Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка газоснабжение

.pdf
Скачиваний:
220
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
1.93 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)

Инженерная школа Кафедра инженерных систем зданий и сооружений

ГАЗОСНАБЖЕНИЕ РАЙОНА ГОРОДА

Учебное пособие к курсовому проектированию для студентов направления

270800.62 «Строительство» профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Учебное электронное издание

Составители:

А.В. Кобзарь, А.А. Еськин, Н.С. Ткач

Издательский дом Дальневосточного федерального университета Владивосток

2013

1

УДК 622.691.4 ББК 38.763 Г12

Г12 Газоснабжение района города: [Электронный ресурс] / Дальневосточный федеральный университет, Инженерная школа ; сост.. А.В. Кобзарь, А.А. Еськин, Н.С. Ткач

– Изд-во ДВФУ, 2013. – 69с. – Acrobat Reader, Foxit Reader либо любой другой их аналог. – Режим доступа: http://dvfu.ru/web/is/metodiceskie-rekomendacii

Представлены методы проектирования и гидравлического расчета газовых сетей низкого, среднего и высокого давления. Приведена методика расчета годового и часового расхода газа потребителями. Приведены современные расчетные формулы, номограммы, таблицы гидравлического расчета сети низкого давления газа. На конкретных примерах подробно рассматриваются расчеты газопотребления и гидравлического расчета внешних газовых сетей и внутренних систем газоснабжения. Пособие содержит необходимые справочные материалы, представленные в виде приложений: номограммы, таблицы для расчета стальных газопроводов.

Учебное пособие предназначено для курсового и дипломного проектирования студентов по направлению 270800.62 «Строительство»,

профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Ключевые слова: газоснабжение, газообразное топливо, магистральный газопровод, газорегуляторный пункт, внутридомовой газопровод, газовая горелка.

Key words: gas supply, gas fuel, gas main, gas control unit, internal gas pipeline, gas burner. УДК 622.691.4 ББК 38.763

Редактор Компьютерная верстка Корректор

Подготовлены Редакционно-издательским отделом Инженерной школы ДВФУ

Объем … МБ [Усл. печ. л. ….]

Издательский дом Дальневосточного федерального университета 690990, Владивосток, ул. Пушкинская, 10,

тел./факс (423) 222-12-40, 245-77-70 E-mail: tvpress@mail.ru, edit_dvgu@mail.ru

© Кобзарь А.В., Еськин А.А., Ткач Н.С., сост., 2013 © Дальневосточный федеральный университет, 2013

© Издательский дом Дальневосточного федерального университета, оформление, 2013

2

 

 

Содержание

 

1.

Определение свойств газообразного топлива.............................................................................

4

2.

Определение количеств сетевых ГРП..........................................................................................

8

3.

Определение расходов газа потребителями города....................................................................

9

4.

Гидравлический расчет газопровода низкого давления...........................................................

17

5.

Гидравлический расчет газопроводов среднего давления.......................................................

22

6.

Устройство внутреннего газоснабжения...................................................................................

31

7.

Выбор и расчет газовых горелок для котлов квартальной котельной....................................

38

8.

Литература....................................................................................................................................

51

9.

Приложение А..............................................................................................................................

52

10.

Приложение Б.............................................................................................................................

53

11.

Приложение В............................................................................................................................

56

12.

Приложение Г.............................................................................................................................

63

13.

Приложение Д............................................................................................................................

64

14.

Приложение Е.............................................................................................................................

69

3

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

При известном составе газообразного топлива теплофизические характеристики его определяются по свойствам простых газов - компонентов смеси.

Плотность газового топлива ρ0 кг/м3, в нормальных условиях (атмосферное давление

р0=101325 Па = 760 мм рт. ст., температура воздуха Т0=273,15 K = 0 °C) находится по формуле:

n

 

ρi = 0,01ρ0i yi ,

(1.1)

i=1

 

где

yi – объемное процентное содержание i-го компонента в газовой смеси, %;

ρ0i

плотность

i-го компонента смеси при нормальных условиях, кг/м3, принимаемая

по

справочным данным (см. прил. А).

 

 

Низшая объемная теплота сгорания сложных газов Qр

кДж/м3, рассчитывается по

составу газообразного топлива и теплоте сгорания компонентовн:,

 

 

n

 

 

QHP = 0,01yiQнi ,

 

(1.2)

i=1

 

 

где Qнi – объемная низшая теплота сгорания i-го компонента,

входящего в смесь,

кДж/м3, (см. прил. А).

 

 

Низшей теплотой сгорания топлива называется количество теплоты выделяемой при полном сгорании единицы количества топлива при отсутствии конденсации водяных паров продуктов сгорания, образующихся при горении [2].

Теоретический объем сухого воздуха, необходимого для полного сгорания 1м3

природного газа V , м33, составляет:

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

V0

= 0,0476

 

n +

 

Cn H m +1,5H 2 S

,

(1.3)

4

 

 

 

 

 

 

 

 

где Сn H m – объемное процентное содержание углеводородов, входящих в состав газовой смеси, %; n и m - соответственно число атомов углерода и водорода в каждом углеводороде; Н2S - объемное процентное содержание сероводорода в газовом топливе, %.

Теоретическим объемом называется количество воздуха необходимое для полного сгорания единицы объема газа, т.е. для стехиометрического сжигания единицы объема горючего газа [2].

Теоретическое количество влажного воздуха V0вл , м33, больше теоретического объема сухого воздуха на объем водяных паров содержащихся во влажном воздухе:

V вл

=V +0,00124d V ,

(1.4)

0

 

0

в 0

 

где dв – влагосодержание воздуха,

г/м3;

коэффициент0,00124 –

объем 1 г водяного

пара, м3/г.

Так как для исключения химической неполноты сгорания топочные процессы ведутся с некоторым избытком воздуха, то действительное количество воздуха VД , м33,

необходимого для сжигания газа, составит:

4

V

Д

=αV вл,

(1.5)

 

0

 

где α – коэффициент избытка воздуха, величина которого зависит от условий смесеобразования газа и воздуха, принимается в пределах 1,05…1,2.

Коэффициент избытка воздуха – отношение количества воздуха, подаваемого на горение, к его теоретически необходимому количеству.

В состав продуктов сгорания входят углекислый газ, водяные пары, азот, кислород, а иногда и сернистый ангидрид.

Количество углекислого газа, образующегося при сгорании 1м3 газообразного топлива, VСО2 , м33, зависит от содержания углерода в компонентах смеси и в балласте топлива:

VСО2 = 0,01 (nCn H m +CO2 ),

(1.6)

где СО2 – объемное процентное содержание углекислого газа в составе смеси, %.

Объем образующихся водяных паров VH 2O , м33, является суммой объема паров,

получающихся в результате сгорания водорода, входящего в состав углеводородов и других соединений, водяных паров, содержащихся в газовом топливе в виде балласта и поступивших с воздухом:

V H 2O

= 0,01

m

C n H m + 0,00124

(d Г +αd вV0

)

,

(1.7)

 

 

 

2

 

 

 

 

 

где d Г – влагосодержание газа, г/м3.

Количество кислорода в продуктах сгоранияVО2 , м33, определяется коэффициентом

избытка воздуха, при котором ведется процесс горения:

 

VО2 = 0,21(α 1)V0 ,

( 1.8)

Содержание азота в продуктах сгоранияVN2 , м33, зависит от коэффициента избытка

воздуха и наличия азота в балласте:

 

 

 

VN 2 = 0,79αV0 +0,01N2 ,

(1.9)

где N2 – объемное процентное содержание азота в составе смеси, %.

 

Объем сухих продуктов сгорания:

 

 

 

VСПС =VCO

+VO +VN

.

(1.10)

2

2

2

 

Полный объем продуктов сгорания 1 м3 газообразного топлива VПС , м33,

определится:

 

 

 

VПС =VСПС +VН2О .

 

(1.11)

Объемное процентное содержание углекислого газа в составе сухих продуктов сгорания, %, вычисляется по формуле:

СО2

=100 (VCO

VСПС ),

(1.12)

 

2

 

 

О2

=100 (VO

VСПС ),

(1.13)

 

2

 

 

N2

=100 (VN2

VСПС ).

(1.14)

Состав влажных продуктов сгорания, %, определяется по формуле:

5

Q J0 = V H
ПС

 

 

СО2

=100 (VCO

VПС ),

 

(1.15)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

О2

=100 (VO

VПС ),

 

 

 

(1.16)

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

=100 (VN2

VПС ),

 

 

 

(1.17)

 

 

H2O =100 (VH2 O VПС )

.

 

(1.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калориметрическая температура Тк , oС находится по формуле [2]:

 

Т

 

=Т"

 

+

J0 J (Т"К )

 

100

,

(1.19)

к

К

 

 

J (T 'K ) J (Т"К )

 

 

 

 

 

 

 

 

где Т'K и Т"K - задаваемая калориметрическая температура горения в первом и втором приближении, oС; J0 – истинная энтальпия продуктов сгорания (теплосодержания), кДж/м3; J (T 'K ) , J (T"K ) – энтальпия продуктов сгорания в первом и втором приближении, кДж/м3.

Истинная энтальпия продуктов сгорания, J0 , кДж/м3, вычисляется по формуле:

(1.20)

,

Для нахождения энтальпии продуктов сгорания в первом и втором приближениях J (T 'K ) , J (T"K ) используют формулы:

 

 

T 'K

VCO2

T 'K

T 'K

VN2

T 'K

(1.21)

J(T'K ) =

JCO2

+ JH2O VH2O +

J N2

+ JO2

VO2

,

 

 

VПС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T "K

VCO2

T "K

T "K

VN2

T"K

(1.22)

J(T"K ) =

JCO2

+ JH2O VH2O +

J N2

+ JO2

VO2

,

 

 

VПС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действительная температура, TД , oС, определяется как:

 

 

 

 

 

 

 

TД =ηП ТК ,

 

 

 

(1.23)

где ηП – пирометрический коэффициент, принимаемый в пределах от 0,8 до 0,95 [2].

Пример 1.

Определить теплофизические характеристики сухого природного газа следующего состава:

СН4 91,2% ; С2 Н6 3,9% ; С3 Н8 1,2% ; С4 Н10 0,6% ;

С5 Н12 0,1% ; N2 2,6% СО2 0,4% .

Решение:

Для определения плотности газовой смесиρ0СМ , кг/м3, находим по таблице А.1 (см. прил. А) значения плотности отдельных компонентов и подставляем их в формулу (1.1):

ρ0СМ = 0,01·(0,717· 91,2 +1,356·3,9 + 2,004·1,2 +

+2,702·0,6 + 3,457·0,1+1,251·2,6 +1,977·0,4) = 0,79 кг/м

Определяем низшую объемную теплоту сгорания сухих газов (1.2):

6

QH = 0,01(35760·91,2 + 63650·3,9+ 91140·1,2+ +118530·0,6+146180·0,1) = 37046,51 кДж/м3

Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для сжигания газа:

V0 = 0,0476 [2·91,2 + 3,5·3,9 + 5·1,2 + 6,5·0,6 + 8·0,1] = 9,84 м3 м3

Содержание водяных паров в воздухе при tВ = 20 °С и φ= 60 % составляет

dв=17,3·0,6≈10 г/м3.

Тогда теоретический расход влажного воздуха по формуле (1.4) равняется:

V0вл = 9,84 + 0,00124 10 9,84 = 9,96 м3 м3

Действительное количество воздуха, необходимого для сжигания газа, с учетом коэффициента избытка воздуха α =1,1 находим по формуле (1.5):

VД =1,1·9,96 = 10,96 м3 м3

Объем углекислого газа определяем по формуле (1.6):

VСО2 = 0,01·(91,2 + 2·3,9 + 3·1,2 + 4·0,6 + 5·0,1 + 0,4) = 1,06 м3 м3

Объем водяных паров в продуктах сгорания по выражению (1.7) составит:

VН2О = 0,01·(2·91 ,2 + 3·3,9 + 4·1,2 + 5·0,6 + 6·0,1 + 0,00124 (0 + +1,1 10 9,84) = 2,026 м3 м3

Количество кислорода в продуктах сгорания:

VО2 = 0,21·(1,1 -1)·9,84 = 0,207 м3 м3

Количество азота, VN2 , м33, в продуктах сгорания по формуле (1.9):

VN2 = 0,79·1,1 9,84 + 0,01·2,6 = 8,58 м3 м3

Рассчитываем объем сухих продуктов сгорания (1.10):

VСПС =1,06 + 0,207 + 8,58 = 9,85 м3 м3

Полный объем продуктов сгорания 1м3 рассматриваемого газа составит:

VПС = 9,85 + 2,026 = 11,88 м3 м3

Объемное процентное содержание углекислого газа в составе сухих продуктов сгорания находится по формулам (1.12)-(1.14):

СО2 =100 (1,06 / 9,85) =10,76% О2 =100 (0,207 / 9,85) = 2,10% N2 =100 (8,58/ 9,85) =87,11%

Состав влажных продуктов сгорания (1.15-1.18):

СО2 =100 (1,06 /11,88) =8,92% О2 =100 (0,207 /11,88) =1,74% N2 =100 (8,58/11,88) = 72,22% Н2О =100 (2,026 /11,88) =17,05%

Рассчитываем истинную энтальпию по формуле (1.20):

J0 = 37046,51/1 1,88 = 3118,4 Дж/м3

Энтальпии продуктов сгорания в первом и втором приближении определяются по формулам (1.21) и (1.22)

7

J(2000) = (4910,51·1,06 + 3889,72·2,026 + 2970,25·8,58 + + 3142,76· 0,207)/11,88 = 3301,4 кДж/м3

J(1900) = (4634,76·1,06 + 2808,22·2,0 26 + 2971,30·8,58 + + 3657,85·0,207)/11,88 = 3102,1 кДж/м3

Калориметрическую температуру определяем по формуле (1.19)

ТК =1900 + 3118,4 3102,1 100 =1891,8 °C 3102,1 3301,4

Действительная температура по формуле (1.23) составляет:

Тд = 0,95 1891,8 =1797,2 °С

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА СЕТЕВЫХ ГРП

Основное назначение газорегуляторных пунктов (ГРП) – снижение давления газа и поддержание его постоянным независимо от изменения входного давления и расхода газа потребителями.

Количество ГРП n, шт., питающих сеть низкого давления, можно определить по формуле [13]:

n =

 

F

,

(2.1)

2

RОПТ2

 

 

где F – газифицируемая площадь, включая площадь проездов, м2; RОПТ - оптимальный

радиус действия ГРП, м.

Под радиусом действия RОПТ ГРП понимают среднее расстояние по прямой от ГРП до

точек встречи потоков газа на границе раздела. Наиболее экономичным считается Rопт = 600…800 м.

Газифицируемая площадь равняется общей площади города, определяемой по генплану, за вычетом территорий парков, скверов, площадей и кварталов, где размещаются больница, хлебозавод, промышленное предприятие и районные котельные.

Полученное по формуле (2.1) количество ГРП и их местоположение уточняются по местным условиям, исходя из планировки города и расположения отдельных районов.

Каждый ГРП должен размещаться в центре зоны его действия и как можно ближе к центру нагрузки данной зоны. Зона действия одного ГРП не должна перекрываться зоной действия другого ГРП. Точки встречи потоков газа в системе с несколькими ГРП назначают на границе зон соседних ГРП. С увеличением числа ГРП уменьшается стоимость сети низкого давления, но повышается общая стоимость ГРП, а также стоимость сети среднего (высокого) давления, которая питает ГРП.

Перечисляются кварталы, которые обслуживает каждый ГРП, и указывается численность населения в зоне его действия. После нанесения трассы газопроводов низкого давления выделяются замкнутые контуры, которые должны составить основную кольцевую часть сети. По этим контурам направляются основные транзитные потоки. Точку питания (ГРП) располагают в центре главных контуров и так, чтобы потоки газа были направлены к потребителям по возможности кратчайшим путем. Точки встречи потоков располагают диаметрально противоположно точке питания. При определении точек встречи потоков необходимо стараться выполнить условие увязки ветвей. Оно заключается в равенстве длин

8

участков газопроводов от ГРП до точек встречи потоков и от точек разветвления до точек встречи потоков. Обратное движение газа (в сторону того же ГРП) при выборе точек встречи потоков не допускается. В противном случае схема газовой сети получается не экономичной. Пронумеровав точки встречи потоков по всем направлениям движения газа, приступают к разбивке сети на расчетные участки. Удобно точки встречи потоков и точки разделения расчетных участков располагать на пересечении уличных проездов. Порядок нумерации произвольный, так как он на результаты расчетов влияния не оказывает. Головные участки, примыкающие к точке питания должны быть взаимосвязанными, поэтому их расчетные расходы принимают примерно одинаковыми.

Пример 2.

Определить количество сетевых ГРП, питающих сеть низкого давления.

Решение:

По формуле 2.1:

n =

3000000

= 2,3 2 шт.

 

2 800 2

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ГАЗА ПОТРЕБИТЕЛЯМИ ГОРОДА

Годовое потребление газа городом является основной для составления проекта газоснабжения. Расчет годового потребления производится по средним нормам. Для расчета необходимо определить количество жителей. По заданному генплану района города выполняется нумерация кварталов, с определением площадей кварталов.

3.1. Количество жителей N, чел., определяется по формуле:

 

N = F ρ,

(3.1)

 

где F – площадь квартала района города, га; ρ– расчетная плотность населения,

чел/га, (табл. 3.1.)

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.1

 

Плотность населения

 

 

 

Плотность населения, чел/га, для климатических подрайонов

 

Зона различной степени

 

 

 

 

 

 

IВ, IIБ, IIВ севернее

Южнее 580с.ш., кроме

 

градостроительной

IБ и часть IА, IГ, IД

часть IА, IГ, IД и IIА,

 

500с.ш. и часть IА, IГ,

 

ценности территории

иIIА севернее 580с.ш.

IД и IIА южнее 580с.ш.

входящих в данную

 

 

 

зону

 

 

 

 

 

 

 

420

 

 

Высокая

440

400

 

Средняя

370

350

330

 

Низкая

220

200

180

 

Площадь кварталов вычисляют по генплану, не включая площади улиц, площадей, парков, территорий промышленных предприятий.

Расчет количества жителей в городе сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

Расчет количества жителей в городе

№ квартала Размеры квартала, м F, га ρ, чел/га N, чел

9

 

длина

ширина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зона ГРП 1

Зона ГРП 2

3.2. Годовой расход газа Vгодхозбыт, м3/год, на хозяйственно-бытовые и коммунальные

нужды (приготовление пищи и горячей воды) равномерно распределенными потребителями определяется выражением:

Vгодхозбыт =

β N (q1 α1 +q2 α2 +q3 α3 )

,

(3.2)

 

 

 

Qр

 

 

 

 

 

н

 

 

 

где β – степень охвата газоснабжением квартир, т.е. отношение газифицируемых

квартир к их общему числу:

 

 

 

 

 

 

β =

nгаз.кв

,

 

(3.2.1)

 

nнегаз.кв + nгаз.кв

 

 

 

 

 

 

N – число жителей в газифицируемом квартале (зона действия ГРП), чел;

q1 – норма

расхода газа на одного человека в год, в квартире с газовой плитой и централизованным горячим водоснабжением, МДж, (см. [1], прил. А); q2 – норма расхода газа на одного человека в год, в квартире с газовой плитой и газовым водонагревателем, МДж, (см. [1], прил. А); q3 – норма расхода газа на одного человека в год, в квартире с газовой плитой без централизованного горячего водоснабжения и газового водонагревателя, МДж, (см. [1], прил. А); α1 – часть населения, проживающего в квартирах с центральным горячим водоснабжением, %, (по заданию); α2 – часть населения, проживающего в квартирах с горячим водоснабжением от газовых водонагревателей, %, (по заданию); α3 – часть

населения, проживающего в квартирах без горячего водоснабжения, %, (по заданию).

3.3. Потребление газа на отопление, вентиляцию жилых и общественных зданий и горячее водоснабжение общественных зданий.

Расход газа на отопление и вентиляцию, м3/ч:

V от = 3,6 1,1 N Vот a q0 (tв tн )

,

(3.3.1)

час

 

Qнр 1000 η

 

 

 

 

 

 

V вент =

3,6 1,1 N Vвент qв (tв tн )

,

(3.3.2)

час

 

Qнр 1000 η

 

 

 

 

 

 

где qо(qв) - удельная тепловая характеристика здания на отопление (вентиляцию),

мВт3 oС , показывающая тепловой поток, необходимый для повышения температуры 1 м3

10