединения потребителей, что позволяет разрабатывать проект газоснабжения каждого из них.

5. По завершении расчета конечных давлений во всех узловых точках кольца проверяется увязка потерь давления в полукольцах (от точки разветвления до точки схода).

В результате расчета кольца, исходя из предварительного распределения потоков, определяем невязку д, %, в кольце по формуле:

. (56)

Невязка по давлению при расчете нормального режима не должна превышать 10%, если данное условие не соблюдается, то вводим круговой поправочный расход (м³/ч).

В соответствии с методом Якоби поправочный расход ДQ_к, м³/ч, определяется по формуле

.(57)

Поправочные расходы, м³/ч, определяют по формулам:

,(58)

. (59)

Затем вычитаем круговой поправочный расход с перегруженной ветви и прибавляем к расходам на противоположной ветви тот же круговой поправочный расход.

При известном диаметре и новых расходах определяем потери давления на каждом участке. После чего определяем невязку заново по формуле (56).

Результаты расчета сводятся в Приложение 6 Таблицы 6.1, 6.2, 6.3, 6.4.



10. Подбор оборудования ГРП

10.1 Подбор регуляторов давления

Для снижен...