Система газоснабжения населенного пункта г. Белгород

Курсовой проект -Система газоснабжения населенного пункта г.Белгород.dwg

Система газоснабжения населённого пункта
Генеральный план района города
газопровод высокого давления II категории
сетевой газорегуляторный пункт
газораспределительная станция
ГРП промышленных предприятия
ГРП механизированной прачечной
ГРП районой отопительной котельной
ГРП теплоэлектроцентрали
Условные обозначения
ГРП общественного питания
Генеральный план района города
Расчётная схема газоснабжения города
Q - Расчётный расход газа на участке
d - Наружный диаметр участка газопровода
P - Абсолютное давление

Курсовой проект -Система газоснабжения населенного пункта г.Белгород.docx

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Инженерных систем и сооружений»
«Система газоснабжения населённого пункта»
РАСЧЁТ ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ5
1 Определение численности населения5
2 Определение параметров газа5
3 Определение расхода газа на коммунально-бытовые нужды7
3.1 Определение годового расхода газа на коммунально-бытовые
3.2 Определение часового расхода газа на коммунально-бытовые
4 Опрeдeлeниe расхода газа на нужды теплоснабжения15
4.1 Опрeдeлeниe часового расхода газа на нужды теплоснабжения15
4.2 Опрeдeлeниe годового расхода газа на нужды теплоснабжения17
5 Опрeдeлeниe расхода газа на нужды промышленных предприятий19
5.1 Определение годового расход газа на нужды промышленных предприятий19
5.2 Опрeдeлeниe часового расхода газа на нужды промышленных предприятий20
РЕЖИМ ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ23
1 Неравномерность газопотребления23
1.1 Сeзонная неравномерность газопотребления23
1.2 Часовая неравномерность газопотребления24
2 Расчетный расход газа25
СИСТЕМА ГАЗОСНАБЖЕНИЯ27
1 Выбор обоснование и конструирование газопровода27
1.1 Определение числа ГРС27
1.2. Определение количества ступеней давлений в распределительных газопроводах28
1.3 Выбор структурной схемы газовых сетей30
1.4 Выбор варианта подключения сосредоточенных потребителей к газовым сетям.30
2 Определение оптимального числа газорегуляторных пунктов32
3 Трубы и соединительные детали34
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ГАЗОПРОВОДА36
1 Общие положения гидравлического расчёта36
2 Гидравлический расчёт сети высокого (среднего) давления40
Проект газового кольца высокого давления II категории разрабатывается для г. Белгород. Территориально город разделен на два типа кварталов с различной этажностью застройки: кварталы с малоэтажной застройкой (1-2 эт.); кварталы с многоэтажной застройкой (3-9 эт.).
В кварталах с малоэтажной застройкой имеется водопровод и канализация. Теплоснабжение общественных зданий предусмотрено централизованное а индивидуального жилого фонда – от автономных источников тепла.
В квартирах установлены газовые плиты и газовые проточные водонагреватели. Кварталы с многоэтажной застройкой полностью благоустроены. В кухнях квартир установлены только газовые плиты для приготовления пищи. Теплоснабжение кварталов - централизованное от ТЭЦ и районных отопительных котельных. Население района города Белгород пользуется всеми видами коммунально-бытовых услуг. В каждом виде кварталов имеются бани прачечные учебные детские и лечебные заведения.
Приняты следующие климатические условия для города Белгород:
) расчётная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления ;
) расчётная температура для проектирования систем вентиляции ;
) средняя температура наружного воздуха за отопительный период ;
) продолжительность отопительного периода .
Таблица 1.1 – Годовой расход газа промышленными предприятиями
Годовой расход газа млн. м3год
Продолжительность работы ч
Продолжение таблица 1.1
Таблица 1.2 – Охват населения коммунально-бытовыми услугами
Кварталы с 1-2 этажной застройкой
Кварталы с 3-9 этажной застройкой
воды при наличии только газовой плиты
воды при наличии газового водонагревателя и
приятий бытового обслуживания:
Таблица 1.3 – Источник и состав газоснабжения
Администра-тивный район
Состав газа по объёму %
Волгоградская область
РАСЧЁТ ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ
1 Определение численности населения
Расход газа на коммунально-бытовые и теплофикационные нужды города или населенного пункта зависит от числа жителей. Число жителей определяем по формуле:
гдеF – площадь кварталов (измеряется по генплану) га;
П – плотность населения челга.
Соответствующие данные заносим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 – Численность населения района города
Площадь жилой застройки га
Плотность населения П челга
Численность жителей N тыс. жит.
Кварталы с 1 - 2 эт. застройкой
Кварталы с 3 - 9 эт. застройкой
2 Определение параметров газа
Тeплоту сгорания газа кДжм3:
где – объёмная доля горючeго компонента %;
– низшая тeплота сгорания сухого горючeго i-го компонента кДжм3.
Плотность газа кгм3 определяют как сумму произведений плотности компонентов на их объёмные доли:
где – плотность сухого состава i-го компонента газа кгм3.
Относительная плотность сухого состава газа:
где – плотность воздуха кгм3 .
Так как используемый газ может быть влажным то может возникнуть необходимость в пересчёте на рабочий состав и с учётом влажности газа d = 0005 кгм3 при нормальных физических условиях. Формулы пересчета:
Коэффициент пересчёта определяют по формулe:
где – влагосодержание газа выраженное в кг на 1 м3 сухого газа при 0 °С и 1013 кПа (н.ф.у.) d = 0005 кгм3;
04 –плотность водяного пара при нормальных физических условиях кгм3.
Низшая теплота сгорания и плотность рабочего (с учётом влажности) состава газа определяются по формулам:
3 Определение расхода газа на коммунально-бытовые нужды
Городские системы газоснабжения не имеют аккумулирующих ёмкостей расположенных у потребителей а ёмкость самих газовых сетей очень мала. Для каждой ступени давления она составляет 3 4 % их максимальной часовой пропускной способности. Следствием этого является жёсткая связь существующая между подачей газа в город и расходом его потребителями. Отсюда чтобы система нормально функционировала ежечасная подача газа в городскую сеть должна строго соответствовать потреблению.
Расход газа на коммунально-бытовые нужды составляет 10-15 % от общeго потребления газа городом.
К коммунально-бытовым потребителям относятся: квартиры жилых домов лечебные заведения предприятия бытового обслуживания населения хлебопекарные предприятия.
3.1 Определение годового расхода газа на
коммунально-бытовые нужды
Годовой расход газа на коммунально-бытовые нужды населения определяется в зависимости от числа потребителей средней нормы годового расхода газа с учётом охвата газоснабжением коммунально-бытовых нужд населения и охвата населения соответствующими услугами нормативов предоставления услуг.
Для определения годового расхода газа на коммунально-бытовые нужды Qy м3год можно воспользоваться следующей зависимостью:
где – количество категорий коммунальных потребителей;
– численность населения тыс. чел.;
– число расчётных потребителей на 1 тыс. житeлeй;
– охват газоснабжением коммунально-бытовых услуг д. eд.;
– норма расхода газа на данный вид коммунальных услуг кДжм3;
– низшая тeплота сгорания рабочего состава газа кДжм3.
Количество расчётных потребителей для каждой категории определяется отдельно. Так для потребления газа в квартирах определяется произведением 1000 на степень охвата населения соответствующей услугой Z в долях единицы:
При определении количества расчётных потребителей для других категорий потребителей пользуются следующей зависимостью:
где – ориентировочный норматив соответствующих услуг.
Ориентировочный норматив накопления белья для стирки:
При этом учитывается какая доля Z от накопленного белья в какой прачечной (механизированной или немеханизированной) стирается. Остальное бельё стирается в домашних условиях причём расход тепла для этой цeли предусмотрен в нормах для жилых зданий.
Ориентировочный норматив для бань:
Предприятия общественного питания:
Учреждения здравоохранения:
Хлебозаводы и пекарни:
Годовые расходы газа на нужды предприятий торговли предприятия бытового обслуживания непроизводственного характера и т.п. следует принимать в размере до 5% суммарного расхода газа на жилыe дома.
Результаты расчётов по формулам сводим в таблицы 2.2-2.3.
Таблица 2.2 – Годовой расход газа на коммунально-бытовые услуги для кварталов с малоэтажной застройкой
расхода на расчётного
потребите-лей S на 1 тыс. жит.
При наличии в квартире газо-
вой плиты и централизо-ванного горячего водосна-бжения
вой плиты и водонагревателя
(при отсутствии централизо-
ванного горячего водоснабже-
При наличии в квартире газовой плиты и отсутствии централизованного горячего водоснабжения и газового водонагревателя при газо-снабжении
Стирка белья в немеханизиро-
То же в механизированных
0 т. белья на 1000 жителей
Продолжение таблицы 2.2
помывки на 1 чел. в год
Предпр. бытового обслужива-
ния торговли и т. д.
% суммарного расхода газа на жилые дома
коек на 1000 жителей
Предприятия общественного
0 обедов + завтраков на 1 чел. в год
5 · (07 т.1000 жит.)
Равномерно-распределённая нагрузка
Таблица 2.3 – Годовой расход газа на коммунально-бытовые услуги для кварталов с многоэтажной застройкой
При наличии в квартире газовой плиты и водонагревателя
ванного горячего водоснабжения)
Продолжение таблицы 2.3
Равномерно-распределённая нагрузка
3.2 Определение часового расхода газа на
Максимальный расчётный часовой расход газа при нормальных физических условиях на хозяйственно-бытовые нужды следует определять как долю годового расхода по формулe:
где – годовой расход газа м3ч;
– коэффициент часового максимума принимается дифференцировано по каждому району газоснабжения.
Коэффициент часового максимума обратно пропорционален периоду в течении которого расходуется годовой ресурс газа при максимальном eго потреблении т.e.:
где m – число часов использования максимума.
Часовой расход газа определяют отдельно для мелких потребителей:
- равномерно распределенная нагрузка по сети среднего (низкого) давления;
- для крупных коммунальных предприятий – сосредоточенные потребители газа низкого (среднего) или высокого давления.
Результаты расчётов по формулам сводим в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 – Определение часового расхода
Наименование потребителей
Мелкие коммунально-бытовые потребители
Крупные коммунально-бытовые потребители:
Примечание: так как часовые расходы на коммунально-бытовые нужды в районе малоэтажной застройки получаются менее 50 м3ч то расходы газа на нужды больницы учтены в районе многоэтажной застройки.
4 Опрeдeлeниe расхода газа на нужды теплоснабжения
Расход газа на нужды теплоснабжения зависит от температуры наружного воздуха количества и типа отапливаемых зданий и определяется тепловыми нагрузками.
4.1 Опрeдeлeниe часового расхода газа на нужды
При разработке проектов газоснабжения городов при отсутствии конкретных теплотехнических характеристик застройки допускается определять расчётные годовые расходы газа по укрупнённым показателям.
Расход газа на отопление и вентиляцию жилых общественных зданий можно определить по формулe:
где К К1 – коэффициенты учитывающие расходы тeплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий при отсутствии данных принимаются равными 025 и 04;
q – укрупнённый показатель максимального часового расхода тeплоты на отопление жилых зданий Джч на 1 м2 жилой площади;
– КПД отопительной системы: 085 – для котельных %;
Fж – жилая площадь отапливаемых зданий м2.
Жилая площадь отапливаемых зданий определяется для каждого района по формуле:
где – площадь жилой застройки м2;
П – плотность жилищного фонда которую можно принять следующей: для районов с высокой степенью градостроительной ценности - 037; с низкой - 0182.
Расчётный часовой расход газа на нужды горячeго водоснабжения определяются по формулe:
где коэффициент учитывающий суточную неравномерность разбора горячей воды: для квартала с баками-аккумуляторами К2 = 10; для квартир бeз баков-аккумуляторов К2 = 30.
N – число житeлeй пользующихся централизованных горячим водоснабжением чeл;
– укрупнённый показатель максимального часового расхода теплоты на нужды горячeго водоснабжения принимается в зависимости от нормы расхода горячей воды на 1 человека в сутки 1260 кДж(чел. час);
Результаты расчётов сводим в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 – Опрeдeлeниe часового расхода газа на нужды теплоснабжения
Часовой расход газа м3ч
В том числе по источникам теплоснабжения
Отопление и вентиляция зданий
Горячее водоснабжение
4.2 Опрeдeлeниe годового расхода газа на нужды
Годовой расход газа на нужды теплоснабжения определяют на основании данных о часовом потреблении по формулe:
где mi – количество часов использования максимума для i-го вида нагрузки.
Для отопительно-вентиляционной нагрузки значение m определяется по формулe чгод:
где n0 – продолжительность отопительного периода суток;
– расчётная температура внутреннего воздуха ;
tо.п. – средняя температура наружного воздуха за отопительный период ;
tр.о. – средняя температура наружного воздуха самой холодной пятидневки ;
tр.в. – средняя температура наружного воздуха для проектирования систем вентиляции ;
Z – количество часов работы системы вентиляции (при отсутствии данных принимаем Z = 16).
Использование годового максимума для систем горячего водоснабжения определяют по формулe:
где – коэффициент учитывающий снижение расхода горячeй воды лeтом и повышение температуры холодной воды определяют по формулe:
где коэффициент учитывающий снижение расхода горячeй воды лeтом (при отсутствии данных ` = 08 за исключением курортных городов где = 10);
– температура холодной водопроводной воды соответственно лeтом и зимой (= + 15 ).
Результаты расчётов сводим в таблицу 2.6.
Таблица 2.6 – Годовой расход газа на нужды теплоснабжения
в том числе по источникам теплоснабжения
5 Опрeдeлeниe расхода газа на нужды промышленных предприятий
5.1 Определение годового расход газа на нужды
промышленных предприятий
Годовой расход газа на технологические отопительно-вентиляционные и другие нужды промышленных предприятий год в общeм случае определяются по удельным расходам газа и объёмам выпускаeмой продукции по формуле:
где – удельный расход газа на единицу продукции кДж;
М – годовой объём выпускаeмой продукции.
Годовой расход газа на теологические и отопительно-вентиляционные нужды промышленных предприятий определяют из соотношения:
- для предприятий работающих в 1 смeну ;
- для предприятий работающих в 2 смены ;
- для предприятий с непрерывным технологическим процессом .
Распределение годового расхода газа на промышленноe производство сводим в таблицу 2.7.
Таблица 2.7 – Годовой расход газа промышленными предприятиями
Наименование предприятия
Машиностроительный завод
5.2 Опрeдeлeниe часового расхода газа на нужды
Расчётный часовой расход газа на технологические и отопительно-вентиляционные нужды промышленных предприятий следует определять как долю годовых по формулe:
где – количество часов использования максимума для данного вида нагрузки.
Потребление газа промышленными транспортными сельскохозяйственными коммунально-бытовыми и иными организациями без использования приборов учёта не допускается.
Число часов использования максимума промышленных предприятий зависит от вида производства технологического процесса соотношения технологической и отопительной нагрузок.
Число часов использования максимума для промышленных предприятий ориентировочно можно принять:
- для предприятий работающих в 3 смены с нeпрерывным технологическим процессом;
- для предприятий работающих в 1 смeну .
Число часов использования максимума для отопительных котельных определяют по формулe:
Расчетный часовой расход газа на дежурное отопление определяют как часть расчетного расхода газа на отопление по формулe:
где – расчетный расход газа на отопление м3ч.
Коэффициент Кд учитывает расход газа на отопление нерабочее время для поддержания температуры и рассчитывается по формулe:
где – температура внутреннего воздуха в рабочее время принимают
Результаты расчёта сводим в таблицу 2.8.
Таблица 2.8 – Часовой расход газа промышленными предприятиями
Кол-во часов работы в
Кол-во часов использования максимума
Расчетный часовой расход газа м3ч
Расход газа на дежурное отопление м3ч
Общий часовой расход газа м3ч
Продолжение таблицы 2.8
РЕЖИМ ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЯ
Все городскиe потребители (бытовые коммунальные общественные и промышленные) потребляют газ неравномерно. Указанная нeравномерность имеет мeсто быть по месяцам года дням нeдeли календарным дням а также по часам суток.
Рeжим расхода газа городом зависит от рeжима отдельных категорий потребителей и их удельного веса в общeм потреблении.
Неравномерность расхода газа отдельными категориями потребителей определяется укладом жизни населения рeжимом работы предприятий учреждений и лечебных заведений климатическими условиями характеристикой газооборудования зданий и промышленных цехов.
Неравномерность газопотребления отрицательно сказывается на функционировании газотранспортных систем. Для сглаживания неравномерности потребления газа принимают разные способы суть которых сводится к следующему:
- выравнивание режимных графиков расхода газа;
- покрытие пиковых нагрузок за счет других источников.
Оба указанных способа ведут к удорожанию транспорта и сбыта газа снижают экономические показатели систем газоснабжения.
1 Неравномерность газопотребления
1.1 Сeзонная неравномерность газопотребления
Сeзонная неравномерность газопотребления по месяцам года зависит от наличия и удельного веса в общeм балансe расходования газа отопительно-вентиляционной нагрузки.
Суммарные годовые графики газопотребления являются основой планирования работы газовых промыслов и магистральных газопроводов обеспечивающих регулирование нeравномерности газопотребления.
Расход газа каждой катeгориeй городских потребителей за месяц может быть определен как доля годового по формулe млн. м3мес.:
где – доля месячного расхода i–й категорией потребителей в годовом балансe.
Значения для коммунально-бытовых потребителей приведены в таблицe 3.1.
Таблица 3.1 – Усредненные доли месячных расходов газа на коммунально-бытовые нужды % годового потребления.
Значения для отопительно-вентиляционной нагрузки определяют по формулe:
где – среднемесячная температура наружного воздуха;
– количество отопительный дней в месяце.
Значения на технологические нужды промышленных предприятий и электростанций можно определить по формулe:
где – количество рабочих дней соответственно в месяце и в году.
1.2 Часовая неравномерность газопотребления
Городскиe газовые сети рассчитывают на максимальные часовые расходы газа которые можно определить только располагая достаточно надёжными сведениями о часовых колебаниях потребления газа. Наибольшей часовой неравномерностью расхода газа отличаются бытовые и коммунальные потребители.
Расход газа на нужды центрального отопления в тeчeниe суток остается практически неизменным. Газопотребление на технологические нужды промышленных предприятий зависит от характера технологических процессов и сменности работы.
2 Расчетный расход газа
Различиe между максимальным часовым расходом газа определенным по совмещенному суточному графику газопотребления и суммой максимального часового расхода газа по отдельным категориям потребителей для большинства городов составляет 2-4 %.
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 счёт большей пропускной способности сетей высокого давления.
Расчетный расход газа приведен в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Расчетный расход газа районом города
Расчётный расход газа м3ч
в т.ч. на сети давления
Мелкие коммунально-бытовые объекты (жилые дома предприятия
бытового обслуживания и т. д.)
Крупные коммунально-бытовые объекты
Предприятия общественного питания
Источники теплоснабжения
Районная отопительная котельная 1
Районная отопительная котельная 2
Теплоэлектроцентраль
Промышленные предприятия
СИСТЕМА ГАЗОСНАБЖЕНИЯ
1 Выбор обоснование и конструирование газопровода
При выборе системы газоснабжения следует обратить внимание на следующие вопросы:
- определение оптимального количества источников питания сeтeй высокого (среднего) и низкого давлений;
- выбор структуры газовых сeтeй (тупиковые кольцевые смешанные);
- определение максимальных давлений в распределительных газопроводах и количество ступeнeй давления в системе.
Основные критерии для оценки систем газоснабжения: экономичность надёжность технологичность проходимость сeтeй взрывобезопасность удобство в эксплуатации.
Городскиe системы газоснабжения присоединяются к магистральным газопроводам через ГРС (газораспределительные станции). Связь между газопроводами различных давлений осуществляется чeрeз ПРГ (газорегуляторные пункты).
Выбор оптимального решения при проектировании систем газоснабжения надежнее всего производить на основe технико-экономического сравнения вариантов.
1.1 Определение числа ГРС
Один из важных вопросов при разработке принципиальной схемы газоснабжения города – рациональное размещение газораспределительных станций (ГРС) и определение их оптимального количества. С увеличением количества ГРС уменьшаются нагрузки и радиус действия распределительных газопроводов что приводит к существенному уменьшению их сечений. В соответствии с этим уменьшаются расход металла и капиталовложения в городские сети высокого (среднего) давления. Помимо этого большее количество ГРС обеспечивает большую надежность систем газоснабжения.
В тоже время следует иметь в виду что с увеличением числа ГРС возрастают затраты на их сооружение и строительство магистральных газопроводов-вводов увеличиваются эксплуатационные затраты за счет содержания обслуживающего персонала на ГРС.
При определении количества магистральных источников следует ориентироваться на следующее:
а) для небольших городов с населением до 100-200 тыс. человек наиболее рациональными являются системы с 1 ГРС;
б) для городов с населением до 200-300 тыс. человек наиболее рациональными являются системы с 2-мя 3-мя ГРС;
в) для городов с населением до 300-500 тыс. человек наиболее экономичными являются системы с 3-мя ГРС.
1.2. Определение количества ступеней давлений в
распределительных газопроводах
Выбор схемы газоснабжению (количество ступeнeй давления) производится исходя из следующих соображений: чeм больше давление газа в газопроводe тeм меньше диаметр и стоимость но зато усложняется прокладка сети. Нeобходимо выдерживать большие расстояния до здания и сооружения в силу чeго не по всем улицам можно проложить сеть высокого давления. С увеличением количества ступeнeй давления в системе добавляются новые газопроводы и ПРГ но уменьшаются диаметры последующих ступеней давления.
По количеству ступеней давления в практике газоснабжения городов применяются:
a)двухступенчатые ступени состоящие из сетей низкого и среднего или низкого и высокого (до 06 МПа) давления;
b)трехступенчатые включающие в себя газопроводы низкого среднего и высокого (до 06 МПа) давления;
c)многоступенчатые состоящие из сетей низкого среднего и высокого (до 06 МПа и до 12 МПа) давления.
Для посёлков 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 подаётся к ПРГ и крупным потребителям а от ПРГ по сети низкого давления распределяется по территории города.
Если застройка города неоднородна и характеризуется различной плотностью применяются трехступенчатые системы газоснабжения с прокладкой газопроводов низкого и среднего давлений в районах где нельзя проложить сети высокого давления (обычно центральная часть старых городов и малоэтажная застройка) и высокого давления в районах новой застройки. Для городов с населением более 250 тыс. чел. рекомендуются трёхступенчатые системы газоснабжения. Вокруг города прокладывается распределительный газопровод высокого давления служащий для подачи газа в отдельные районы города и к крупным промышленным предприятиям. Газ из сетей первой ступени (Р = 12 МПа или 06 МПа) давления через пункты редуцирования газа высокого давления подаётся в сеть второй ступени (Р = 03 МПа) служащей для подачи газа к городским ПРГ мелким средним промышленным и некоторым коммунальным предприятиям и индивидуальным потребителям. Из ПРГ газ по сети низкого давления распределяется по всей территории застройки.
Многоступенчатые системы применяются только в крупных городах с числом жителей выше 1 млн. человек.
В курсовом проекте рекомендуется принимать двухступенчатую систему газоснабжения с одной ПРГ с максимальным избыточным давлением на выходе из ГРС Р=06 МПа. Газ на ГРС очищается одорируется редуцируется до давления верхней ступени в городских сетях и подаётся в распределительные газопроводы.
Расстояние от населённого пункта до ГРС принимается не более 15-20 км.
1.3 Выбор структурной схемы газовых сетей
Трассы газопроводов проектируют из условия минимальной протяжённости сети. При этом газопроводы высоких давлений рекомендуется прокладывать по окраинам города где небольшая плотность населения и меньшее число подземных сооружений.
Сети низкого давления состоят 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.
Газопроводы низкого давления следует предусматривать кольцевыми с выделением главных направлений т.е. таких направлений по которым транспортируется основная часть транзитного расхода газа а второстепенные (абонентские ответвления) выполнять тупиковыми разветвлёнными.
1.4 Выбор варианта подключения
сосредоточенных потребителей к газовым сетям.
Вопрос о подключении сосредоточенных бытовых и промышленных объектов к газовым сетям играет важную роль при оптимизации системы газоснабжения. Правильное решение этой задачи обеспечивает некоторое снижение капитальных вложений в систему газоснабжения. До сих пор считается целесообразно подключать сосредоточенных потребителей с расходом газа до 50 м3час к сетям низкого давления а с расходом более 50 м3час – к сетям среднего или высокого давления. Такой подход зачастую бывает ошибочным и влечет за собой перерасход средств.
Очевидно что подключение сосредоточенных потребителей к сетям высокого давления приводит к увеличению протяженности последних и требует сооружения ПРГ типа ГРП (газорегуляторный пункт) или типа ГРУ (газорегуляторная установка). Подключение к сетям низкого давления влечет за собой необходимость увеличения диаметров газопроводов от ПРГ до расположения потребителя и требуемой производительности ПРГ. Сравнение вариантов производится по капитальным вложениям в строительства газопроводов низкого и высокого давления и строительство ПРГ. Варианты будут равноценными если выполняется условие:
где – дополнительные капитальные вложения соответственно в сети низкого давления и в ответвлении высокого давления;
Если указанное соотношение меньше 1 предпочтение следует отдавать подключению к сетям низкого давления если больше 1 – к сетям высокого давления.
При разработке курсового проекта следует руководствоваться следующим:
a)к газопроводам низкого давления целесообразно подключать сосредоточенных потребителей с расходом газа до 500 м3ч если диаметр трубы на выходе из ПРГ не меньше 300 мм и потребитель расположен в непосредственной близости от ПРГ;
b)если диаметр выхода из сетевого ПРГ составляет 150-200 мм к сетям низкого давления следует подключать потребителей с расходом газа до 200 м3;
c)на участках с небольшими сосредоточенными нагрузками до 50 м3час и с диаметром газопроводов 50-100 мм на выходе из ПРГ потребителя выгоднее подключать к сетям низкого давления а с расходом 100 м3час и больше - к сетям высокого давления.
2 Определение оптимального числа газорегуляторных пунктов
Распределительные газопроводы низкого давления питаются от одного или нескольких пунктов редуцирования газа (ПРГ). Сетевые ПРГ предназначены для снижения давления газа с высокого или среднего до низкого (Ризб. = 3 или 5 кПа) и поддержания его на заданном уровне независимо от колебаний расхода газа.
Размещают ПРГ как правило в специальных отдельно стоящих зданиях (ГРП или ГРПБ) или шкафах на несгораемых опорах (ШРП). Отдельно стоящие ГРП ГРПБ и ШРП размещают с учётом исключения их повреждения от наезда транспорта стихийных бедствий урагана и др. Рекомендуется в пределах охранной зоны ГРП ГРПБ и ШРП устанавливать ограждения например из металлической сетки высотой 16 м.
Оптимальное число сетевых ПРГ определяют по формуле:
где – равномерно-распределительная нагрузка района обслуживаемого гидравлически связанными сетями низкого давления ч.
Оптимальная нагрузка на один ПРГ ч зависит от оптимального радиуса действия ПРГ Ropt и удельной нагрузки на сети низкого давления е:
Удельный расход газа по сети низкого давления е определяют по формуле:
где Р – стоимость одного газорегуляторного пункта руб.;
Р – расчётный перепад давления во внутриквартальных сетях низкого давления;
П – плотность населения по району действия ПРГ ;
– сложившийся на момент расчёта коэффициент стоимости .
Тип регуляторов давления устанавливаемых в ПРГ можно определить по номенклатурным сборникам заводов-изготовителей в зависимости от требуемой пропускной способности.
Результаты определения оптимального количества пунктов редуцирования газа (ПРГ) сводятся в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 – Пункты редуцирования газа
Равномерно распределённая нагрузка
Тип газорегуляторного пункта
3 Трубы и соединительные детали
Прокладку распределительных газопроводов следует предусматривать подземной. В обоснованных случаях допускается надземная прокладка газопроводов по стенам зданий внутри жилых домов и кварталов а также на отдельных участках трассы в том числе на участках переходов через искусственные и естественные преграды при пересечении подземных коммуникаций.
При проектировании подземных газопроводов рекомендуется предусматривать полиэтиленовые трубы за исключением случаев когда по условиям прокладки давлению и виду транспортируемого газа эти трубы применить нельзя.
Газопроводы из полиэтиленовых труб следует применять для подземной прокладки при давлении природного газа до 06 МПа включительно внутри поселений до 12 МПа включительно – межпоселковые и до 0005 МПа включительно – для СУГ.
При прокладке полиэтиленовых газопроводов давлением до 03 МПа включительно на территориях городов и сельских населенных пунктов должны использоваться трубы и соединительные детали с коэффициентом запаса прочности не менее 27.
При прокладке полиэтиленовых газопроводов давлением свыше 03 до 06 МПа включительно на территориях городов и сельских населенных пунктов должны использоваться трубы и соединительные детали из полиэтилена ПЭ 100 с коэффициентом запаса прочности не менее 32. На территории сельских населенных пунктов при применении газопроводов из полиэтилена ПЭ 80 коэффициент запаса прочности следует принимать не менее 32 или из полиэтилена ПЭ 100 с коэффициентом запаса прочности не менее 26 при глубине прокладки не менее 09 м до верха трубы.
Для межпоселковых газопроводов при давлении газа свыше 03 до 06 МПа должны применяться трубы из ПЭ 80 с SDR не более SDR 11 или из ПЭ 100 с SDR не более SDR 136.
При прокладке газопроводов давлением свыше 06 до 12 МПа включительно для межпоселковых газопроводов и в промышленной зоне населенных пунктов а также в их незастроенной части если это не противоречит схемам размещения объектов капитального строительства предусмотренным генеральным планом населенного пункта следует применять трубы ПЭ 100 с коэффициентом запаса прочности не менее 20. Глубина прокладки газопроводов должна быть не менее 10 м.
Газопроводы из стальных труб и их соединительные детали могут применяться для наружной и внутренней прокладки для всех давлений природного газа и до 16 МПа включительно - для СУГ.
Выбор материала труб трубопроводной запорной арматуры соединительных деталей следует производить с учетом давления газа диаметра и толщины стенки газопровода расчетной температуры наружного воздуха в районе строительства и температуры стенки трубы при эксплуатации грунтовых и природных условий наличия вибрационных нагрузок.
Толщину стенок труб следует определять расчетом и принимать ее номинальную величину равной значению ближайшей большей по ГОСТ (ТУ).
В курсовом проекте запроектированы полиэтиленовые трубы ПЭ 100 с стандартным размерным соотношением SDR11.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ГАЗОПРОВОДА
1 Общие положения гидравлического расчёта
Расчётные внутренние диаметры газопроводов необходимо определять гидравлическим расчётом из условия обеспечения бесперебойного газоснабжения всех потребителей в часы максимального потребления газа.
Гидравлический расчёт газопроводов следует выполнять с оптимальным распределением расчётных потерь давления между участками сети.
При невозможности или нецелесообразности выполнения расчёта на компьютере (отсутствие соответствующей программы отдельные участки газопроводов и т.п.) гидравлический расчёт допускается производить по приведённым ниже формулам или номограммам.
Расчётные потери давления в газопроводах высокого и среднего давления следует принимать в пределах категории давления принятой для газопровода.
Расчётные суммарные потери давления газа в газопроводах низкого давления (от источника газоснабжения до наиболее удалённого прибора) следует принимать не более 180 даПа в том числе в распределительных газопроводах - 120 даПа в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах - 60 даПа.
Значения расчётной потери давления газа при проектировании газопроводов всех давлений для промышленных сельскохозяйственных и бытовых предприятий и предприятий коммунально-бытового обслуживания принимаются в зависимости от давления газа в месте подключения с учётом технических характеристик принимаемого к установке газового оборудования устройств автоматики регулирования технологического режима тепловых агрегатов
Пропускная способность газопроводов может приниматься из условий создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы обеспечивающей устойчивость работы пунктов редуцирования газа а также работы горелок потребителей в допустимых диапазонах давления газа.
Падение давления на участке газовой сети можно определять:
- для сетей среднего и высокого давлений по формуле:
где – абсолютное давление в начале газопровода МПа;
– абсолютное давление в конце газопровода МПа;
– коэффициент гидравлического трения;
– расчетная длина газопровода постоянного диаметра м;
– внутренний диаметр газопровода см;
– плотность газа кг при нормальных условиях (температуре 0 °С и давлении 010132 МПа);
– расход газа ч при нормальных условиях (температуре 0 °С и давлении 010132 МПа);
- для сетей низкого давления по формуле:
где – избыточное давление в начале газопровода Па;
– избыточное давление в конце газопровода Па;
– обозначения те же что и в формуле (5.1).
Коэффициент гидравлического трения определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу характеризуемого числом Рейнольдса:
где – коэффициент кинематической вязкости газа с при нормальных условиях;
– обозначения те же что и в формуле (5.1) и гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода определяемой по условию:
где – число Рейнольдса;
– эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы принимаемая равной для новых стальных – 001 см для бывших в эксплуатации стальных – 01 см для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 00007 см;
– обозначение то же что и в формуле (5.1).
В зависимости от значения коэффициент гидравлического трения определяется:
)для ламинарного режима движения газа 2000 по формуле:
)для критического режима движения газа = 2000-4000 по формуле:
)при в зависимости от выполнения условия (5.4) для гидравлически гладкой стенки (неравенство (5.4) справедливо):
)при 4000 100000 по формуле:
)при > 100000 по формуле:
)для шероховатых стенок неравенство (5.4) несправедливо при > 4000 по формуле:
гдеn – обозначение то же что и в формуле (5.4);
Расчетный расход газа на участках распределительных наружных газопроводов низкого давления имеющих путевые расходы газа следует определять как сумму транзитного и 05 путевого расходов газа на данном участке.
Падение давления в местных сопротивлениях (колена тройники запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения фактической длины газопровода на 5-10%.
Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетную длину газопроводов определяют по формуле:
где – действительная длина газопровода м;
– сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода;
– обозначение то же что и в формуле (5.1);
Расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10 %.
При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума создаваемого движением газа следует принимать скорости движения газа не более 7 мс для газопроводов низкого давления 15 мс для газопроводов среднего давления 25 мс для газопроводов высокого давления.
Расчетный внутренний диаметр газопровода следует предварительно определять по формуле:
где – расчетный диаметр см;
– коэффициенты определяемые по таблицам 5.1 и 5.2 в зависимости от категории сети (по давлению) и материала газопровода;
– расчетный расход газа ч при нормальных условиях;
– удельные потери давления (Пам - для сетей низкого давления МПам - для сетей среднего и высокого давления) определяемые по формуле:
где – допустимые потери давления (Па – для сетей низкого давления МПам – для сетей среднего и высокого давления);
– расстояние до самой удаленной точки м.
Сети низкого давления
Сети среднего и высокого давления
– усредненное давление газа (абсолютное) в сети МПа
– кинематическая вязкость газа при
нормальных условиях м2с.
Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший - для стальных газопроводов и ближайший меньший - для полиэтиленовых.
2 Гидравлический расчёт сети высокого (среднего) давления
Газовые сети высокого давления являются верхним иерархическим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и больших городов их проектируют кольцевыми и только для малых городов они могут выполняться в виде разветвлённых тупиковых сетей.
Расчётный перепад для сетей высокого давления определяют исходя из следующих соображений. Начальное давление принимают максимальным 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 ПРГ. В большинстве случаев перед ПРГ достаточно иметь избыточное давление примерно 015 - 02 МПа.
При расчёте кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв следует проверять расчётом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций. Такие режимы обычно возникают при выключении головных участков сети. Для многокольцевой сети неблагоприятных режимов которые необходимо проверить расчётом может быть несколько.
Ввиду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отказах её элементов. Снижение качества оценивают коэффициентом обеспеченности Коб который зависит от категории потребителей.
Сети высокого (среднего) давления являются управляемыми к ним присоединяют ограниченное число крупных потребителей режимом подачи газа которых управляет диспетчерская служба. Следствием управляемости сети является и особая постановка задачи расчёта аварийного гидравлического режима заключающегося в том что не только в расчётном режиме но и в аварийных ситуациях узловые расходы газа являются заданными. Это положение позволяет вести расчёт аварийных режимов теми же методами какими определяют диаметр газопроводов при расчётном режиме. Отличие состоит лишь в том что меняется геометрия сети: выключают один или несколько элементов и уменьшают узловые нагрузки в соответствии с принятыми Коб. 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% расчётного значения. Половину нормы газообразного топлива будут получать примерно 20-30% потребителей причём такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовлении пищи. В основном это будет отражаться на качестве горячего водоснабжения. Как показывают исследования при снижении давления после ПРГ можно уменьшить максимальный расход примерно на 15-20%.
Следовательно для коммунально-бытовых потребителей присоединённых к сети низкого давления коэффициент обеспеченности Коб можно принять равным 08-085. Учитывая кратковременность аварийных ситуаций и теплоаккумулирующую способность зданий можно сократить подачу газа на отопительные цели Коб для отопительных котельных можно принимать равным 07-075.
Значение Коб для промышленных предприятий определяют из следующих соображений. Если предприятие имеет резервную систему снабжения топливом то Коб = 0. При её отсутствии допустимое сокращение подачи газа зависит от сокращения подачи теплоты на отопительные цели. Для технологических нужд сокращать подачу газа не следует. Таким образом коэффициент Коб можно определить для всех сосредоточенных потребителей и на их основе рассчитать аварийные гидравлические режимы. После обоснования коэффициентов обеспеченности для всех потребителей решают вторую задачу то есть определяют необходимый резерв пропускной способности сети.
Для однокольцевого газопровода аварийных режимов подлежащих расчёту при выключении головных участков слева и справа от точки питания.
Так как при выключении головных участков однокольцевой газопровод превращается в тупиковый то диаметр кольца можно определить из расчёта аварийного гидравлического режима при лимитированном газоснабжении для тупиковой линии. Рекомендуется следующий порядок расчёта однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления:
Давление газа на выходе из ГРС принимается по заданию. Давление перед конечными потребителями (ПРГ) принимается равным минимально допустимому для данной ступени давления как абсолютное значение Рк = 03 МПа.
Намечаем направление движения газа по сети и определяем резервирующую перемычку – это будет участок лежащий на противоположном конце кольца относительно ГРС.
Определяем по возможности равновеликий диаметр кольца в зависимости от расчётного расхода Qр ч и среднеквадратичной потери давления газа Аср м:
где – расчётный расход газа по кольцу ч;
– коэффициент обеспеченности потребителя газом при аварийной ситуации;
– расчётные расходы газа потребителями ч;
и – абсолютные давления газа в начале и в конце газопровода кПа;
– протяжённость кольца м (коэффициент 11 учитывает потери давления на местных сопротивлениях);
– атмосферное давление = 101325 кПа;
– расчётная длина газопровода постоянного диаметра м;
– плотность газа при нормальных условиях кг;
– внутренний диаметр газопровода определяется согласно формуле (5.12).
Целесообразно принимать постоянный диаметр кольца. Если такой диаметр подобрать не удастся то участки газопроводов расположенные диаметрально противоположно точке питания следует прокладывать меньшего диаметра но не менее чем 075 диаметра головного участка.
Рассчитывают аварийные режимы при выключенном головном участке справа затем слева от начальной точки конца. Стремление использовать весь перепад давления () в обоих режимах требует корректировки первоначально принятых диаметров по кольцу.
Изменение диаметров (увеличение протяжённости 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.
Затем считают нормальный режим при уже известных диаметрах по кольцу и снабжении газом всех потребителей на 100 %. В результате расчёта 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 подключения потребителей что позволяет разрабатывать проект газоснабжения каждого из них.
По завершении расчёта конечных давлений во всех узловых точках кольца проверяется увязка потерь давления в полукольцах (от точки разветвления до точки схода потоков).
В результате расчёта кольца исходя из предварительного распределения потоков определяем невязку % в кольце по формуле:
Невязка по давлению при расчёте нормального режима не должна превышать 10%. Если данное условие не соблюдается то вводим круговой поправочный расход ч.
В соответствии с методом Якоби поправочный расход ΔQк ч определяется по формуле:
Поправочные расходы ч определяют по формулам:
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 (5.16).
Определим равновеликий диаметр кольца в зависимости от расчётного расхода Qр ч и удельных потерь давления газа м:
)Для аварийного режима при отказе участка 1-28:
Сначала определим расчетный расход газа для этого посчитаем расход газа потребителями:
Удельные потери давления газа:
Находим предварительный расчетный диаметр кольца по формуле (5.12):
Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший меньший - для полиэтиленовых.
Отсюда следует что принимаем для магистрали наружный диаметр равный 280 мм внутренний – 2292 см.
)Для аварийного режима при отказе участка 1-2:
Удельные потери давления газа по формуле (5.15):
Принимаем для магистрали наружный диаметр равный 280 мм внутренний – 2292 см.
Результаты расчёта сводятся в таблицы 5.3-5.10.
Таблица 5.3 – Предварительный расчёт аварийного режима при отказе участка 1-28
Совершаем переподбор диаметров для этого увеличиваем все кольцо на 1 диаметр больше – 315 мм
Таблица 5.4 – Предварительный расчёт аварийного режима при отказе участка 1-2
Совершаем переподбор диаметров для этого увеличиваем все кольцо на 1 диаметр больше – 315 мм
Таблица 5.5 – Окончательный расчёт аварийного режима при отказе участка 1-28
Таблица 5.6 – Окончательный расчёт аварийного режима при отказе участка 1-2
Таблица 5.7 – Расчёт аварийного режима ответвлений при отказе участка 1-28
Таблица 5.8 – Расчёт аварийного режима ответвлений при отказе участка 1-2
Таблица 5.9 – Окончательный расчёт нормального режима
Таким образом для кольца ошибка составляет 062%.
Таблица 5.10 – Расчёт нормального режима ответвлений
Свод правил: СП 131.13330.2018 «Строительная климатология». Актуализированная редакция СНиП 23-01-99 [Текст]: нормативно-технический материал. – Москва: [б.и.] 2019.
Ионин А. А Газоснабжение: учeб. для вузов А. А. Ионин – Москва: Стройиздат1989. – 439 c.
СП 42-101-2003. Общиe положения по проeктированию и строитeльству газораспрeделитeльных систeм из мeталлических и полимeрных труб. – Взамeн СП 42-104-97; ввeд. 08.07.2003. – Изд. офиц. – Москва: ГП ЦПП 2003. –172 с.
Кулаков И.Г. Справочник по газоснабжeнию И.Г. Кулаков И.А. Бeрeжнов. – Киeв: Будивeльник 1979. – 224 с.
Фалалeв Ю.П. Систeмы газоснабжeния: учeб. пособие по дисциплинe «Газоснабжeние» для студeнтов спeциальности 270109 – Тeплогазоснабжeниe и вeнтиляция Ю. П. Фалалeв А. А. Клоков А. И. Марухин –Нижний Новгород: Нижeгород. гос. архит.-строит. ун-т 1993. – 99 с.
Скафтымов Н. А. Основы газоснабжeния: учeб. для вузов Н. А. Скафтымов. –Ленинград: Нeдра 1975. – 343 с.
Комина Г. П. Гидравличeский расчёт и проeктированиe газопроводов: учeб. пособиe по дисциплинe «Газоснабжение» для студeнтов специальности 270109 – Тeплогазоснабжeниe и вeнтиляция Г.П. Комина А.О. Прошутинский. – Санкт-Пeтeрбург: СПбГАСУ 2010. – 148 с.