Подогрев и очистка газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения о проектировании распределительных систем газоснабжения

газ подогрев очистка

Современные распределительные системы газоснабжения представляют собой (в зависимости от объекта) сложный комплекс сооружений, состоящих из следующих основных элементов:

газовых сетей высокого, среднего и низкого давлений;

газораспределительных станций (ГРС);

газорегуляторных пунктов (ГРП) и установок (ГРУ).

Газопроводы систем газоснабжения в зависимости от величины давления транспортируемого газа подразделяются на следующие группы [1]:

газопроводы низкого давления - при рабочем давлении газа до 0,005 МПа (0,05 кг/см²) включительно;

газопроводы среднего давления - при рабочем давлении газа свыше 0,005 МПа (0,05 кг/см²) до 0,3 МПа (3 кг/см²);

газопроводы высокого давления II категории - при рабочем давлении газа свыше 0,3 МПа (3 кг/см²) до 0,6 МПа (6 кг/см²);

газопроводы высокого давления I категории - при рабочем давлении газа свыше 0,6 МПа (6 кг/см²) до 1,2 МПа (12 кг/см²) включительно для природного газа и газовоздушных смесей и до 1,6 МПа (16 кг/см²) для сжиженных и углеводородных газов (СУГ).

Газопроводы низкого давления служат для подачи газа в жилые, общественные здания и предприятия бытового обслуживания.

Газопроводы среднего и высокого (I категории) давления служат для питания городских распределительных сетей низкого и среднего давления через ГРП. Они также подают газ в газопроводы промышленных и коммунальных предприятий.

Городские газопроводы высокого (II категории) давления являются основными для газоснабжения крупных городов. По ним газ подают через ГРП в сети среднего и высокого давления, а также промышленным предприятиям, нуждающимся в газе высокого давления.

Связь между газопроводами различного давления осуществляется через ГРС и ГРП.

Современная схема городской системы газоснабжения имеет ярко выраженную иерархичность в построении, связанную с классификацией газопроводов по давлению. Верхний уровень составляют газопроводы высокого давления. Они составляют главный стержень городской газовой сети. Сеть высокого давления должна быть резервированная, т.е. закольцованная. Сеть высокого давления гидравлически соединяется с остальной частью системы через регуляторы давления, оснащенные предохранительными устройствами, предотвращающими повышение давления после регуляторов.

Газопроводы крупных населенных пунктов (в т.ч. и городские) можно разделить на три группы:

распределительные - для подачи газа к промышленным потребителям, коммунальным предприятиям и в районы жилых домов. Эти газопроводы могут быть высокого, среднего и низкого давлений, кольцевые и тупиковые;

абонентские ответвления, подающие газ от распределительных сетей к отдельным потребителям;

внутридомовые газопроводы.

Для поселков и небольших городов рекомендуется одноступенчатая система газоснабжения.

Для средних городов принимают двухступенчатую систему газоснабжения. Газ от ГРС по сети среднего или высокого давления подается к крупным потребителям и к газорегуляторным пунктам, а от последних - в распределительную сеть города.

Для крупных городов рекомендуется трехступенчатая система газоснабжения. Для крупных и средних городов газовые сети должны проектироваться кольцевыми, а для мелких городов и поселков, как высокая ступень давления, так и низкая, может быть запроектирована тупиковой. Окончательный вариант применяется после технико-экономического обоснования.

Для крупных городов и центров промышленных районов целесообразно применять дополнительное кольцо с давлением до 2,5 МПа, которое получает газ из магистрального газопровода, распределяет его вокруг города и подает в городские сети высокого давления и в магистрали к промышленным районам, городам-спутникам и в подземные хранилища газа.

Принципиальная схема распределительной системы газоснабжения крупного города приведена на рис. 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Многоступенчатая система газоснабжения крупного города

Из магистральных газопроводов газ через ГРС поступает в городские распределительные сети разного давления (рис. 1). Крупные города имеют несколько независимых точек питания и несколько ГРС, что повышает надежность системы газоснабжения и гибкость ее в эксплуатации. Газопроводы высокого давления необходимо прокладывать по окраинам города. ГРС размещают в местах подвода магистральных газопроводов за территорией города, не подлежащей застройке.

ГРП, питающие сеть высокого и среднего давления, также стараются размещать вокруг города с разных его сторон. Местоположение этих ГРП должно выбираться таким, чтобы обеспечить после них подачу газа по кратчайшему пути к центрам нагрузок каждого района города.

ГРП, питающие сеть низкого давления, располагают в центре нагрузок (кварталов и микрорайонов). Такие ГРП имеют пропускную способность 1000…3000 м³/ч, радиус действия 400…800 м. Количество ГРП и радиус действия можно определить по формулам:

,

где n - число ГРП;

R - радиус действия ГРП, км;

F - газифицируемая площадь, га;

Q_ГРП - суммарный расход газа через ГРП, м³/ч;

Q - производительность типовой ГРП, м³/ч.

Для районов с большой газовой нагрузкой длина одной стороны кольца, как правило, равна двум кварталам; для районов с малой плотностью газовой нагрузки сторона кольца сети низкого давления может составлять 3…4 квартала. Длина ответвлений распределительной газовой сети низкого давления к потребителям не должна превышать 150…200 м.

2. Газораспределительные станции

Газ из магистральных газопроводов поступает в городские, поселковые и промышленные системы газоснабжения через газораспределительные станции. На ГРС давление газа снижают до величины, необходимой для потребителя и поддерживают его постоянным. Все оборудование ГРС рассчитывают на рабочее давление 7,5 МПа и 5,5 МПа, т.е. на максимально возможное давление газа в магистральном газопроводе.

ГРС характеризуется большими пропускными способностями (20…200 тыс. м³/ч и более), поэтому дросселирование газа на них осуществляется в нескольких нитках, на каждой из которых устанавливают соответствующий регулятор давления.

На ГРС газ подвергается дополнительной очистке на фильтрах и одоризации, а при необходимости и подогреву, что позволяет исключить гидратообразование при дросселировании. Температура подогрева должна быть такой, чтобы влагосодержание насыщенного газа не опускалось ниже влагосодержания газа, поступающего на ГРС.

Расход газа на ГРС определяется с помощью диафрагмы или расходомера, представляющего собой дифманометр. Кроме того, на ГРС предусматривается защитная автоматика.

На ГРС устанавливают как регуляторы прямого, так и непрямого действия, которые автоматически поддерживают постоянное давление в точках отбора независимо от интенсивности потребления газа. Эти приборы являются основными на газораспределительных станциях.

Регуляторы давления выбирают в зависимости от давления и расхода газа по величине коэффициента пропускной способности (при докритическом режиме)

,

где - коэффициент, учитывающий изменение плотности газа при движении через дроссельный орган; зависит от отношения Р/Р₁ и показателя адиабаты (рис. 2);

Р - перепад давления на регуляторе, МПа;

Р₁, Т₁ - давление и температура газа перед регулятором, МПа, К;

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

z₁ - коэффициент сжимаемости газа при условиях входа в регулятор давления;

Q - пропускная способность ГРС, м³/ч.

При критическом или большем перепаде давлений (т.е. когда соблюдается неравенство)

,

пропускную способность регулятора определяют по формуле

,

где Р₂ - давление после регулятора давления, МПа;

_кр - значение коэффициента при отношении (Р/Р₁)_кр (рис. 2);

Для природного газа (k=1,3) критическое отношений давлений .

Пропускную способность регулятора рекомендуется выбирать на 15…20% больше максимальной расчетной величины.

Рис. 2. Значения коэффициента в зависимости от Р/Р₁

3. Подогрев газа на ГРС

Снижение давления газа на ГРС приводит к значительному его охлаждению, что может привести к образованию гидратов, обмерзанию регулирующих клапанов, запорной арматуры, приборов и трубопроводов. Это осложняет условия эксплуатации ГРС, нарушают нормальный режим ее работы. Для предупреждения и исключения эффекта гидратообразования, при дросселировании газ подогревают в теплообменниках с необходимой поверхностью теплообмена. В качестве теплоносителя используют горячую воду и продукты сгорания газа. При расчете используют зависимость влагосодержания d насыщенного природного газа от давления и температуры. Чтобы исключить гидратообразование, газ необходимо подогреть на такую величину t, чтобы кривая влагосодержания насыщенного газа при дросселировании лежала выше влагосодержания насыщенного газа, поступающего на ГРС. Значение t определяют подбором, строя несколько кривых дросселирования для различных начальных температур и нанося их на график d = f (T, P).

Температурная кривая дросселирования при нескольких начальных температурах строится по формуле

,

где Т₁ - температура газа, поступающего на ГРС, К;

Р₁ - давление газа на вход в ГРС, МПа;

Р_2i - давление газа после регулятора давления, принимаемое с шагом 0,5 МПа и в пределе равное конечному давлению Р_к, МПа;

D_i - коэффициент Джоуля-Томпсона. D_i = f (P, T, ).

Для ориентировочных расчетов можно принять D_i = 5,5 К/МПа.

Расчет поверхности теплообменника производится следующим образом.

Определяется количество теплоты Q (Дж/с), необходимое для нагрева газа

,

где Q₀ - секундный расход газа через ГРС (теплообменник), м³/с;

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

с_р - удельная массовая теплоемкость газа, Дж/ (кгК);

Т = Т₂ - Т₁



4. Очистка газа от механических примесей

Для очистки газа на газорегуляторных пунктах устанавливают волосяные и сетчатые фильтры. При условных диаметрах больше 50 мм применяют волосяные фильтры, а при диаметрах 50 мм и менее - сетчатые.

Волосяные фильтры выпускают двух модификаций с максимальным давлением до 0,6 МПа и до 1, МПа. Перепад давления на кассете фильтра не должен превышать 10 кПа. Если он будет больше, то необходима очистка фильтра. В условиях эксплуатации перепад давления на фильтре обычно не превышает 3000…5000 Па. Перепад давления контролируется дифманометром ДСП-780 Н.

При перепаде давления на фильтре 5000 Па, избыточном давлении перед ним 0,6 МПа и плотности газа 0,73 кг/м³ пропускная способность его в зависимости от диаметра при нормальных условиях составляет:

1) D_у = 50 мм Q = 6000 м³/ч;

2) D_у = 100 мм Q = 14750 м³/ч;

3) D_у = 200 мм Q = 38600 м³/ч;

Если фильтр используется в условиях, отличных от указанных, тогда его пропускную способность определяют по формуле

,

где Р - перепад давления на фильтре;

Р₂ - давление на входе в фильтр;

₀ - плотность газа.

Параметры с индексом «Т» относятся к паспортным для данного фильтра при определенных условиях его работы.

Пропускная способность фильтров выбирается из условия. что скорость газа в корпусе не будет превышать 1 м/с.

Сетчатые фильтры применяют в шкафных газорегуляторных пунктах (ШРП) на более низкие пропускные способности.

5. Расчёт систем газораспределения

Рассчитать тупиковую разветвленную сеть среднего давления (рис. 3). Избыточное давление в начале сети Рн = 0,4 МПа, перед потребителем (ГРП или ШРП предприятия-потребителя газа) не менее Рк = 0,15 МПа (исходя из требований устойчивой работы регуляторов давления на ГРП).

Рис. 3. Расчетная схема сети

Расходы газа потребителями известны: ХЗ (хлебзавод) - 780 м³/ч; ГРП-2 - 1460 м³/ч; РК (районная котельная) - 4510 м³/ч; БПК (банно-прачечный комбинат) - 960 м³/ч; ГРП-1 - 1420 м³/ч.

Определим главное направление:

ГРП-2=620+960=1580 м,

ГРП-1=620+700+940+390+480=3130 м,

РК=620+700+580+400=2300 м,

БПК=620+700+580+260=2160 м,

ХЗ=620+700+940+390+700=3350 м.

Главное направление - ГРС-ХЗ=3350 м

Определяем расчетные расходы газа по участкам сети:

Участок 0-1: Q_P = 9130м3/ч,

Участок 1-2: Q_P = 7670м3/ч,

Участок 2-3: Q_P = 5470м3/ч,

Участок 3-4: Q_P = 4510м3/ч,

Участок 3-5: Q_P = 960м3/ч,

Участок 2-6: Q_P = 2200м3/ч,

Участок 6-7: Q_P = 2200м3/ч,

Участок 7-8: Q_P = 780м3/ч,

Участок 7-9: Q_P = 1420м3/ч,

Участок 1-10: Q_P = 1460м3/ч.

Определяем расчётную длину участка L_p=1,1L_г:

Участок 0-1: 620*1,1=682 м,

Участок 1-2: 700*1,1=770 м,

Участок 2-3: 580*1,1=638 м,

Участок 3-4: 400*1,1=440 м,

Участок 3-5: 250*1,1=275 м,

Участок 2-6: 940*1,1=1034 м,

Участок 6-7: 390*1,1=429 м,

Участок 7-8: 700*1,1=770 м,

Участок 7-9: 480*1,1=528 м,

Участок 1-10: 960*1,1=1056 м.

Определяем

А_ут для каждого участка определяем с помощью номограммы и указываем в таблице.

Определяем Р_к для каждого участка (кПа)



Участок 0-1:

Участок 1-2:

Участок 2-3:

Участок 3-4:

Участок 3-5:

Участок 2-6:

Участок 6-7:

Участок 7-8:

Участок 7-9:

Участок 1-10:

Расчетные расходы газа записываются в табл. 1

Геометрические размеры (длины) участков сети по плану и с учетом 10% надбавки на местные сопротивления приведены в табл. 1.

Таблица 1. Расчет сети среднего давления

Учас-ток	Длина участка, м	QP, м3/ч	D, мм	Аут, КПа2/м	Давление, кПа
	Lг	Lp=1,1Lг				Рн
Расчет главного направления ГРС-ХЗ Аср = 41 кПа2/м
0-1	620	682	9130	219	45	400	360
1-2	700	770	7670	219	31	360	325
2-6	940	1034	2200	133	45	325	243
6-7	390	429	2200	133	45	243	199
7-8	700	770	780	89	35	199	112
Расчет отводов а) 1-10, Аср = (3602-1502)/960 = 111,56 кПа2/м
1-10	960	1056	1460	108	40	360	296
Б) 7-9, Аср = (1992-1502)/480 = 35,63 кПа2/м
7-9	480	528	1420	108	40	199	136
Расчет направления 2-4 в ответвлении Аср = (3252-1502)/580 = 143,32 кПа2/м
2-3	580	638	5470	159	77	325	238
3-4	400	440	4510	159	55	238	180
Расчет отвода 3-5; Аср = (2382-1502)/250 = 136,56 кПа2/м
3-5	250	275	960	89	55	238	204

Используя данные таблицы 1 рассчитаем тупиковую разветвленную сеть среднего давления методом оптимальных диаметров.

Расчетные расходы газа по участкам сети представлены в табл. 1.

Материальные характеристики участков .

;

;

;

;

;

;

;

;

;

Параметры участков .

Для бестранзитных участков

.

Для участков примыкающих к бестранзитным

;

Для остальных участков

Показатель для всех участков определяется от точки питания к периферии

.



;

;

;

;

;

Диаметры участков определяются из формулы

.

Откуда для i-го участка

,

где 0,73 кг/м³ - плотность газа.

,

принимаем диаметр 1084.

,

принимаем диаметр 1334.

,

принимаем диаметр 1084.

,

принимаем диаметр 1595.

,

принимаем диаметр 483.

,

принимаем диаметр 894.

,

принимаем диаметр 764.

,

принимаем диаметр 423.

,

принимаем диаметр 764

принимаем диаметр 573.



Таблица 2. Результаты расчета разветвленной газовой сети

Участок	L, м	Q, м3/ч	D, мммм
1	682	9130	1084
2	770	7670	1334
3	638	5470	1084
4	440	4510	1594,5
5	275	960	483
6	1034	2200	894
7	429	2200	764
8	770	780	423
9	528	1420	764
10	1056	1460	573



Заключение

газ подогрев очистка

В данной курсовой работе была рассчитана тупиковая разветвлённая сеть среднего давления.

В ходе работы с помощью таких известных как: расход газа потребителями, длина участков трубопровода, избыточное давление в начале сети, были найдены значения, необходимые для построения стабильной работы тупиковой разветвлённой сети давления.



Библиографический список

СНиП 2.0408-87*. Газоснабжение/ Минстрой России. - М.: ГПЦПП Минстроя России, 1995. - 68 с.

Ионин А.А. Газоснабжение. - М.: Стройиздат, 1989. - 439 с.

Manuel pour le transport et la distribution du gaz. - Paris.: Soc. Usines GAS, (Assjc. techn. Gaz France), т. 1. 1968, 926 р.: т. 2. 1968, 580 р. (927 - 1507 р.р.).

Торчинский Я.Н. Оптимизация проектируемых и эксплуатируемых газораспределительных систем. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Недра, 1988. - 229 с.

Размещено на Allbest.ru

...