Курсовая работа: Газоснабжение района города Липецка

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 0,6 до 1,2 МПа;

- высокого давления 2 категории с давлением от 0,3 до 0,6 МПа;

- среднего давления от 5 кПа до 0,3 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.

7. Определение оптимального числа ГРС и ГРП

7.1 Определение числа ГРС

При определении числа ГРС можно ориентироваться на следующее - для небольших городов и поселков с населением до 100 - 120 тыс.человек наиболее рациональными являются системы с одной ГРС

7.2 Определение оптимального числа ГРП

Газорегуляторные пункты стоят во главе распределительных газовых сетей низкого давления, питающих газом жилые дома. Оптимальное число ГРП определяется из соотношения:

 (7.1)

где  - часовой расход газа на жилые дома, м3/ч.;

 - оптимальный расход газа через ГРП, м3/ч.

Для определения  необходимо вначале определить оптимальный радиус действия ГРП, который должен находиться в пределах 400 – 800 метров. Этот радиус определяется по формуле:

 (7.2)

где  - расчетный перепад давления в сетях низкого давления(1000 - 1200 Па);

 - коэффициент плотности сетей низкого давления, 1/м;

 (7.3)

- плотность населения по району действия ГРП, чел/га;

е - удельный часовой расход газа на одного человека, м3/чел. ч, который задается или вычисляется, если известно количество жителей (N), потребляющих газ, и известно количество газа (V),потребляемого ими в час

, м3/чел. ч,. (7.4)

 (7.5)

 принимаем равным 900 метрам

Количество ГРП принимаем равному 2

8. Выбор оборудования газорегуляторных пунктов и установок

8.1 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.

При докритическом истечении, когда скорость газа при проходе через клапан регулятора не превышает скорость звука, расчетное уравнение записывается в виде:

 (8.1)

При сверхкритическом истечении, когда скорость газа в клапане регулятора давления превышает скорость звука, расчетное уравнение записывается в виде:

 (8.2)

В формулах (8.1) и (8.2) :

- коэффициент пропускной способности регулятора давления;

 - коэффициент, учитывающий неточность исходной модели для уравнений (9.1) и (8.2);

 - перепад давления в линии регулирования, МПа:

,МПа

где Р1- абсолютное давление газа перед ГРП или ГРУ, МПа;

Р2- абсолютное давление газа после ГРП или ГРУ, МПа;

 - потери давления газа в линии регулирования, обычно равные 0,007 МПа;

- плотность газа при нормальном давлении, равная 0,73 кг/м3;

Т - абсолютная температура газа, равная 283 К;

z - коэффициент учитывающий отклонение свойств газа от свойств идеального

газа (при Р11.2 МПа z =1) .

Расчетный расход  должен быть больше оптимального расхода газа через ГРП на 15 - 20 %,то есть

 , м3/ч .

Если Р2/Р10,5,то течение газа будет докритическим.

Если Р2/Р1<0,5,то течение газа будет сверхкритическим .

Р1=0,3+0,1=0,4 МПа

Р2=0,005+0,1=0,105 МПа

Р2/Р1= 0,105/0,4=0,26<0,5 течение газа сверхкритическое

 (8.3)

 м3/ч

Согласно  выбираем тип регулятора РД-50-64.

8.2 Выбор предохранительно-запорного клапана

Промышленность выпускает два типа ПЗК: ПКН и ПКВ. Первый следует применять в случаях, когда после ГРП и ГРУ поддерживается низкое давление, второй – когда поддерживается среднее давление газа. Габариты и тип клапана определяют типом регулятора давления. ПЗК обычно выбирают с таким же условным диаметром, как и регулятор.

Исходя из всего вышесказанного, выбираем тип ПЗК: ПКН-50.

8.3 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-50Н/0,05.

8.4 Выбор фильтра

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.

При Р=0,4 МПа фильтр ФВ-100 имеет пропускную способность 1710 м3/ч, что менее расчетного расхода м3/ч, а фильтр ФВ-200 имеет пропускную способность 6980 м3/ч, что более расчетного расхода через ГРП. Следовательно, условиям удовлетворяет фильтр ФВ-200.

9. 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.

9.1 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 потокораспредедении;

- расчет ответвлений от кольцевого газопровода.

Для начала расчета определяют среднюю удельную разность квадратов давлений:

 (9.1)

где - сумма длин всех участков по расчетному направлению, км

Множитель 1,1 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 АСР для выбранного стандартного диаметра газопровода. Затем по уточненному значению АСР и расчетной длине, определяют точное значение разности Р2Н - Р2К на участке. Все расчеты сводят в таблицы.

9.1.1 Расчет в аварийных режимах

Аварийные режимы работы газопровода наступают тогда, когда откажут в работе участки газопровода, примыкающие к точке питания 0 нашем примере это участки 1 и 19.Питание потребителей в аварийных режимах должно осуществляться по тупиковой сети с условием обязательного поддержания давления газа у последнего потребителя равным РК.

Расход газа на участках определяется по формуле:

 (9.2)

где Коб.i - коэффициент обеспеченности различных потребителей газа;

В нашем расчете этот коэффициент принят постоянным и равным 0,8 у всех потребителей газа.

Vi - часовой расход газа у соответствующего потребителя,м3/ч.

Расчетную длину участков газопровода определяют по уравнению:

, км

Средняя удельная разность квадратов давлений в первом аварийном режиме составит:

 МПа2/км

во втором:

 МПа2/км

Таблица 9.1 Результаты гидравлического расчета в аварийных режимах

Правильность расчетов проверяют путем вычисления конечного давления по формуле:

 (9.3)

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.

Отказал участок 1

 МПа отклонение – 1 %

Отказал участок 19

 МПа отклонение – 2 %

Следовательно, расчет сделан правильно.

Зная потери давления на каждом участке далее можно определить абсолютное давление газа в каждой точке в обоих аварийных режимах:

 (9.4)

где - сумма разности квадратов давлений на участках, предшествующих точке определения давления.

Все расчеты по определению давлений в различных точках кольца сводим в таблицу:

Таблица 9.2 Результаты расчетов давлений газа в точках кольца

9.1.2 Расчет ответвлений

В этом расчете мы определяем диаметры газопроводов, подводящих газ от кольцевого газопровода к потребителям. Для этого используется расчет давлений в точках изменения расхода. Перепад давлений на каждом ответвление определяется разностью давлений в точке подключения газопровода ответвления к кольцевому газопроводу и заданным конечным давлением у потребителя.

Для определения начального давления из таблицы 9.2 для одной и той же точки выбираем наименьшее значение абсолютного давления газа. Далее определяем удельную разность давлений на участках:

Все расчеты сводим в таблицу:

Таблица 9.3 Результаты расчета ответвлений

9.1.3 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 1 и 19 и далее.

Точка схода обоих потоков газа должна находиться где-то на кольце. Эта точка определяется из следующих условий - расходы газа по обоим направлениям кольца должны быть примерно одинаковыми. Все расчеты сводим в таблицу

таблица 9.4 Результаты расчета при нормальном потокораспределении

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:

Принимаем

Знаки “+” и “-“ означают условное деление потоков газа на положительные и отрицательные.

Ошибка составляет: , что менее 10%, значит, гидравлический расчет газопровода высокого давления выполнен правильно и на этом закончен.

9.2 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, м3/ч

где  - 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:

Таблица 9.5 Путевые расходы газа

Затем определяем узловые расходы газа

где - сумма путевых расходов газа на участках, примыкающих к узлу, м3/ч

n – количество участков, примыкающих к узлу.

В нашем примере:

(10,9+43,4)= 27,15

(10,9+47,1+65,2)= 61,6

(65,2+47,1+65,2)= 88,75

(47,1+65,2)=56,15

(65,2+32,6+23,5)=60,65

(65,2+47,1)= 56,15

(47,1+47,1+32,6)= 63,4 (47,1+43,4)=45,25

(32,6+23,5+47,1+16,3)=59,75

(23,5+32,6+47,1+16,3)=59,75

(32,6+32,6)=32,6

(16,3+16,3)=16,3

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

47,1=23,65

Найдем расчетные расходы газа на транзитных участках

=110,7

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.

Таблица 9.6

Критерием правильности расчета является невязка давлений в узловых точках, которая не должна превышать 10%. На этом гидравлический расчет газовых сетей низкого давления закончен

10. Гидравлический расчет вертикальных тупиковых газопроводов низкого давления

Тупиковые газопроводы низкого давления прокладываются внутри жилых домов, внутри производственных цехов и по территории небольших населённых пунктов сельского типа.

Особенностью расчёта здесь является то, что при определении потерь давления на вертикальных участках надо учитывать дополнительное избыточное давление из-за разности плотностей газа и воздуха, то есть:

, (10.1)

где  - разность геометрических отметок в конце и начале газопровода, м;

- плотности воздуха и газа при нормальных условиях, кг/м3;

 - ускорение свободного падения, м/с2.

Для природного газа, который легче воздуха, при движении его по газопроводу вверх значение  будет отрицательным, а при движении вниз - положительным. Если газ тяжелее воздуха, то знаки меняются на противоположные.

Учёт местных сопротивлений на внутридомовых и внутрицеховых газопроводах низкого давления можно производить с помощью коэффициентов местных сопротивлений и эквивалентных длин, а также можно это делать путём введения надбавок на трение

, (10.2)

где а - процентная надбавка.

Рекомендуются следующие процентные надбавки:

- на газопроводах от ввода в здание до стояка - 25 %

- на стояках - 20 %

- на внутриквартирной разводке:

- при длине 1-2 м. - 450 %

- при длине 3-4 м. - 200 %

- при длине 5-7 м. - 120 %

- при длине 8-12 м.- 50 % .

Удельный перепад давления на магистральном направлении определяется:

, Па/м (10.3)

Находим дополнительное избыточное давление в газопроводе:

Все расчеты сводим в таблицу

Таблица 10.1 Результаты гидравлический расчет тупиковых газопроводов низкого давления

 Па/м

Критерием правильности расчёта будет условие:

где  - сумма потерь давления на всех участках магистрали, Па;

- дополнительное избыточное давление в газопроводе, Па;

 - заданный перепад давления, Па;

 - потеря давления газа в газоиспользующем приборе, Па.

Отклонение  от  должно быть не более 10%

 Па

Отклонение составляет 1,5 % что менее 10%.Условие выполняется.

Определяем диаметры участков 1-11 и 11-12:

1.Определяем расчетную длину ответвления: 0-1-11-12-13-14-15

Она равна 18,4 м

2.Определим расчетные расходы газа

участок 1-11

 м3/ч

участок 11-12

 м3/ч

3. Определяем среднюю удельную потерю давления на ответвлении

На ответвление 0-1-11-12-13-14-15

350/18,4 = 19,02 Па/м

4. Определяем диаметры участков

участок 1-11

15 мм

участок 11-12

15 мм

Таким образом, диаметры газопровода на всех участках определены. На этом расчёт тупикового газопровода низкого давления заканчивается.

Библиографический список

1. СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб.

2. СНиП 23.01.99. Строительная климатология и геофизика/ Госстрой России.-М., 2003.

3. СНиП 42-01-2002. Газораспределительные системы / Госстрой России. - М., 2003. – 40 с.

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

5. Филатов Ю.П., Клоков А.А., Марухин А. И. Системы газоснабжения: Учебное пособие.- Н. Новгород, 1993.-97 с.

6. ГОСТ 21. 610-85. СПДС. Газоснабжение. Наружные газопроводы. Рабочие чертежи.

7. ПБ 12-529-03. Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления.

8. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.К., Вигдорчик Д.Я. Справочник по газоснабжению и использованию газа.- Л: Недра, 1990.-762с.

9. Энергетическое топливо СССР. Справочник.- Энергоатомиздат, 1991.- 184 с.

Размещено на http://www.