Расчёт систем газоснабжения города Твери

GAZ_33__33__33__33__33 (1).dwg

План района города План участка газопровода
Газоснабжение района города
Условные обозначения
- девятиэтажный сектор
- пятиэтажный сектор
- газораспределительная станция
- газорегулирующий пункт
Профиль участка газопровода
План типового ГРП Аксонометрическая схема газопроводов типового ГРП Расчётная схема тупикового газопровода низкого давления
АКсонометрическая схема газопроводов типового ГРП
Расчётная схема тупикового газопровода низкого давления
Проектная отметка земли
Фактическая отметка земли
Обозначение трубы и тип изоляции
0*10 ГОСТ 10704-76 В-10 Гост10705-80
изоляция"весьма усиленная
17-ИВГПУ-ИСИ-1410021-ТГВ-КП
Расчетная схема тупикового газопровода низкого давлениия

Zapiska_GAZ_33__33__33__33__33__33.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«Ивановский государственный политехнический университет»
Кафедра “ Гидравлики теплотехники и инженерных сетей ”.
по дисциплине «Газоснабжение»
На тему: «Расчёт систем газоснабжения города
Состав курсового проекта:
Расчетно-пояснительная записка на 30 стр.
Графическая часть на 2 листах формата А1.
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Руководитель: к.т.н. доцент
Определение численности населения4
Определение тепловых расходов теплоты 5
1Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в квартирах5
2Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях бытового обслуживания5
3Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях общественного питания6
4Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в учреждениях здравоохранения6
5Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на хлебозаводах и пекарнях7
6Определение годового расхода теплоты на отопление вентиляцию горячее водоснабжение жилых и общественных зданий7
7Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на нужды школ и детских садов8
8Составление итоговой таблицы потребление газа городом9
Определение годовых и часовых расходов газа различными потребителями города10
Построение графика годового потребления газа городом11
Выбор и обоснование систем газоснабжения. 15
Определение оптимального числа ГРС ив ГРП16
1Определение числа ГРС16
2Определение оптимального числа ГРП16
Выбор оборудования газорегуляторных пунктов и установок. 17
1Выбор регулятора давления17
2Выбор предохранительно-запорного клапана18
3Выбор предохранительно-сбросного клапана18
Гидравлические расчеты газопроводов высокого и среднего давления. 20
1Гидравлический расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления20
1.1Расчет в аварийных режимах21
1.2Расчет ответвлений23
1.3Расчет при нормальном потокораспределении24
2Гидравлический расчет газовых сетей низкого давления26
Библиографический список. 30
План района города - вариант 7
Район строительства - г. Тверь.
Плотность населения - 175 челга
Охват газоснабжением в % :
-кафе и ресторанами-100%
-бани и прачечные-100%
-лечебные учреждения -80%
Доля населения (%) пользующаяся:
Нагрузка на предприятие – 400*106 МДж
Начальное давление в кольцевом газопроводе - 0.6 МПа
Конечное давление в кольцевом газопроводе - 0.3 МПа
Начальное давление в сети низкого давления - 5 кПа
Допустимый перепад в сети низкого давления - 1000 Па
Потребители газа: 2 кафе 2 ресторана 2 бани 2 прачечные 1 хлебозавод 1 больница 1 котельная 2 школы 2 детских сада.
Частный сектор содержит только газовые плиты;
Пятиэтажки – газовые плиты и газовые водонагреватели;
Девятиэтажки – газовые плиты и централизованное отопление.
Определение численности населения
Расход газа на коммунально-бытовые и теплофикационные нужды города или поселка зависит от числа жителей. Если число жителей неизвестно точно неизвестно то приближенно его можно определить по плотности населения на один гектар газифицируемой территории:
где FP- площадь района в га. полученная в результате замеров по плану застройки.
m - плотность населения челга.
Площадь района составляет:
FР1 = 3493га. - площадь девятиэтажных зданий;
FР2= 45045 га. - площадь пятиэтажных зданий;
FP3= 2844 га. - площадь застройки частным сектором;
N1 = 3493175 = 6113 чел. - число жителей девятиэтажных зданий;
N2 = 45045175 = 7885 чел.- число жителей пятиэтажных зданий;
N3 =2844 175 = 4977 чел. - число жителей частного сектора;
Жилая площадь района газификации определяется по плотности жилого фонда:
где П - плотность жилого фонда м2га.
FЖ1 =34934200 = 146706 м2- число жителей девятиэтажных зданий;
FЖ2= 450453200 = 144144м2 - число жителей пятиэтажных зданий;
FЖ3=28441000 = 28440 м2- число жителей частного сектора.
Определение годовых расходов теплоты
Расход газа на различные нужды зависит от расходов теплоты необходимой например для приготовления пищи стирки белья выпечки хлеба выработки того или иного изделия на пром предприятии и т.п.
Точный расчет расхода газа на бытовые нужды сделать очень сложно так как расход газа зависит от целого ряда факторов которые не поддаются точному учету. Поэтому потребление газа определяют по усредненным нормам расхода теплоты полученным на основании статистических данных.
Нормы расхода теплоты на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды принимают по СП [1]
1. Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в квартирах
Расчетная формула для определения годового расхода теплоты (МДжгод) при потреблении газа в квартирах записывается в виде
Здесь Yк - степень охвата газоснабжением населения города; ук= 1
z1. - доля людей проживающих в квартирах с централизованным горячим водоснабжением;
z2. - доля людей проживающих в квартирах с горячим водоснабжением от газовых водонагревателей;
z3. - доля людей проживающих в квартирах без централизованного горячего водоснабжения и не имеющих газовых водонагревателей;
-нормы расхода теплоты на одного человека в год в квартирах с соответствующим z
2. Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях бытового обслуживания
Расход теплоты для данных потребителей учитывает расход газа на стирку белья в прачечных на помывку людей в банях на санитарную обработку в дезкамерах. Очень часто в городах и поселках прачечные и бани объединяются в одно предприятие. Поэтому расход теплоты для них должен быть также объединен
здесь расход теплоты в банях МДжгод;
расход теплоты в прачечных МДжгод.
Расход теплоты в банях определяется по формуле:
Здесь - доля населения города пользующегося банями; =0.3
- доля бань города использующих газ в виде топлива; =1
- норма расхода теплоты на помывку одного человека.
Расход теплоты на стирку белья в прачечных определяется по формуле
здесь - доля населения города пользующегося прачечными ; = 0.3;
- доля прачечных города использующих газ в виде топлива; =1
норма расхода теплоты на 1 тонну сухого белья
В формулу (3.4) заложена средняя норма поступления белья в прачечные равная 100 тоннам на 1000 жителей.
3. Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях общественного питания
Расход теплоты на предприятиях общественного питания учитывает расход газа на приготовление пищи в столовых кафе и ресторанах.
Считается что на приготовление завтраков и ужинов расходуется одно и то же количество теплоты. Расход теплоты на приготовление обеда больше чем на приготовление завтрака или ужина.
Расход теплоты на предприятиях общественного питания определяется по формуле:
где zп.оп – доля населения города пользующегося предприятиями общественного питания; zп.оп=0.4
Yп.оп – доля предприятий общественного питания города использующих газ в виде топлива (задается); Yп.оп=1
qп.оп – объединенная норма расхода теплоты на приготовление завтраков обедов и ужинов.
где qз qо qу – нормы расхода теплоты на приготовление одного завтрака одного обеда одного ужина. Считается что из числа людей постоянно пользующихся столовыми кафе и ресторанами каждый человек посещает их 360 раз в году.
4. Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в учреждениях здравоохранения
При расходе газа в больницах и санаториях следует учитывать что их общая вместимость должна составлять 12 коек на 1000 жителей города или поселка. Расход теплоты в учреждениях здравоохранения необходим для приготовления пищи больным для санитарной обработки белья инструментов помещений. Он определяется по формуле:
гдеYз.д. – степень охвата газоснабжением учреждений здравоохранения города;
qз.д. – годовая норма расхода теплоты в лечебных учреждениях
где qп qг – нормы расхода теплоты на приготовление пищи и приготовление горячей воды в лечебных учреждениях
5. Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на хлебозаводах и пекарнях
При выпечке хлеба и кондитерских изделий составляющих основной вид продукции данных потребителей газа следует учитывать разницу в потреблении тепла на разные виды продукции. Норма выпечки хлеба в сутки на 1000 жителей принимается в размере 06 - 08 тонны. В эту норму входит выпечка и черного и белого хлеба а также выпечка кондитерских изделий (тортов пирожных пряников и т. п.). Точно определить сколько какого вида продукции потребляют жители города очень трудно. Поэтому общую норму 06 - 08 тонны на 1000 жителей можно условно поделить пополам считая что хлебозаводы и пекарни поровну выпекают черный и белый хлеб. Выпечка кондитерских изделий может быть учтена отдельно например в размере 01 тонны на 1000 жителей в сутки.
При расчете расхода газа следует учитывать охват газоснабжением хлебозаводов и пекарен. Общий расход теплоты (МДжгод) на хлебозаводы и пекарни определяется по формуле:
гдеYхз. – доля охвата газоснабжением хлебозаводов и пекарен; yхз.=1
qчх – норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны черного хлеба;
qбх – норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны белого хлеба;
qки – норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны кондитерских изделий
6. Определение годового расхода теплоты на отопление вентиляцию горячее водо-снабжение жилых и общественных зданий
Годовой расход теплоты (МДжгод) на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий вычисляют по формуле:
Где tвн tр0tср.0 – температура соответственно внутреннего воздуха отапливаемых зданий расчетная наружная для данного района строительства средняя наружного воздуха за отопительный период С;
K K1 – коэффициенты учитывающие расходы теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий (при отсутствии конкретных данных принимают К= 025 и К1 = 04);
z – среднее число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (z =16);
n0 – продолжительность отопительного периода 214 сут.;
Fж – жилая площадь отапливаемых зданий м2;
Fж= FЖ1+ FЖ2=146706+144144=290850 м2;
qо.в. – укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление и вентиляцию жилых зданий при t=-33 °С qо.в=0.6406МДжч м2;
– коэффициент полезного действия отопительной котельной (0 = 08 - 085).
Годовой расход теплоты Qг.в. МДжгод на централизованное горячее водоснабжение от котельных и ТЭЦ определяют по формуле
где qг.в. – укрупненный показатель среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение МДжчел. ч;
Nг.в. – число жителей города пользующихся горячим водоснабжением от котельных или ТЭЦ чел.;
– коэффициент учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период ( = 0.8);
tхз tхл – температура водопроводной воды в отопительный и летний периоды С (при отсутствии данных принимают tхз= 5С tхл = 15С).
Нагрузка на котельную определится по формуле:
7. Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на нужды школ и детских садов
В школах и вузах города газ может использоваться для лабораторных работ. Для этих целей принимают средний расход теплоты на одного учащегося или студента в размере 50 МДжгод. Таким образом потребление теплоты школами и вузами может быть найдено по формуле
где 03 - доля школьников и до школьников от общего числа населения.
8. Составление итоговой таблицы потребления газа городом
Результаты расчетов потребления теплоты а затем и расходов газа городом с учетом всех потребителей сводим в итоговую таблицу.
Итоговая таблица расхода газа городом
Определение годовых и часовых расходов газа различными потребителями города
Годовой расход газа Vi год м3г. для любого потребителя города или района определяется по формуле
где Qi год – годовой расход теплоты соответствующего потребителя газа
– низшая теплота сгорания газа МДжм3 определяется по химическому составу газа (при отсутствии конкретных данных принимается равной 34 МДжм3).
Потребление газа в городе различными потребителями зависит от многих факторов. Каждый потребитель имеет свои особенности и потребляет газ по-своему. Между ними (потребителями) существует определенная неравномерность в потреблении газа. Учет неравномерности потребления газа осуществляется путем введения коэффициента часового максимума Кm который обратно пропорционален периоду в течение которого расходуется годовой ресурс газа при максимальном его потреблении
где m – количество часов использования максимума нагрузки в году ч.г.;
С помощью Кm определяется часовой расход газа Vi час м3ч для каждого потребителя города:
Vi час = Vi год Кm = Vi годm. (4.3)
Количество часов использования максимума нагрузки для отопительных котельных определяется по формуле
Годовой расход газа в м год для любого потребителя города или района определяется по формуле:
Построение графика годового потребления газа городом
Графики годового потребления газа являются основой как для планирования добычи газа так и для выбора и обоснования мероприятий обеспечивающих регулирование неравномерности потребления газа. Кроме того знание годовых графиков газопотребления имеет большое значение для эксплуатации городских систем газоснабжения так как позволяет правильно планировать спрос на газ по месяцам года.
Различные потребители газа в городе по-разному забирают газ из газопроводов. Самой большой сезонной неравномерностью обладают отопительные котельные и ТЭЦ. Наиболее стабильными потребителями газа являются промышленные предприятия. Коммунально-бытовые потребители обладают определенной неравномерностью в потреблении газа но значительно меньшей по сравнению с отопительными котельными.
Вообще неравномерность расходования газа отдельными потребителями определяется рядом факторов: климатическими условиями укладом жизни населения режимом работы промпредприятий и т. п. Все факторы влияющие на режим газопотребления в городе учесть невозможно. Только накопление достаточного количества статистических данных о потреблении газа различными потребителями может дать объективную характеристику городу с точки зрения газопотребяения.
Годовой график потребления газа городом строят учитывая среднестатистические данные потребления газа по месяцам года для различных категорий потребителей. Общий расход газа в течение года разбивается по месяцам. Расход газа для каждого месяца в общем газопотреблении определяется на основании следующего расчета:
Vi мес =Vi год qi 100(5.1)
где qi – доля данного месяца в общегодовом потреблении газа %.
В табл. 5.1. приведены данные для определения месячных расходов газа для различных категорий потребителей.
Доля данного месяца в общегодовом потреблении газа %
Доля годового расхода газа в каждом месяце отопительно-вентиляционной нагрузки определяется по формуле
где tср.м – среднемесячные температуры С;
nм – количество отопительных дней в месяце.
Составим таблицу потребления газа в % на нужды отопления и вентиляции
Расход газа в каждом месяце на горячее водоснабжение можно считать равномерным.
Этот расход газа определяет минимальную нагрузку котельной в летний период.
примем расход газа в каждом месяце на пром. предприятие постоянным т.е.
Далее составляем итоговую таблицу расхода газа городом:
Отопление и вентиляция
Горячее водоснабжение
По данным этой таблицы построим график годового потребления газа городом в виде постоянных для данного месяца:
График годового потребления газа городом.
Выбор и обоснование системы газоснабжения
Системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений. На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов. Это прежде всего: размер газифицируемой территории особенности ее планировки плотность населения число и характер потребителей газа наличие естественных и искусственных препятствий для прокладки газопроводов. При проектировании системы газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для строительства применяют выгоднейший вариант.
Системы газоснабжения города состоят из следующих основных элементов: газовых сетей высокого среднего и низкого давления газораспределительных станций газорегуляторных пунктов и установок различных сооружений на газопроводах. Газовые сети города проектируются с учетом перспективы его развития на ближайшие 25 лет.
В зависимости от максимального давления газа городские газопроводы разделяют на следующие группы:
- высокого давления 1 категории с давлением от 06 до 12 МПа;
- высокого давления 2 категории с давлением от 03 до 06 МПа;
- среднего давления от 5 кПа до 03 МПа;
- низкого давления до 5 кПа;
Газопроводы высокого и среднего давления служат для питания городских распределительных сетей среднего и низкого давления. Газопроводы низкого давления служат для подачи газа в жилые и общественные здания а также на предприятия бытового обслуживания общественного питания в лечебные учреждения и т.п. Питание газопроводов низкого давления осуществляется через газорегуляторные пункты (ГРП) от сетей высокого и среднего давления.
По числу ступеней давления применяемых в городских газовых сетях они подразделяются на:
- двухступенчатые состоящие из сетей высокого или среднего давления и низкого давления;
- трехступенчатые включающие газопроводы высокого среднего и низкого давления;
- многоступенчатые в которых газ подается по газопроводам высокого давления среднего и низкого давления.
Выбор системы газоснабжения в городе зависит от характера потребителей газа которым нужен газ соответствующего давления а также от протяженности и нагрузки газопроводов. Чем разнообразнее потребители газа и чем большую протяженность и нагрузку имеют газопроводы тем сложней будет система газоснабжения.
Определение оптимального числа ГРС И ГРП
1.Определение числа ГРС
Газораспределительные станции стоят во главе систем газоснабжения. Через них идет питание кольцевых газопроводов высокого или среднего давления. К ГРС газ поступает из магистральных газопроводов под давлением 6 – 7 МПа. На ГРС давление газа снижается до высокого или среднего. Кроме того на ГРС газ приобретает специфический запах. Его одоризируют. Здесь газ также подвергается дополнительной очистке от механических примесей и подсушивается.
Выбор оптимального числа ГРС для города является одним из важнейших вопросов. С увеличением числа ГРС уменьшаются нагрузки и радиус действия городских магистралей что приводит к уменьшению их диаметров и снижению затрат на металл. Однако увеличение числа ГРС увеличивает затраты на их сооружение и строительство магистральных газопроводов подводящих газ к ГРС увеличиваются эксплуатационные расходы за счет содержания обслуживающего персонала ГРС.
При определении числа ГРС можно ориентироваться на следующее:
-По нормативным документам для небольших городов и поселков с населением до 100 – 120 тыс. человек наиболее рациональными являются системы с одной ГРС. Следовательно в данном К.Р. запроектирована система газоснабжения города с одной ГРС.
2. Определение оптимального числа ГРП
Газорегуляторные пункты стоят во главе распределительных газовых сетей низкого давления питающих газом жилые дома. Оптимальное число ГРП определяется из соотношения
где Vчас – часовой расход газа на жилые дома м3ч.;
Vопт – оптимальный расход газа через ГРП м3ч.
Оптимальный расход газа через ГРП определяется из соотношения
где m – плотность населения по району действия ГРП чел.га;
Rопт – оптимальный радиус действия ГРП принимается равным 1000 м;
е – удельный часовой расход газа на одного человека м3чел.. ч который задается или вычисляется если известно количество жителей N чел. потребляющих газ и известно количество газа V м3ч. потребляемого ими в час:
количество ГРП принимаем равным 1.
Выбор оборудования газорегуляторных пунктов и установок
Выбор оборудования ГРП и ГРУ начинается с определения типа регулятора давления газа. После выбора регулятора давления определяются типы предохранительно-запорных и предохранительно-сбросных клапанов. Далее подбирается фильтр для очистки газа а затем запорная арматура и контрольно-измерительные приборы.
1. Выбор регулятора давления
Регулятор давления должен обеспечивать пропуск через ГРП необходимого количества газа и поддерживать постоянное давление его независимо от расхода.
Расчетные уравнения для определения пропускной способности регулятора давления выбираются в зависимости от характера истечения газа через регулирующий орган.
Для докритического истечения когда скорость газа при проходе через клапан регулятора не превышает скорость звука расчетное уравнение записывается в виде
При сверхкритическом истечении когда скорость газа в клапане регулятора давления превышает скорость звука расчетное уравнение записывается в виде
В формулах (8.1) и (8.2):
Кv – коэффициент пропускной способности регулятора давления;
– коэффициент учитывающий неточность исходной модели для уравнений (8.1) и (8.2):
кр .= 1-046(РР1)кр.;
Р – перепад давления в линии регулирования МПа;
где Р1 – абсолютное давление газа перед ГРП или ГРУ МПа;
Р2 – абсолютное давление газа после ГРП или ГРУ МПа;
Ррег. – потери давления газа в линии регулирования обычно равные 0007 МПа;
(РР1)кр. = 1 - (Р2Р1)кр.= 05
о – плотность газа при нормальном давлении кгм3;
Т – абсолютная температура газа равная 283 К;
z – коэффициент учитывающий отклонение свойств газа от свойств идеального газа (при Р112 МПа z = 1).
Расчетный расход Vр м3ч должен быть больше оптимального расхода газа через ГРП на 15-20% т. е.
Если Р2Р105 то течение газа будет докритическим и поэтому следует применять уравнение (8.1).
Если Р2Р105 то течение газа будет сверхкритическим и поэтому следует применять уравнение (8.2).
Р2=0.005+0.1=0.105 МПа
Р2Р1=0.1050.4=0.2605 течение газа сверхкритическое поэтому следует применять уравнение (8.2).
кр .= 1-0460.72=0.388
По расчету получен Кv=299 ближайший коэффициент Кv равен 38 и относится к регулятору РДУК-2-10050 следовательно этот регулятор и следует установить в ГРП.
2. Выбор предохранительно-запорного клапана
Промышленность выпускает два типа ПЗК: ПКН и ПКВ. Первый следует применять в случаях когда после ГРП или ГРУ поддерживается низкое давление второй – когда поддерживается среднее давление газа. Габариты и тип клапана определяются типом регулятора давления. ПЗК обычно выбирают с таким же условным диаметром как и регулятор давления.
Исходя из всего вышесказанного выбираем тип ПЗК: ПКН-50.
3. Выбор предохранительно-сбросного клапана
Предохранительно-сбросной клапан подбирается по пропускной способности регулятора давления. Пропускная способность ПСК должна составлять не менее 10% от пропускной способности регулятора давления или не менее пропускной способности наибольшего из клапанов. ПСК выпускают на условные диаметры 25 и 50 мм.
Выбираем тип ПСК: ПСК-50Н005;
Задачей фильтра в ГРП или ГРУ является очистка газа от механических примесей. При этом фильтр должен пропускать весь газовый поток не превышая допустимую потерю давления на себе в размере 10000 Па.
Промышленность выпускает два вида газовых фильтров: кассетные с литым корпусом типа ФВ-100 и ФВ-200; кассетные со сварным корпусом типа ФГ7-50-6; ФГ9-50-12; ФГ15-100-6; ФГ19-10-12; ФГ36-200-6; ФГ46-200-12; ФГ80-300-6; ФГ100-300-12.
Первый тип фильтров предназначен для небольших (до 3800 м3ч) расходов газа. Второй тип фильтров предназначен для пропуска больших расходов газа. Число после букв ФГ означает пропускную способность фильтра в тысячах кубических метров в час.
Для подбора фильтра необходимо определить перепад давления газа на нем при расчетном расходе газа через ГРП или ГРУ.
Для фильтров типа ФВ этот перепад давления определяют по формуле
где Ргр – паспортное значение перепада давления газа на фильтре Па;
Vгр – паспортное значение пропускной способности фильтра м3ч;
о – плотность газа при нормальных условиях кгм3;
Р1 – абсолютное давление газа перед фильтром МПа
Vр – расчетный расход газа через ГРП или ГРУ м3ч.
Перепад определяемый по формуле (8.4) для фильтра ГРП или ГРУ не должен превышать допустимого значения 10000 Па. Если перепад давления получается более 10000 Па то следует проверить фильтр с большим условным диаметром.
Требуется выбрать фильтр типа ФВ. Абсолютное давление газа перед фильтром 04 МПа. Расчетный расход газа через ГРП 3220 м3ч.
Проверяем фильтр диаметром 100 мм.
Ргр = 3000 Па; Vгр = 400 м3ч; о = 073 кгм3;
Р = 013000(36225400)2(07304) = 449005 Па.
Р10000 Па. Фильтр не удовлетворяет данным условиям.
Проверяем фильтр диаметром 200 мм.
Ргр = 3000 Па; Vгр = 1500 м3ч; о = 073 кгм3;
Р = 013000(362251500)2(07304) = 31919 Па.
Фильтр ФВ-200 удовлетворяет данным условиям.
Гидравлические расчеты газопроводов
Основная задача гидравлических расчетов заключается в том чтобы определить диаметры газопроводов. С точки зрения методов гидравлические расчеты газопроводов можно разделить на следующие типы:
- расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления;
- расчет тупиковых сетей высокого и среднего давления;
- расчет многокольцевых сетей низкого давления;
- расчет тупиковых сетей низкого давления.
Для проведения гидравлических расчетов необходимо иметь следующие исходные данные:
- расчетную схему газопровода с указанием на ней номеров и длин участков;
- часовые расходы газа у всех потребителей подключенных к данной сети;
- допустимые перепады давления газа в сети.
Расчетная схема газопровода составляется в упрощенном виде по плану газифицируемого района. Указывают все участки газопроводов со всеми изгибами и поворотами. Точки расположения потребителей газа на плане определяются местами расположения соответствующих ГРП или ГРУ.
1. Гидравлический расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления
Гидравлический режим работы газопроводов высокого и среднего давления назначается из условий максимального газопотребления.
Расчет подобных сетей состоит из трех этапов:
- расчет в аварийных режимах;
- расчет при нормальном потокораспределении;
- расчет ответвлений от кольцевого газопровода.
Рассмотрим гидравлический расчет кольцевого газопровода высокого и среднего давления на примере.
Газопровод высокого давления имеет в начальной точке 0 избыточное давление газа Рн=06 МПа. Конечное давление газа Рк=03 МПа. Это давление должно поддерживаться у всех потребителей подключенных к данному кольцу одинаковым независимо от места их расположения.
В расчетах используется абсолютное давление газа поэтому расчетные Рн=07 МПа и Рк=04 МПа. Длины участков необходимо перевести в километры.
Для начала расчета определяют среднюю удельную разность квадратов давлений:
где li – сумма длин всех участков по расчетному направлению км.
Множитель 11 означает искусственное увеличение длины газопровода для компенсации различных местных сопротивлений (повороты задвижки компенсаторы и т.п.).
Далее используя среднее значение Аср и расчетный расход газа на соответствующем участке определяют диаметр газопровода и по нему уточняют значение А для выбранного стандартного диаметра газопровода. Затем по уточненному значению А и расчетной длине определяют точное значение разности на участке. Все расчеты сводят в таблицы.
1.1. Расчет в аварийных режимах
Аварийные режимы работы газопровода наступают тогда когда откажут в работе участки газопровода примыкающие к точке питания 0. В нашем примере это участки 1 и 7. Питание потребителей в аварийных режимах должно осуществляться по тупиковой сети с условием обязательного поддержания давления газа у последнего потребителя равным Рк.
Средняя удельная разность квадратов давлений в первом аварийном режиме составит (отказал участок 0-1)
Средняя удельная разность квадратов давлений во втором аварийном режиме составит (отказал участок 0-19)
Результаты гидравлического расчета в аварийных режимах
Расход газа на участках определяется по формуле:
Vр=059(Коб.i Vi) (9.2)
Vi – часовой расход газа у соответствующего потребителя м3ч.
Коэффициент обеспеченности для коммунально-бытовых потребителей в нашем расчете для простоты принят постоянным и равным 08 у всех потребителей газа.
Расчетную длину участков газопровода lp км определяют по уравнению:
Правильность расчетов проверяют путем вычисления конечного давления по формуле
где - сумма разностей квадратов давлений на участках.
Значение РК полученное по формуле (9.3) не должно более чем на 5% отличаться от заданного избыточного давления РК.
- 0.1=0.307 МПа отклонение –228%
- 0.1=0.315 МПа отклонение – 4.7 %
Следовательно расчет сделан правильно.
Зная потери на каждом участке далее можно определить абсолютное давление газа в каждой точке в обоих аварийных режимах.
где - сумма разности квадратов давлений на участках предшествующих точке определения давления.
Все расчеты по определению давлений в различных точках кольца потребителей можно свести в таблицу.
Результаты расчетов давлений газа в точках кольца
1.2. Расчет ответвлений
В этом расчете необходимо определить диаметры газопроводов подводящих газ от кольцевого газопровода к потребителям. Для этого используется расчет давления в точках изменения расходов сведенный в табл. 9.2. Перепад давлений на каждом ответвлении определяется разностью давлений в точке подключения газопровода ответвления к кольцевому газопроводу и заданным конечным давлением у потребителя.
Для определения начального давления из табл. 9.2 для одной и той же точки выбираем наименьшее абсолютное давление газа.
Далее определяется удельная разность квадратов давлений на участках.
По номограмме определяем диаметр газопровода
Все расчеты по определению диаметров ответвлений сводим в таблицу.
Результаты расчета ответвлений
Начальное давление Мпа
Конечное давление МПа
1.3. Расчет при нормальном потокораспределении
Нормальное потокораспределение предполагает движение газа от точки питания кольца в обе стороны. В нашем примере это движение газа от точки 0 по участкам 0-1 и 19-0 и далее.
Точка схода обоих потоков должна находиться где-то на кольце. Эта точка определяется из следующих условий – расходы газа по обоим направлениям кольца должны быть примерно одинаковыми.
В нашем примере это точка 13. Слева в эту точку идет поток газа 20088 м3ч справа – 41484 м3ч. Для начала расчета необходимо уравнять эти потоки перераспределив расходы газа на участках 13и 14. Для этого разность расходов обоих направлений нужно разделить пополам и добавить полученный расход к расходу того участка где он меньше и вычесть этот же расход из расхода того участка где он больше.
Таким образом к точке 13 будет подходить слева и справа одинаковый расход равный 701939 м3ч.
Расходы газа на участках кольцевого газопровода соответственно составят м3ч:
Результаты расчета при нормальном потокораспределении
Расход на участкем3ч
Диаметр газопроводамм
Σ = +0.05447 Σ =61.25
Знаки “+” и “-“ означают условное деление потоков газа на положительные и отрицательные.
Ошибка составляет что более 10% следовательно расчёт нужно повторить. Для снижения ошибки посчитаем круговой расчёт по формуле:
Увеличим все положительные расходы на 400 м3ч а все отрицательные уменьшим на 400 м3ч.Повторим расчет при новых значениях расходов на участках.
Ошибка составляет что меньше 10% значит гидравлический расчет газопровода высокого давления выполнен правильно и на этом закончен.
2.Гидравлический расчет газовых сетей низкого давления
Гидравлический расчет газопроводов низкого давления (до 5 кПа) сводится к решению транспортной задачи с последующей ее оптимизацией.
Сначала определяем путевые расходы газа на участках сети м3ч
где - расход газа в сети =8617 м3ч;
- приведенная длина участка м;
- расчетная длина участка ;
- геометрическая длина участка м;
- коэффициент этажности учитывающий наличие зданий разной этажности;
- коэффициент застройки учитывающий плотность жилой застройки по трассе газопровода;
Расчет путевых расходов газа сводим в таблицу:
Путевые расходы газа
Затем определяем узловые расходы газа
где - сумма путевых расходов газа на участках примыкающих к узлу м3ч
n – количество участков примыкающих к узлу.
(726+594+792+369)= 12405
(16.5+79.2+36.3)= 66
(57.75+825+57.75)=99
(36.3+72.6+57.75)=83325
(72.6+82.5+79.2+369)=1356
Затем определяем расчетный расход газа на участках.
При вычисление расчетного расхода газа используют первое правило Кирхгофа для сетей. Для обеспечения экономичности системы следует выделить главные направления по которым транспортируется большая часть газа.
На этих направлениях можно выделить участки по которым идут транзитные потоки газа. Здесь расчетный расход определяют по правилу Кирхгофа.
На участках где нет транзитных потоков газа
Найдем расчетные тупиковые расходы газа
Найдем расчетные расходы газа на транзитных участках
Определим диаметры участков. Для этого используя заданный перепад давления вычислим среднюю первоначальную удельную потерю давления на главных направлениях:
где - сумма расчетных длин участков входящих в данное главное направление.
По величине А и расчетному расходу газа на каждом участке определим диаметры газопровода.
Все расчеты по определению диаметров участков газопровода низкого давления сведем в таблицу.
Средняя потеря давлени Пам
Действительная удельная потеря давления
Потеря давления на участке Па
Давление в конце участка Па
Критерием правильности расчета является невязка давлений в узловых точках которая не должна превышать 10%.
На этом гидравлический расчет газовых сетей низкого давления закончен
Библиографический список
СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб.
СНиП 23.01.99. Строительная климатология и геофизика Госстрой России.-М. 2003.
СНиП 42-01-2002. Газораспределительные системы Госстрой России. - М. 2003. – 40 с.
Корюкина Т.В. Курилов В.К. Расчет систем газоснабжения городов и населенных пунктов: Учебное пособие Иван. гос. архит.-строит. унив.- Иваново 2006 – 120 с.