Внутрішній діаметр газопроводу при розрахунку на ЕОМ, мм
dн x S, мм
1
ГРП-А
408
426х9
2
А-12
309
325х8
3
12-16
259
273х7
4
16-20
259
273х7
5
20-24
149
159х4
6
24-25
100
108х4
7
25-26
100
108х4
8
12-13
207
219х6
9
13-14
100
108х4
10
14-18
100
108х4
11
18-22
67
76х3
12
22-26
50
57х3
13
20-21
149
159х4
14
21-22
100
108х4
15
16-17
149
159х4
16
17-18
80
89х4,5
17
13-17
67
76х3
18
17-21
50
57х3
19
21-25
50
57х3
20
12-11
124
133х4
21
11-15
67
76х3
22
15-19
50
57х3
23
19-23
39
42х3
24
24-23
50
57х3
25
20-19
67
76х3
26
16-15
67
76х3
27
А-8
207
219х6
28
8-5
207
219х6
29
5-2
149
159х4
30
2-3
80
89х4,5
31
8-9
124
133х4
32
9-10
80
89х4,5
33
10-6
100
108х4
34
6-3
67
76х3
35
5-6
100
108х4
36
8-7
124
133х4
37
7-4
80
89х4,5
38
4-1
67
76х3
39
2-1
67
76х3
40
5-4
80
89х4,5
41
7-В
32
38х3
42
11-В
32
38х3
43
9-С
32
38х3
44
13-С
32
38х3
45
10-Д
32
38х3
46
14-Д
32
38х3
Рисунок 1.1 - Схема розподілу потоку газу по мережі низького тиску
Рисунок 1.2 - Схема розподілу потоку газу по мережі середнього тиску
1.9 Підбір обладнання газорегуляторного пункту
1.9.1 Підбір газового фільтра
Фільтр служить для очищення газів від механічних домішок і установлюється на вхідному патрубку перед ЗЗК і регулятором тиску.
У ГРП установлюємо волосяний фільтр. Для забезпечення достатнього ступеня очищення обмежують швидкість газового потоку через фільтр, що ха-рактеризуется максимально припустимим перепадом тисків у касеті. Цей перепад не повинний перевищувати в процесі експлуатації 10 кПа, а після очищення чи промивання 4-5 кПа.
Для виміру перепаду тиску на працюючому фільтрі, застосовують дифманометри, що приєднуємо до штуцерів, що мається в корпусі фільтра.
Визначається пропускна здатність фільтра за формулою
, (1.78)
де QТ - таблична пропускна здатність фільтра, м3/ч. Для фільтра ФГ - 100 QТ = 11000 м3/год;
ДP - перепад тиску у фільтрі, кПа, приймається ДР = 2,5 кПа;
Р - абсолютний тиск газу перед фільтром, кПа, приймаємо з гідравлічного розрахунку Р=375,21 кПа;
Рт - табличне значення абсолютного тиску у фільтрі, приймається
Рт = 300+100 = 400 кПа;
сг - щільність газу, кг/м3, сг=0,82 кг/м3;
Qгрп=1806,42 м3/год.
.
Пропускна здатність фільтра повинна бути дорівнює чи більше витрати газу на ГРП.
Qф ? Qгрп , 7112,9 м3/год > 1806,42 м3/год
Умова виконана, приймається до установки фільтр ФГ-100.
1.9.2 Підбір регулятора тиску
Регулятор тиску автоматично знижує тиск газу, що протікає через нього, і підтримує його після себе постійним на заданому рівні не залежно від витрати чи коливань тиску на вході.
Здійснюється перевірка регулятора тиску РДУК2 - 100/70.
Пропускна здатність регулятора тиску визначається за формулою
Р1 - абсолютний тиск газу перед регулятором тиску, кПа, приймається з гідравлічного розрахунку газопроводу з урахуванням втрат у фільтрі.
Р1= Р - Рф = 375,21-10 = 365,21 кПа.
Р2 - абсолютний тиск газу після регулятора тиску, кПа;
Р2 = 100 + 3 = 103 кПа;
Р1Т - табличний абсолютний тиск газу перед регулятором тиску, кПа.
Р1Т = 300 + 100 = 400 кПа;
Р2/Р1 = 103/365,21=0,28 < 0,5
Ї отже режим витікання є сверхкритичним.
м3/год.
Для нормальної роботи регулятора тиску його максимальна пропускна здатність (навантаження) повинна бути не більш 80-85%, а мінімальна - не менш 10% від розрахункової пропускної здатності при заданому вхідному Р1 і вихідному Р2 тисках повинні виконуватися умови:
Qmin ? QГРП ? Qmах (1.80)
Qmах =0,85?Qрд=0,85?4870,6=4140,01 м3/год; (1.81)
Qmin=0,1?Qрд=0,1?4870,6=487,06 м3/год; (1.82)
487,06 м3/год < 1806,42 м3/год < 4140,01 м3/год.
Умова виконується, отже, регулятор тиску типу РДУК2 - 100/70 підходить для даного ГРП.
1.9.3Підбір запобіжних клапанів
Відповідно до правил безпеки Госгортехнадзора в ГРП необхідно встановлювати 2 запобіжні клапани - один запірний, інший скидний.
1.9.3.1 Запобіжний запірний клапан (ЗЗК)
Запірний клапан установлюється до регулятора по ходу газу і настроюється на попередньо припустиме підвищення і припустиме зниження тиску газу за регулятором. Запірний клапан призначений для автоматичного відключення газу перед регулятором у випадку різкого підвищення чи зниження тиску газу за регулятором вище встановлених меж.
Відповідно до Правил безпеки при кільцевих мережах ЗЗК настроюється на спрацьовування при тиску перевищуючому на 15% максимально припустимий робочий тиск газу в газопроводі за регулятором.
Рззкмах =1,15? Р2, кПа, (1.83)
де Р2 - надлишковий тиск газу після регулятора тиску, кПа.
Рззкмах =1,15? 3=3,45 кПа.
Рззкмin =0,7 кПа Ї для низького тиску.
Для ПКН(В)-100 межі настроювання при зростанні тиску 2-60 кПа, а при зменшенні тиску 0,3-3 кПа.
Приймаємо ПКН(В)-100.
1.9.3.2Запобіжний скидний клапан (ЗСК)
Скидний клапан призначений для запобігання спрацьовування запірного клапана при незначному підвищенні тиску газу за регулятором. Настроювання скидного клапана здійснюють таким чином, щоб він починав спрацьовувати, тобто скидати газ в атмосферу при тиску в газопроводі більше, ніж нормальне підтримуване регулятором і менше, ніж тиск, на який настроєний ЗЗК.
Відповідно до Правил безпеки при кільцевих мережах ЗСК повинне забезпечувати відкриття при перевищенні встановленого максимального робочого тиску не більше ніж на 25 %.
. (1.84)
кПа.
Кількість газу, яке треба скинути через ЗСК, визначається за формулою
м3/год, (1.85)
де QРД - пропускна здатність регулятора при розрахункових вхідному і вихідному тиску газу, м3/год.
м3/год.
Фактична пропускна здатність пружинного клапана визначається за формулою
м3/год, (1.86)
де б - коефіцієнт витрати. б = 0,6;
F - площа сідла рівна найменшої площі перетину в проточній частині, мм2. F=1960 мм2; в - коефіцієнт, що залежить від відношення Рвих/Рвх. в=0,98;
Pвих - абсолютний тиск на виході з клапана, кПа;
Рвх - абсолютний тиск на вході в клапан, кПа, приймається рівним тиску при максимальній межі Рвх = 103,75 кПа;
ДP - утрати тиску в клапані, кПа. Р = 0,01 кПа.
м3/год.
При правильному підібраному скидному клапані повинна виконуватися умова:Qф ? QЗСК, 20,22 м3/год > 2,44 м3/год, що задовольняє умові.
Приймається до установки ПСК-50Н.
1.9.4Підбір обвідного трубопроводу
Обвідний трубопровід установлюється для постачання через нього газом споживачів на час ревізії і ремонту устаткування, змонтованого на основній (робочій) лінії. Діаметр байпаса приймається 76х3,0 мм. Щоб забезпечити регулювання тиску газу при роботі ГРП без регулятора на байпасі послідовно встановлюються дві засувки dу=80 мм 30с41нж. Між пристроями, що відключають, розміщається продувна свіча 25х2,5 мм із краном, що відключає dу=20 мм 11ч3бк. Також установлюється манометр.
1.9.5 Контрольно-вимірювальні прилади
Відповідно до [2] установлюються лічильники показуючий і реєструючий, манометри для виміру вхідного тиску, температури, витрати. Також установлюються манометри самопищущі і показуюючі (технічні) для реєстрації і контролю вихідного тиску природного газу.
1.10 Матеріали й обладнання
При будівництві газопроводів застосовують, як правило, сталеві труби. В останні роки для газопроводів підземних починають використовувати поліетиленові труби, особливо для транспортування газів зі змістом H2S більш 3%, а також при дуже високої корозійній активності ґрунтів і при наявності блукаючих струмів.
Відповідно до рекомендацій [2] для будівництва систем газопостачання варто застосовувати труби, виготовлені з вуглецевої сталі звичайної якості за ГОСТ 380 чи якісній сталі за ГОСТ 1050, що добре зварюється і містить не більш 0,25 % вуглецю.
Для газопостачання можуть бути використані беззастережно труби групи В, неприпустиме застосування труб групи Д.
По методу виготовлення труби бувають безшовні і шовні. Безшовні труби дорогі. Труби прямошовні, електрозварені (ГОСТ 10705 і 10706) застосовуються для підземних газопроводів з тиском до 1,2 МПа.
Труби водо- газопровідні по ГОСТ 3262 застосовуються для спорудження газопроводів низького тиску діаметром до 80 мм. Вибір сталевих труб для систем газопостачання здійснюється у відповідності до [2].
Засувки - запірний пристрій, у якому перекриття проходу здійснюється поступальним переміщенням затвора в напрямку, перпендикулярному до руху потоку середовища. Засувки бувають паралельні і клинові. Паралельні засувки простіше у виготовленні, але клинові надійніше в роботі. Клинові засувки застосовуються при будь-якому тиску, паралельні - при низькому і середньому. Діаметр засувок 50 мм і вище.
Крани - це запірні пристрої, у яких рухлива деталь затвора (пробка) має форму тіла обертання з отвором для пропуску потоку і при перекритті потоку обертається навколо своєї осі.
У залежності від форми затвора крани розділяються на конічні, циліндричні і кульові, чи зі сферичним затвором.
У залежності від способу приєднання розрізняють муфтові, фланцеві, цапкові.
У залежності від способу герметизації крани розділяються на натяжні і чепцеві.
Бронзові і латунні крани встановлюються в процесі експлуатації.
При виборі арматури необхідно враховувати наступні властивості матеріалів і сплавів:
- природний газ не впливає на чорні метали;
- чавунна арматура має більш низькі механічні характеристики;
- фланці чавунної арматури не можуть працювати на вигин;
- на мідні сплави сильно впливає вуглеводень.
При розташуванні колодязів у водонасичених ґрунтах застосовують гідроізоляцію: зовнішні стіни колодязя штукатурять водонепроникним цементом. При установці в колодязі сталевої засувки допускається влаштовувати косу фланцеву вставку в якості монтажного пристрою, що компенсує.
2. Розрахунок техніко-економічних показників
2.1 Капіталовкладення в мережі середнього тиску
Капіталовкладення в мережі середнього тиску визначаються за формулою
(2.1)
де Кі - вартість прокладки 1 м і-го діаметра з урахуванням вартості труб, грн; lі - довжина і-го діаметра, м.
Розрахунок зводиться в таблицю 2.1.
Таблиця 2.1 - Капітальні вкладення в мережі середнього тиску
dв, мм
dн x S, мм
l, м
К, грн/м
К· l, грн
1
2
3
4
5
408
426х9,0
1040
181,11
188350
309
325х8,0
3670
122,09
448070
359
377х9,0
110
142,73
15700
259
273х7,0
1110
105,94
117590
150
159х4,5
200
52,05
10410
100
108х4,0
300
35,38
10610
125
133х4,0
300
42,34
12700
83
89х3,0
100
27,62
2760
51
57х3,0
100
21,35
2140
70
76х3,0
100
23,56
2360
7030
810690
2.2 Капіталовкладення в мережі низького тиску
Капітальні вкладення в мережі низького тиску визначаються за формулою
(2.2)
де К1 - вартість прокладки 1 погонного метра з урахуванням вартості труб, грн/м;
Приймається по середньозваженому діаметрі, що визначається за формулою
, (2.3)
де Уlнд - загальна довжина мереж низького тиску, м.
Результати зводимо в таблицю 2.2.
Таблиця 2.2 - Капітальні вкладення в мережі низького тиску
7. Собівартість транспортування 1000 м3 природного газу
Стр=Сзаг/ (Qрік·10-3)
Стр=129161,535/135682,303=
=0,95
3.Газопостачання житлового будинку
Розрахунок газопроводу здійснюємо для чотириповерхового житлового будинку, що постачається природним газом.
Об'єм кухонь 20,3 і 11,21, висота кухонь - 2,7 м. Отже, у кухнях можна встановлювати двох- і чотирьохпальникові газові плити і газові проточні водонагрівачі.
3.1 Визначення розрахункових витрат газу
Номінальну витрату газу газовими приладами , (м3/год), визначаємо за формулою
(3.1)
де Qтi - теплова потужність газового приладу, кВт; складається з потужностей складових частин газового приладу:
- водонагрівач типу ВПГ-18 (згідно з довідковими даними)
- 2 - пальникова газова плита (ГП2)
(3.2)
- 4 - пальникова газова плита (ГП2)
(3.3)
де Qтгн - теплова потужність пальника нормальної потужності:
- знижена 0,7 кВт;
- нормальна 1,9 кВт;
- підвищена 2,8 кВт;
qд.ш - теплова потужність духової шафи, кВт, обумовлена як добуток теплової потужності основного пальника духової шафи на його корисний обсяг V, (дм3), рівний 0,09 дм3. Теплова потужність духової шафи:
Перевіряємо виконання умови: 297,53<; 297,53<300 - умова виконана.
3.3 Розрахунок відводу продуктів згоряння
Продукти згоряння від кожного газового приладу відводять по окремому димоході в атмосферу.
При розрахунку димоходу визначаємо розмір поперечних перерізів димоходів і приєднувальної труби, а також вибираємо матеріал і товщину стінок димоходів, при яких розрідження перед газовим приладом буде не менше припустимого, а температура газів, що ідуть, буде вище точки роси.
Розміри димоходів (площі перетину, висоти димарів ) приймаємо з урахуванням вимог, а діаметр приєднувальної труби приймаємо рівним діаметру димовідводячого патрубка приладу. Приєднувальна труба повинна мати довжину не більш 3 м, а кількість поворотів - не більш трьох.
Вихідні дані:
- спалюється природний газ, для якого Qн=36395 кДж/м3;
- тип і потужність газового приладу - ВПГ-18, Qт=18 кВт;
- коефіцієнт витрати повітря - б=2,5;
- температура газів, що ідуть, у газових приладах - 190 0С;
- необхідне розрідження перед тягоперервачем приладу - 3 Па;
- температура точки роси в продуктах згоряння - 46 0С;
- барометричний тиск - 101000 Па.
Розрахунок комунікацій по видаленню продуктів згоряння газоподібного палива проводимо в наступній послідовності:
1) Визначаємо обсяги продуктів згоряння природного газу, що утворяться при спалюванні 1м3 газу:
- теоретично необхідна кількість повітря Vо, (м3/м3), розраховується за формулою
- об'єм азоту , (м3/м3), розраховується за формулою
(3.10)
- об'єм водяної пари , (м3/м3), розраховується за формулою
(3.11)
де d - вологовміст природного газу, г/кг. Якщо він невідомий приймають
d =10,1 г/кг.
- об'єм надлишкового кисню , (м3/м3), розраховується за формулою
(3.12)
- сумарний об'єм продуктів згорання , (м3/м3), розраховується за формулою
(3.13)
2) Визначається густина продуктів згорання природного газу при температурі 0 0С і тиску 101325 Па, , (кг/м3) за формулою
(3.14)
3) Витрата продуктів згоряння природного газу через димохід , (м3/год), визначається за формулою
(3.15)
4) Розраховуємо охолодження продуктів згоряння , (оС), за формулою
(3.16)
де tнi - температура газів, що ідуть, на початку ділянки, єС;
tов - температура повітря, що оточує димохід, єС;
Qпс - витрата продуктів згоряння через димохід, м3/год;
k - коефіцієнт теплопередачі стінок димоходу, Вт/(м2•К);
F - поверхня теплообміну, м2
F= ·d·l . (3.17)
На першій ділянці температуру tнi приймаємо рівній температурі газів, що ідуть. Значення k приймаємо за [1]. Температуру tов приймаємо рівній середній температурі приміщення, у якому встановлений газовий прилад (для кухні 20 єС).
Розрахунок ведеться у відповідності зі схемою, приведеної на рисунку 3.1.
Рисунок 3.1 - Схема відводу продуктів згоряння
Температуру газів, що ідуть, наприкінці ділянки , (oC), визначаємо за формулою
. (3.18)
Ділянка ВПГ-1
F= 3,14 · 0,14 · 0,5 = 0,22 м2;
Ділянка 1-2
F = 3,14 · 0,14 0,45 = 0,198 м2;
Ділянка 2-3
F = 0,14·0,14·0,61= 0,012 м2;
Ділянка 3-4
F = 0,14·0,14·1,235 = 0,024 м2;
Ділянка 4-5
F = 0,14·0,14·2= 0,039 м2;
Температура газів, що ідуть, більше точкики роси (171,74 єС > 46 єС), значить випадання конденсату на поверхні каналу не буде.
Тяга, створювана вертикальними ділянками ВПГ-1 і 2-5, Рiт, (Па), визначається за формулою
(3.19)
де Н - висота вертикальної ділянки, м;
- температура навколишнього повітря, єС;
- середня температура продуктів згоряння на ділянці, єС, розраховується за формулою
(3.20)
де tн і tк - температури газів, що ідуть, на початку і наприкінці ділянки, 0С.
- барометричний тиск, Па.
Сумарна тяга Рт, (Па), дорівнює
(3.21)
6) Визначаємо втрати на тертя по довжині ДСтр, (Па), за формулою
(3.22)
де ДСi - утрати на тертя по довжині на і-той ділянці, Па, які визначаються за формулою
(3.23)
де л - коефіцієнт тертя, прийнятий для цегельних каналів і металевих окислених труб - 0,04;
l - довжина ділянки, м;
d - діаметр ділянки, м. Якщо перетин прямокутний, то приймаємо еквівалентний діаметр dекв.
- швидкість руху продуктів згоряння, м/с; визначаємо за формулою
(3.24)
де f - площа перетину труби, м2;
- густина газів, що ідуть, кг/м3.
а) у приєднувальній трубі
б) у димоході
7) Визначаємо втрати на місцеві опори ДСм.с, (Па), за формулою
(3.25)
де ДСім.с. - утрати на місцеві опори на і-той ділянці, Па, які визначаються за формулою
(3.26)
де - сума коефіцієнтів місцевих опорів на ділянці.
а) у приєднувальній трубі:
Коефіцієнти місцевих опорів: при вході в тягопереривач 1 = 0,5; 2 поворота 2 = 0,9·2 = 1,8; на вході в цегельний димохід 3 = 1,2, = 3,5.
б) у димоході:
Коефіцієнт опору при виході = 1,5.
8) Визначаємо розрідження перед газовим приладом Рроз, (Па)
Рраз = Рт - ( Ртр + Рм.с.). (3.27)
Рроз = 18,03- (0,66+3,22) = 14,15 Па.
Розрідження перевищує мінімально необхідне (2 Па), отже, димохід забезпечить нормальну роботу водонагрівача.
4.Розрахунок інжекційного пальникасереднього тиску
Вихідні дані для розрахунку:
- продуктивність пальника V = 5,5-8 м3/год;
- тиск перед пальником Р=25,7 кПа;
Розрахунок складається з визначення наступних конструктивних елементів пальника: сопла, горловини змішувача, конфузора і розмірів вогневих отворів.
Визначається теоретично необхідна кількість повітря для горіння газу Vт, м3/м3:
Дійсна кількість повітря при б=1,02, Vд, м3/м3, визначається за формулою
Vд = б·Vт.(4.2)
Vд = 1,02·9,624=9,82 м3/м3.
Задаємося швидкістю витікання газоповітряної суміші з пальника Wкр=10 м/с, температура суміші на виході з кратера tкр= 130 єС (кратер охолоджується повітрям) і знаходимо площу кратера fкр, м2 і діаметр кратера dкр, м, за формулами
(4.3)
(4.4)
Обчислюється перетин fд, м2, і діаметр вихідного кінця диффузора dд, м:
fд = (1,5ч2)·fкр; (4.5)
(4.6)
fд = 1,5·0,0024=0,0037 м2;
Діаметр горловини dг, м:
dг = 0,55·dд. (4.7)
dг = 0,55·0,068=0,038 м.
Робиться перевірка балансу енергії, кДж/м3, для того, щоб розташовувана енергія струменя газу, що випливає із сопла пальника, була більше усіх втрат енергії в пальнику і на виході з неї:
(4.8)
де Е - прихід енергії, кДж/м3;
Еп - витрати енергії на створення швидкості інжекційного повітря, кДж/м3;
Ег - витрати енергії на зміну швидкості струменя газу, кДж/м3;
Ед - витрати енергії в дифузорі, кДж/м3;
Ен - витрати енергії у насадці-кратері пальника, кДж/м3;
Екр - витрати енергії с вихідною швидкістю газоповітряної суміші з кратера пальника, кДж/м3.
Визначається швидкість газоповітряної суміші в горловині , м/с за формулою
(4.9)
де tсум - температура газоповітряної суміші на виході з отворів, приймається рівній температурі повітря в приміщенні 20 єС;
Швидкість виходу газу із сопла , м/с визначається за формулою
(4.10)
Визначається енергія струменя газу, що випливає із сопла , м/с за формулою
(4.11)
Визначаються витрати енергії на створення інжекційного повітря, , кДж/м3:
(4.12)
Визначаються витрати енергії на зміну швидкості струменя газу в горловині пальника , кДж/м3:
(4.13)
Швидкість руху газоповітряної суміші на виході з диффузора , м/с, визначається за формулою
(4.14)
де t - температура газоповітряної суміші в горловині пальника приймається рівної 20 0С.
Витрати енергії в дифузорі , кДж/м3 визначаються за формулою
(4.15)
де - коефіцієнт корисної дії дифузора; При приймається 0,8.
Визначається щільність газоповітряної суміші у вихідному перетині диффузора , кг/м3:
(4.16)
Визначаються витрати енергії в насадці , кДж/м3:
(4.17)
Визначаються витрати енергії в кратері пальника , кДж/м3, але для цього визначається густина газоповітряної суміші на виході з кратера , кг/м3:
(4.18)
(4.19)
Перевірка балансу енергії в пальнику:
Визначається необхідний тиск газу при мінімальному навантаженні , Па:
(4.20)
де - коефіцієнт витрати, приймається за табл. 1.1 [3].
Межа регулювання навантаження пальника , складе:
(4.21)
Визначається максимальна продуктивність пальника , м3/год, за формулою
(4.22)
м3/год, що більше 8 м3/год.
Визначаються діаметри сопла , мм і конфузора , мм:
(4.23)
(4.24)
де Wв - швидкість повітря в конфузорі, приймається рівною 1-2 м/с.
Визначаються довжини горловини, дифузора, конфузора, кратера і сопла:
(4.25)
, приймаємо 250 мм;
(4.26)
(4.27)
(4.28)
де б - кут розкриття дифузора, приймається щоб уникнути відриву струменя від стінок дифузора рівним 8 є;
в - кут розкриття конфузора, приймається 40 є;
в1 - кут розкриття кратера, приймається 30 є.
Довжина , мм і діаметр , мм тунелю:
(4.29)
(4.30)
Список використаних джерел
1. Ионин А.А. Газоснабжение - М.: Стройиздат, 1989. - 439 с.
2. ДБН В.2.5-20-2001. Газоснабжение. К.: Госстрой Украины, 2001.-252 с.
3. Методические указания к расчету газовых горелок в курсовом проекте " Газоснабжение района города"/ Макеевка, ДонГАСА, 1987, 20 с.
4. Методичні вказівки до виконання курсового проекту "Газопостачання району міста або селища" (для студентів спеціальності 6.092100 "Теплогазопостачання і вентиляція")/ Укл.: В.І. Захаров, З.В. Удовиченко, О.В. Захаров - Макіївка: ДонНАБА, 2009. - 33 с.
5. СНиП 2.01.01.-82 Стоительная климатология и геофизика. /Госстой СССР-М., Стройиздат, 1983 г., 136с.