Источником газоснабжения является газопровод - отвод от магистрального газопровода “Средняя Азия - Центр”
Таблица 4. Состав и характеристика газа
Состав газа
Теплота сгорания,кДж/нм3
Плотность, кг/нм3
Компоненты
Доля в общем объеме, rj
аj
аj * rj
i
i * ri
1
2
3
4
5
6
Метан, СН4
0,938
35880
33512
0,7174
0,6701
Этан, С2Н6
0,036
64360
1352
1,3551
0,0285
Пропан, С3Н8
0,007
93180
745
2,010
0,0161
Н-Бутан, С4Н10
0,002
123570
494
2,6901
0,0108
Н-Пентан, С5Н12
0,004
156630
470
3,4536
0,0104
Двуокись углерода, СО2
0,006
-
-
1,9770
0,0060
Сероводород,
H2S
-
23270
-
1,5361
-
Азот, N2
0,007
-
-
1,2503
0,0338
Итого
1,0
-
36573
-
0,7754
МДж/м?
1.4 Годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения
Основой для разработки проекта является годовой объем потребления газа населенным пунктом.
Все виды потребления газа в населенном пункте можно условно разделить на следующие группы:
1) расход газа населением в квартирах для приготовления пищи и горячей воды;
2) расход газа предприятиями коммунального хозяйства (бани, прачечные, больницы, хлебозаводы, котельные);
3) расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий от различных источников теплоснабжения (котельные, местные отопительные установки);
4) расход газа на горячее водоснабжение;
5) расход газа промышленными предприятиями.
Определение норм удельных расходов газа на бытовые и коммунально-бытовые нужды производится по среднегодовым нормам расхода тепла. Нормы расхода тепла не являются величиной постоянной. Для бытовых потребителей зависят от климатических условий, охвата населения общественным питанием, наличия или отсутствия центрального отопления, ассортимента и качества бытовых приборов, практики их эксплуатации. В предприятиях общественного питания на нормы расхода газа влияют количество приготавливаемых блюд, весовой объем отпускаемых блюд, их ассортимент, тип и качество нагревательных газовых приборов.
Большая часть этих факторов не поддается теоретическому подсчету- учету, и определение годовой потребности в газе производится по усредненным нормам расхода теплоты, полученным из практики.
Таблица 5. Нормативные расходы газа
Потребители газа
Показатель потребления газа
Норма расхода газа в год, МДж
1. Жилые здания
1.1. На приготовление пищи (плита + централизованное горячее водоснабжение)
на 1 чел. в год
2800
1.2. На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных нужд, включая стирку белья (при отсутствии газового водонагревателя и централизованного горячего водоснабжения)
на 1 чел. в год
4600
1.3. На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно - бытовых нужд, включая стирку белья (плита + водонагреватель)
на 1 чел. в год
8000
2. Предприятия бытового обслуживания
2.1. Механизированные прачечные
1 т. сухого белья
18000
2.2. Бани
1 помывка
40
3. Предприятия общественного питания
3.1. Столовые, кафе и рестораны
1 завтрак, 1 обед, 1 ужин
8,4
4. Учреждения здравоохранения
4.1. Больницы и родильные дома:
4.1.1. На приготовление пищи
4.1.2. На приготовление горячей воды для хозяйственно - бытовых нужд и лечебных процедур (без стирки белья)
на 1 койку в год
на 1 койку в год
3200
9200
5. Хлебозаводы
5.1. На выпечку хлебобулочных изделий
на 1 т
5450
Примечание:
1. Нагрузка прачечной определена из условия обработки 150 кг сухого белья на 1 человека в год (150 т на 1000 жителей) и 25% от числа жителей, пользующихся услугами прачечных, то есть 150 * 0,25 = 37,5 т в год на 1000 газоснабжаемых жителей.
2. Нагрузка бань определена из условия 52 помывок в год на 1 человека и 25% от числа жителей, пользующихся банями (52 * 1000 * 0,25 = 13000 помывок на 1000 газоснабжаемых жителей в год).
3. Нагрузка больничных заведений определена по нормативу 10 коек на 1000 жителей.
4. Нагрузка хлебозаводов определена из условия нормы выпечки хлебобулочных изделий 0,75 т на 1000 жителей в сутки (0,75 * 365 = 274 т в год).
5. Нагрузка столовых, ресторанов и кафе определена из условия посещения последних 25% населения (0,25 х 1000 х 365 = 91250 жителей в год).
1.4.1 Определение годовых и часовых расходов газа на бытовые и коммунальные нужды населения
При проектировании систем газоснабжения населенного пункта необходимо определить расчетные часовые расходы газа на всех участках системы газоснабжения.
Общее потребление на бытовые и коммунальные нужды населения условно разделяют на два вида.
К первому виду относят расход газа на хозяйственно - бытовые и мелкие коммунальные нужды населения, ко второму - предприятия коммунального хозяйства с расчетным часовым расходом газа, превышающим 150 нм3/ч.
Для газоснабжения первого вида потребителей применяют, в основном, сети низкого давления (менее 5кПа). В последнее время для этой цели разработана прогрессивная схема газоснабжения среднего давления с использованием домовых регуляторов давления.
Для второго вида потребителей используются сети среднего или высокого давления.
Определение расходов газа на бытовые и коммунально-бытовые нужды представляет сложную задачу, так как зависит от многих факторов, влияющих на потребление газа (от типа устанавливаемых в квартире газовых приборов, степени благоустройства и населенности квартир, степени охвата потребителей централизованным теплоснабжением, характера объекта, степени развития коммунально-бытового обслуживания населения, уклада жизни населения).
Расчетные часовые расходы газа можно определить несколькими способами: по годовым нормам расхода газа потребителями; номинальным расходам газа газовыми приборами; тепловой производительности газоиспользующих установок и укрупненным показателям.
Расход газа на отопление и вентиляцию зданий в микрорайоне определяется по жилой площади, имеющейся в микрорайоне.
Определение расходов газа по номинальным расходам газовых приборов производится в том случае, когда известно их количество и тип. При отсутствии таких данных расход газа определяется по годовым нормам в соответствии с [2].
В течение всего года газ потребляется неравномерно. Различают сезонную, суточную и часовую неравномерность.
Сезонная неравномерность потребления газа на отопление вызывается повышенным газопотреблением в зимние месяцы, которое изменяется соответственно температуре наружного воздуха.
Неравномерность потребления газа по дням недели вызвана повышением расхода газа на хозяйственно-бытовые нужды населения в предвыходные и предпраздничные дни, а также зависит от режима работы промышленных предприятий.
Неравномерность потребления газа по часам суток возникает от понижения расхода газа в ночное время на хозяйственно-бытовые нужды населения, а также зависит от режима работы промышленных предприятий. Поэтому для обеспечения бесперебойности снабжения потребителей система газоснабжения рассчитывается на максимальный часовой расход газа.
За максимальный часовой расход газа принимается средний расход газа за час максимального потребления.
При расчете систем распределения газа очень часто представляется возможным установить число подлежащих газоснабжению квартир и, тем более, газовых приборов (в особенности для вновь проектируемых районов и городов). Поэтому при проектировании систем распределения газа на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды рекомендуется определять как долю годового расхода по формуле:
(2)
где - максимальный расчетный часовой расход газа при температуре 0° и давлении газа 0,1 МПа, м?/ч
- коэффициент часового максимума (коэффициент перехода от годового расхода к максимальному часовому расходу газа), принимается по табл. 6.
- годовой расход газа, м3/год
Таблица 6. Значение коэффициента часового максимума для населения
Число жителей, снабжаемых газом, тыс. чел
Значения Кmax
1
1/1800
2
1/2000
3
1/2050
5
1/2100
10
1/2200
20
1/2300
30
1/2400
40
1/2500
50
1/2600
100
1/2800
Годовые расходы газа для жилых домов, предприятий бытового обслуживания населения, общественного питания, предприятий по производству хлеба, а также учреждений здравоохранения определяются по нормам теплоты, приведенным в табл. 5. Кроме перечисленных в табл. 5 потребителей, в любом населенном пункте имеется еще ряд мелких предприятий, учесть которые затруднительно. В связи с этим при расчете годовых расходов газа расход газа на эти предприятия следует принимать в размере до 5% от суммарного расхода теплоты на жилые дома.
Значение коэффициента часового максимума для предприятий коммунального хозяйства принимается по табл. 7.
Таблица 7. Коэффициент часового максимума для коммунальных предприятий
Предприятия
Коэффициент часового максимума расхода газа
Прачечные
1/2900
Бани
1/2700
Больницы
1/2500-1/3500
Общественного питания
1/2000
Хлебозаводы
1/6000
Годовой расход газа Vгод, м3/год, определяется по формуле:
, (3)
где Qi- годовая норма расхода теплоты на бытовое и коммунально-бытовое потребление, кДж/год (табл. 5);
- низшая теплота сгорания газа, кДж/м3;m- количество расчетных единиц потребления газа.
1.4.2 Определение часовых расходов газа на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение микрорайона
Часовые расходы теплоты на жилые районы городов и населенных пунктов определяются по укрупненным показателям [7].
Максимальный часовой расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий Qо, кДж/ч, при tн.р.о. определяется из выражения:
, (4)
где -расходы теплоты на отопление жилых и общественных зданий соответственно.
Для жилых зданий расход теплоты на отопление, кДж/ч, определяется по формуле:
, (5)
где - укрупненный показатель максимально-часового расхода тепла,
кДж/м3ч;
F- площадь отапливаемых или вентилируемых зданий, м2.
Расход теплоты на отопление общественных зданий рассчитывается по формуле:
(6)
де К1- коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий, при отсутствии данных принимается равным 0,25.
Максимальный часовой расход газа на отопление жилых и общественных зданий в микрорайоне, м3/ч, определяется по формуле:
Максимальный часовой расход теплоты на вентиляцию общественных зданий, кДж/, определяется по формуле:
(8)
где К2- коэффициент, учитывающий расход теплоты на вентиляцию,
при отсутствии данных принимается равным 0,6.
Максимальный часовой расход газа, м3/ч, на вентиляцию
(9)
Максимальный часовой расход теплоты, кДж/ч, на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий микрорайона определяется:
(% охвата), (10)
где qг.в.- укрупненный показатель максимального теплового потока на
горячее водоснабжение, Вт/чел., зависит от норм потребления горячей воды.
Максимальный часовой расход газа, м3/ч, на горячее водоснабжение микрорайона определяется по формуле:
. (11)
Значение при определении расходов газа на вентиляцию и горячее водоснабжение принимается равным 0,8?0,85, так как источником теплоты является котельная.
Результаты часовых расходов газа на все виды потребления представлены в табл. 8.
Таблица 8
Расходы газа, м3 /ч
Бытовое потребление Vбыт.
Комму-нально-бытовое потребление Vком.быт
Центральное отопление Vо
Вентиляция Vв
Централизованное горячее водоснабжение Vг.в.
Теплоснабжение промышленного предприятия
Централизованное теплоснабжение (гр.3+4+
5+6)
Суммарный по микрорайону
1
2
3
4
5
6
7
8
156,6
267,4
995,8
119,5
360,4
393
1475,7
2292,7
1.5 Гидравлический расчет газопроводов
1.5.1 Гидравлический расчет кольцевой сети газопроводов среднего давления
Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним уровнем системы газоснабжения НП. Для больших и средних НП их проектируют кольцевыми (резервированными), и только для малых НП они могут выполняться в виде разветвленных сетей.
Расчетный перепад давления для сетей высокого (среднего) давления следует определять исходя из условия создания при допустимых перепадах давления наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивую работу ГРП и ГРУ. Поэтому начальное давление следует принимать максимальным по [2] для данного вида газопровода, а конечное давление таким, чтобы при максимальной нагрузке сети обеспечивалось минимально допустимое давление газа перед регуляторами ГРП и ГРУ. В большинстве случаев перед ГРП достаточно иметь избыточное давление примерно 0,15-0,2 МПа.
При расчете кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы газоснабжения при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв должен проверяться расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций, которые происходят при выключении головных участков сети.
Ввиду кратковременности аварийных ситуаций допускается некоторое снижение качества системы, оцениваемое коэффициентом обеспеченности Коб, который зависит от категории потребителей.
При аварийной ситуации диспетчерской службой принимаются меры по сокращению потребления газа. Такое сокращение можно осуществить уменьшением подачи тепла на отопление зданий и горячее водоснабжение, прекращением работы второстепенных цехов промпотребителей или переводом их на резервное топливо. Однако во всех случаях режим давлений в газовой сети должен обеспечивать нормальную работу газогорелочных устройств неотключенных агрегатов.
Для коммунально-бытовых потребителей Коб может быть принят в размере 0,8-0,85, для отопительных котельных 0,7-0,75, а для промпотребителей, имеющих резервное топливо, Коб =0. При отсутствии резервного топлива сокращение подачи газа зависит от сокращения подачи тепла на отопление. Для технологических нужд сокращать подачу газа не следует. Таким образом, Коб может быть определен для всех сосредоточенных потребителей и на его основе могут рассчитываться аварийные гидравлические режимы.
Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчету, два: при выключении головных участков сети слева и справа от точки питания. Так как при этом однокольцевой газопровод превращается в тупиковый, диаметр кольца можно определить из расчета аварийного режима при лимитированном газоснабжении.
Основными исходными данными для гидравлического расчета газопроводов среднего давления являются: схема сети, расчетные расходы газа всех потребителей и перепад давления в сети, то есть разница давлений на выходе газа из ГРС и в самой удаленной от нее точке потребления по схеме.
Используя расчетный расход газа и удельную потерю давления на участке, определяют диаметры участков и уточняют потери давления на них.
Гидравлический расчет газопроводов среднего давления во всей области турбулентного режима движения газа проводят по формуле
(12)
где Рн, Рк - абсолютное давление газа в начале и конце газопровода, МПа;
L - длина рассчитываемого участка, км;
Кэ - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, см;
d - внутренний диаметр газопровода;
v - коэффициент кинематической вязкости, м2/с;
? - плотность газа, кг/м3, при температуре 0 °С и давлении 101,3 кПа;
Q - расход газа, нм3/ч.
Расчет с использованием приведенной формулы требует значительного времени и довольно затруднителен. Поэтому для расчета газопроводов среднего и высокого давлений используют номограммы, составленные для наиболее распространенных в газовой технике труб.
Потери давления в местных сопротивлениях рекомендуется учитывать путем увеличения действительной длины газопроводов на 10%, т.е. приведенная длина расчетного участка больше действительной в 1,1 раза.
Расчет однокольцевой сети газопроводов выполняется в следующей последовательности:
1. Составляется расчетная схема газопроводной сети: нумеруются участки, проставляются их расчетные длины, выписываются расчетные расходы газа каждым сосредоточенным потребителем.
2. Производится предварительный расчет диаметра кольца по приближенным зависимостям
Рн; Рк - абсолютные давления газа в начале и конце сети, кПа;
lк - протяженность расчетного кольца, м;
1,1 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления;
0,59 - приближенное значение коэффициента ? в формуле определения расчетного расхода, когда газопровод несет путевую нагрузку.
При этом целесообразно принимать диаметр кольца постоянным. Если это не удается, то участки газопроводов, расположенные диаметрально противоположно точке питания, следует принимать меньшего диаметра, но не менее 0,75 диаметра головного участка.
3. Выполняется два варианта гидравлического расчета аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания. При этом кольцевая сеть становится тупиковой, при которой потоки газа движутся от головного ГРП до крайних точек. Определяются суммированием расчетные расходы газа каждого участка сети, начиная эту операцию от конца тупика по направлению к головному ГРП. Диаметры участков корректируются так, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения. Для всех ответвлений рассчитываются диаметры газопроводов на полное использование перепада давления при лимитированном отборе газа.
4. Рассчитывается распределение потоков газа при нормальном режиме работы сети и определяются давления газа во всех узловых точках.
5. Проверяются диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при расчетном гидравлическом режиме. В случае необходимости диаметры отводов увеличиваются до необходимых размеров.
В связи с тем, что указанные номограммы составлены для расчета стальных газопроводов, полученные значения диаметров, вследствие более низкого коэффициента шероховатости полиэтиленовых труб, следует уменьшать на 5-10%.
Гидравлический расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец при максимальном использовании допустимой потери давления газа. 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 болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - для; газопроводов среднего давления, 26 м/с - для газопроводов высокого давления.
В проекте нагрузки распределены следующим образом:
На ШРП №1 - 101,8 м?/ч;
На ШРП №2 - 22 м?/ч;
На ШРП №3 - 101,8 м?/ч;
На ШРП №4 - 18,2 м?/ч;
На ШРП №5 - 161 м?/ч;
На ШРП №6 - 18,2 м?/ч;
Котельная №1 - 727,9 м?/ч;
Котельная №2 - 727,9 м?/ч;
Промышленное предприятие - 392 м?/ч;
Расчетный расход газа потребителями ?Vр=2292,7 м?/ч;
Таблица 9. Расчетные длины участков
№
уч.
Длины участков кольца
Длины участков ответвлений
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-1
2-11
3-12
4-13
5-14
6-15
7-16
8-17
9-18
10-19
l,м
224
257
142
124
258
218
97
180
18
92
11
113
95
113
11
67
23
70
23
? l=1610 м.
Определим диаметр кольца по расчетному расходу:
Vp=0,59?0,7?2268,5=937 м?/ч,
и удельному падению квадрата давления:
кПа?/м.
Потери давления на местные сопротивления приняты в размере 10% от линейных потерь.
Диаметр газопровода определяем по номограмме, он равен 160 мм.
Производим расчеты для аварийных режимов при выключении головных участков 1-10 и 1-2. Узловые расходы на участках принимаем равными 0,7 Vp.
При отключении участка 1-10 кольцевая сеть становится тупиковой. По выбранному диаметру и расходу на участке по номограмме определяем величину удельного падения квадрата давления и давление в конце участка по формуле
(15)
где Рк - давление в конце участка, Па;
L - длина участка, м;
Rд - действительная величина удельного падения квадрата давления,
кПа?/м.
В процессе расчета выяснилось, что кольцевой газопровод диаметром 160 мм обеспечивает необходимое давление в концевых точках.
Рассчитаем диаметры ответвлений для аварийных режимов при подаче газа потребителям в объеме V=Коб?Vр, м?/ч. Сначала определим давление газа в начале всех ответвлений. Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления Рн.отв. выбираем наименьшее. Для этого давления и подбираем диаметр ответвления при условии, чтобы давление в конце ответвления Рк.отв. было не менее 100 кПа. Кроме того, диаметры менее 63 мм не проектируем.
Результаты расчета представлены в приложении А.
1.5.2 Гидравлический расчеттупиковой дворовой сети низкого давления
Внутридворовые газопроводы запроектированы надземно, на металлических опорах и по фасадам зданий на кронштейнах на высоте 2,2 м. В местах пересечения с внутридворовыми проездами предусмотрен подъем газопровода на опорах на высоту 5 м.
Гидравлический расчет внутридворовых газопроводов проводят в следующей последовательности.
1. На генплане квартала проектируют газовые сети по тупиковой схеме.
2. Намечают расчетные участки от точки подключения к распределительному уличному газопроводу до отключающего устройства на вводе в здание.
3. Определяются средние ориентировочные удельные потери давления на расчетной ветке от точки подключения к распределительному газопроводу до наиболее удаленного газифицированного здания:
(16)
где 250 - нормативный перепад давления, Па, по [ ];
1,1 - 10% на местные сопротивления;
?l - суммарная длина расчетной ветки, м;
Диаметры участков газопроводов определяют по расчетному расходу газа Vр, м?/ч, и значению удельных ориентировочных потерь давления , Па/м. Расчетная таблица заполняется в следующей последовательности:
1. Ориентируясь по средней удельной потере давления и расчетным расходам газа на участках, по приложению подбираем диаметры газопроводов на участках сети.
2. Для выбранных диаметров газопроводов на участках по приложению определяем действительные удельные потери давления.
3. Умножая действительные потери давления на участках на длину этих участков, определяем полные потери давления на каждом участке.
4. Суммируем потери давления на участках расчетной ветки и результат сравниваем с нормативным расчетным перепадом давления.
В случае недоиспользования или превышения расчетного перепада давления изменяем диаметр газопровода на одном или нескольких участках с тем, чтобы свести невязку до величины не более 10%. Изменения диаметров фиксируем в графах 8, 9, 10. Результаты расчета представлены в приложении А
1.6 Расчет регуляторов давления для ШРП
В настоящее время ГРП сооружаются, как правило, по типовым проектам или применяются шкафные (блочные) ГРП полной заводской готовности.
Поэтому проектирование сетевых ГРП сводится к подбору необходимого регулятора давления и привязке соответствующего ему типового проекта или выбору соответствующего шкафного ГРП.
Пропускная способность регулятора давления определяется по одной из приведенных ниже формул:
- для докритической области истечения газа
Qo=5260?Kv??? (17)
Для критического режима истечения газа, т.е. при соблюдении неравенства
(18)
где Qo - пропускная способность регулятора давления, м?/ч;
Кv - коэффициент пропускной способности регулятора;
? - коэффициент, учитывающий изменение плотности газа при движении через дроссельный орган регулятора;
Р1?Р2 - абсолютное давление газа до и после регулятора, МПа;
?о - плотность газа при нормальных условиях, кг/м?;
Т1 - температура газа перед регулятором, °К;
Z1 - коэффициент, учитывающий сжимаемость газа, при Р1 до 1,2 МПа принимается равным 1.
Расчет производят в следующей последовательности.
Определяется режим движения газа, исходя из величины начального и конечного давления газа на регуляторе.
Определяется коэффициент расхода регулятора, по формулам (17) и (18).
Подбираем регулятор давления, обладающий близким по значению коэффициентом расхода Кv.
Определяется пропускная способность подобранного регулятора при исходных значениях начального и конечного давления газа перед ним. Определяется загрузка регулятора или запас пропускной способности по сравнению с производительностью ШРП. Согласно СНиП 42-01-2002 этот запас должен составлять не менее 15% - 20%.
Следовательно, далее расчет ведем по формуле (18). Учитывая, что на регуляторе срабатывается большой перепад давления, потерями давления в ШРП до регулятора можно пренебречь. Далее определяем коэффициент расхода регулятора по (18)
По полученному значению Кv=1,4 подбираем регулятор с ближайшим большим значением этого коэффициента, РД-50, у которого Кv=22.
Далее по (18) определяем пропускную способность этого регулятора при тех же значениях начального и конечного давления газа.
Qo=5260?22?0,7?0,401?=1300 м?/ч
Определяем загрузку регулятора
%<80-85%
Таким образом, принятый к установке регулятор давления газа РД-50 имеет достаточный резерв производительности.
Как уже отмечалось выше, в настоящее время выпускаются шкафные ГРП полной заводской готовности. Их паспортные характеристики приведены в [11]. Поэтому дальнейший подбор регуляторов давления произведем по пропускной способности, приведенной в таблице 3.22 в [11], согласно [2].
Для ШРП №2 принимаем к установке регулятор давления типа РД-32М с пропускной способностью 110 м?/ч, резерв производительности которого вполне приемлем для наших условий.
Аналогично, для ШРП №4, №6 выбираем РД-32М.
Для ШРП №5 принимаем к установке регулятор РД-50М.
2 Газоснабжение котельной
2.1 Требования к зданиям и помещениямгазифицированных котельных
Здания и помещения котельных с котлами, работающими на газовом топливе, не являются взрывоопасными. Независимо от этажа размещения котельный зал, помещения дымососов и деаэраторов должны соответствовать категории Г по пожароопасности и не ниже второй степени по огнестойкости. При определенных климатических условиях допускается установка котлов в котельных полуоткрытого и открытого типа.
Не допускается пристройка котельных, независимо от используемого в них топлива, к жилым зданиям и зданиям детских яслей-садов, общеобразовательных школ, больниц и поликлиник, санаториев, учреждений отдыха, а также устройство котельных, встроенных в здания указанного назначения.
Не допускается размещать встроенные котельные под помещениями общественного назначения (фойе и зрительные залы, торговые помещения, классы и аудитории учебных заведений, залы столовых и ресторанов, душевые и т.п.) и под складами горючих материалов.
На каждом этаже котельного помещения должно быть не менее двух выходов, расположенных в противоположных сторонах помещения. Допускается устройство одного выхода, если площадь этажа меньше 200 м? и имеется выход на наружную пожарную лестницу, а в одноэтажных котельных - при длине помещения по фронту котлов не более 12 м. Выходные двери из котельного помещения должны открываться наружу. Выходом считается как непосредственный выход наружу, так и выход через лестничную клетку или тамбур.
Устройство чердачных перекрытий над котлами не допускается. Уровень пола котельной не должен быть ниже уровня территории, прилегающей к зданию котельной, и должен иметь легко отмываемое покрытие. Стены внутри котельной должны быть гладкими, окрашены в светлые тона или облицованы светлым кафелем или стеклянными плитками.
Расстояние от выступающих частей газовых горелок или арматуры в котельной до стены или других частей здания и оборудования должно быть не менее 1 метра, а для котлов, расположенных друг против друга, проход между горелками - не менее 2 метров. Если перед фронтом котла установлен вентилятор, насос или тепловой щит, ширина свободного прохода должна быть не менее 1,5 м.
При боковом обслуживании котлов ширина бокового прохода должна быть не менее 1,5 м для котлов производительностью до 4 т/ч и не менее 2 м для котлов производительностью 4 т/ч и более. При отсутствии бокового обслуживания ширина бокового прохода, а также расстояние между котлами и задней стеной котельной должно быть не менее 1 м. Ширина прохода между выступающими из обмуровки частями котлов (каркасы трубы и т.п.), а также между частями котла и частями здания (колонны, лестницы), рабочими площадками и т.п. должна быть не менее 7 м.
Газорегуляторные установки (ГРУ) размещают в котельной вблизи от ввода газопровода в котельном зале или в смежном помещении, соединенном с ним открытым проемом. Оборудование и приборы ГРУ должны быть защищены от механических повреждений и от воздействия сотрясения и вибраций, а место размещения ГРУ освещено. Оборудование ГРУ, к которому возможен доступ лиц, не связанных с эксплуатацией газового хозяйства, должно иметь ограждение из несгораемых материалов. Расстояние между оборудованием или ограждением и другими сооружениями должно быть не менее 0,8 м. Ограждение ГРУ не должно препятствовать проведению ремонтных работ.
2.2 Технологическая часть
2.2.1 Тепломеханическая часть
Проектом предусматривается теплоснабжение для нужд отопления и вентиляции промышленного предприятия от местной котельной.
Теплопроизводительность котельной 3МВт
Теплоноситель горячая вода 95-70°С.
Рабочий проект выполнен в соответствии с действующими нормами и правилами, и предусматривает мероприятия, обеспечивающие взрывопожаробезопасность при эксплуатации объекта.
В котельной устанавливается 3 котла водогрейных марки КСВа.
В комплект поставки котла входит:
1. Горелка газовая ГБ-1,2.
2. Комплект средств управления КСУМ, входящий в систему автоматики горелки. Номинальная производительность котельной 3?1,0=3,0 МВт.
Теплоноситель для систем теплоснабжения - вода с параметрами 95-70°С.
Подпитка сети производится водой, прошедшей ПМУ (противонакипное магнитное устройство).
Магнитный водоподготовник обеспечивает безнакипное состояние поверхностей нагрева при условиях, исключающих кипячение воды в котлах и трубопроводах.
Удаление дымовых газов осуществляется за счет естественной тяги через металлические газоходы O 400 мм и дымовую трубу O 600 мм Н=31 м.
2.2.2Решения по газоснабжению и газооборудованию
Газоснабжение котельной выполнено согласно техническому заданию, выданному руководителем дипломного проекта. Точка подключения - существующий газопровод среднего давления Р=0,3 МПа (Р=3 кг/см2). Теплота сгорания газа 35760 кДж/м?. Подводящий газопровод запроектирован подземно.
После монтажа и испытания газопровод окрасить в желтый цвет по 2 слоям грунтовки.
Для снижения давления от входного Р=0,3 МПа до Р=0,005 МПа предусмотрена газорегуляторная установка, размещаемая внутри здания котельной.
На котлах и дымоходах предусмотрена установка взрывных клапанов заводского изготовления. Их количество определено расчетом. Для продувки газопроводов перед пуском, а также для сброса газа на период ремонта котла предусмотрены продувочные свечи.
Пуск, остановка и эксплуатация котлов производятся в строгом соответствии с утвержденной инструкцией по эксплуатации котлов, работающих на газовом топливе.
Прокладка газопроводов открытая, выполняется из стальных электросварных труб по [9].
На вводе проектом предусмотрена установка отключающей арматуры типа 30с27нж..
Проект выполнен в соответствии с требованиями [2] и «Правилами безопасности в газораспределительных системах».
Аэродинамическое сопротивление котлов, работающих на естественной тяге, не должно превышать 100 Па.
По расчету р=63 Па,
Где р - расчетное аэродинамическое сопротивление котла и газового тракта.
2.2.3Устройство взрывных клапанов
Котлы, работающие на газовом топливе, во избежание их разрушения при возможном взрыве газовоздушной смеси должны иметь предохранительные взрывные клапаны, которые, как правило, размещают в верхних частях топки, газоходов и боровов, а также в других местах, где могут образоваться газовые мешки. Если плотность горючего газа больше плотности воздуха, то клапаны устанавливают и в нижних частях топки и газоходов. Их не располагают в местах нахождения обслуживающего персонала. Если клапан расположен так, что при срабатывании его могут быть травмированы люди, то должны быть предусмотрены защитный козырек, отвод или другие меры безопасности. Защитные устройства и их крепление к котлу должны быть рассчитаны на соответствующее воздействие взрывной волны, чтобы эти устройства при взрыве сами не оказались источниками травм.
Для котлов производительностью менее 10 т/ч общую суммарную площадь клапанов обычно принимают не менее 0,025 м? на каждый 1 м? объема топки и газоходов, а площадь одного клапана - не менее 0,15 - 0,18 м? [11].
Исходя из вышеизложенного, принимаем к установке по одному взрывному клапану на газоходе каждого котла размером 0,4?0,4 м и площадью 0,16 м?, сбросного типа. Клапан представляет собой свободно лежащую над проемом пластину, опирающуюся на выступающие элементы газохода. По периметру пластина уплотняется мягкой огнеупорной глиной, при взрыве отбрасывается. Пластина изготовлена из листового асбеста толщиной 10 мм, под который подкладывается решетка из металлических прутков.
2.2.4Вентиляция
Вентиляция котельного зала приточно-вытяжная. Приток механический осевым вентилятором с подогревом наружного воздуха в количестве 3494 м3/ч.
Вытяжка механическая вентиляторами горелок котлов КСВа - 2400 м3/ч и дефлекторами систем ВЕ1 иВЕ2 - 1094 м3/ч.
Общеобменная вентиляция принята с учетом 3-хкратного воздухообмена.
В проекте приняты следующие расчетные параметры наружного воздуха:
Зимний период - минус 31 °С.
Переходный период - плюс 10°С.
Расчетные температуры внутреннего воздуха помещений котельной приняты по [2].
2.2.5 Электротехническая часть
Электроснабжение котельной предусматривается от существующей трансформаторной подстанции двумя кабельными вводами.
Управление электроприводами котельной предусматривается ящиками управления РУСМ, Рассказовского завода и магнитными пускателями.
Распределительные силовые сети прокладываются по стенам кабелем марки АВВГ на скобах и проводами АПВ в трубах.
Освещение котельной выполняется светильниками с лампами накаливания типа НСП І І.
Подводка к светильникам и подвеска светильников выполняется на тросах.
Ремонтное освещение принято на напряжение 126 В. Понижение напряжения осуществляется трансформатором ЯГП-0,25. Подводки к розеткам для подключения переносных светильников осуществляется кабелем марки АВВГ, прокладываемым по стене в скобах.
2.2.6Противопожарные мероприятия
Внутреннее пожаротушение предусмотрено от 2-х пожарных кранов.
Наружное пожаротушение предусмотрено от существующих пожарных гидрантов.
Расчетный расход на наружное пожаротушение принят 10 л/с, количество 1 шт., продолжительность тушения пожара 3 часа, согласно [2].
Внутреннее пожаротушение предусматривается в две струи с расходом 2,5 л/сек каждая согласно [2].
У мест расположения пожарных гидрантов установить световые или флуоресцентные указатели. Наружное пожаротушение осуществляется передвижными насосными установками.
2.2.7Решения по охране труда и технике безопасности
К эксплуатации допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие проверку знаний в соответствии с «Правилами устройства и эксплуатации сосудов, работающих под давлением» и «Правил безопасности в газораспределительных системах».
Все открытые движущиеся части оборудования, электродвигатели, другие опасные части машин ограждаются.
Ремонт оборудования должен производиться только при выключенных пусковых механизмах, на которых во время ремонта вывешивается предупредительная надпись.
Помещения должны быть снабжены средствами пожаротушения, содержащимися в исправном состоянии.
Теплоизоляция поверхности котлов и трубопроводов обеспечивает температуру на их поверхности 40?45°С.
В производственных помещениях на постоянных рабочих местах приточно-вытяжной вентиляцией обеспечивается поддержание нормативных параметров температуры и влажности воздуха.
Перемещение дымовых газов по газоходам котельной установки и удаление их в атмосферу происходит с помощью тяговых устройств. Подача воздуха в топки котлов производится за счет имеющегося в них разряжения. Простейшим тяговым устройством является дымовая труба. Она создает в дымоходах котельной установки давление ниже атмосферного, так называемую естественную тягу.
Сила тяги пропорциональна разности температур наружного воздуха и дымовых газов, заполняющих трубу, а также высоте трубы: чем больше разность температур или высота трубы, тем больше сила тяги, и наоборот. При постоянных высоте трубы и температуре дымовых газов сила тяги больше зимой, чем летом. Точно также сила тяги больше при более высокой температуре уходящих газов.
Исходные данные для поверочного расчета тягового устройства котельной следующие:
1. котельная размещается в отдельно стоящем здании;
2. котельная оборудована тремя стальными котлами типа КСВа;
3. расход газа на один котел В1=131 м?/ч;
4. расход газа на котельную В=393 м?/ч;
5. высота существующей дымовой трубы Н=31 м;
6. внутренний диаметр дымовой трубы Д=0,6 м;
7. теоретически потребное количество воздуха для сжигания 1 м? газа
13. коэффициент избытка воздуха за котлом ?ух=1,1;
14. коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой ?д=1,3;
15. температура наружного воздуха tн=-31°С;
16. материал дымовой трубы - сталь;
17. барометрическое давление Б=99085 Па;
18. теплота сгорания газа =37560 кДж/м?;
Для проверки тягового устройства необходимо определить следующие расчетные параметры.
Температура уходящих газов за котлом
(19)
где для водогрейных котлов
tух=145+10?=150°С.
Объем дымовых газов в борове котла
(20)
=1395 м?/ч.
Общий объем дымовых газов V=4185 м?/ч.
Объемная доля дымовых газов, поступающих в сборный боров от каждого котла, а = 0,33.
Температура дымовых газов у основания дымовой трубы, tд, при устройстве дымовых каналов от котлов до дымовой трубы надземно,
(21)
=122°,
Средняя температура дымовых газов в сборном борове, tср.б.,°С
tср.б=°С.
Объем дымовых газов в сборном борове при tср.б, Vб
Vб=В?[Vo+(?д-1)?]? (22)
393?[11+(1,3-1)?10]?=8243 м?/ч
Скорость дымовых газов в сборном борове котельной
Wб===19 м/с
Падение температуры на 1 м длины трубы ?t, °С, для металлических нефутерованных труб
(23)
где
Температура на выходе из трубы, ?tвых
tвых=tд-?t?H=122-0,43?31=109 °С
Средняя температура в трубе
tср.тр=
Средний удельный вес дымовых газов в трубе при tср.тр., ?ср.тр., °С, кг/м?
?ср.тр= кг/м?
Удельный вес дымовых газов на выходе из трубы при tвых, ?вых, кг/м?
?вых=
Средний объем дымовых газов в трубе при tср.тр,, м?/ч
==7830 м?/ч
Объем дымовых газов на выходе из трубы при tвых, Vг.вых, м?/ч
Vг.вых=7699 м?/ч
Коэффициент шероховатости стальной трубы
?=0,02
Средняя скорость газов в дымовой трубе Wср.тр., м/с
Wср.тр= м/с
Расчет продолжается, так как Wср.тр<8 м/с.
Скорость дымовых газов на выходе из трубы Wвых, м/с
Wвых=7,6 м/с
Для определения высоты дымовой трубы предварительно находим газовые сопротивления отдельных элементов котельной установки и их сумму:
сопротивление топки - ?Sт=0,5 кгс/м?;
сопротивление котла - ?Sк+?Sт=2,7 кгс/м?;
сопротивлением сборного борова можно пренебречь, так как длина его незначительна;
сопротивление шибера - ?Sш=1,5 кгс/м?;
сопротивление в трубе
?Sтр=hтр+hвых
где hтр=1,5?4 кгс/м?
hтр=1,5?4,1 кгс/м?
?Sтр=4+4,1=8,1 кгс/м?
Суммарное сопротивление тягового устройства котельной
Sуст=?Sт+?Sк+?Sш+?Sтр=12,3 кгс/м?.
Находим высоту дымовой трубы:
(24)
23 м.
Таким образом, на основании расчета существующие дымовые тракты и дымовая труба диаметром 600 мм и высотой 31 м реконструкции не подлежат.
3 Автоматическое регулирование котельной установки
Для автоматической работы и защиты котлов от аварийных ситуаций в проекте заложен комплект средств управления типа КСУМ-1-Г-2, который осуществляет:
- автоматический пуск и остановку котла;
- автоматическое регулирование и защиту котла;
- световую и звуковую сигнализацию аварийной ситуации.
3.1 Пуск и остановка котла
Перед началом работы комплекта необходимо выставить на наборном поле блока дешифратора БДШ следующие временные выдержки (с дискретностью 1 с в диапазоне от 1 до 63 с и 0,5 мин в диапазоне 0,5 до 63,5 мин): задержки на включение контроля разряжения; понижения давления воды и воздуха; предварительной вентиляции топки; розжига запальника; розжига основного факела; на установку устойчивого горения основного факела; прогрева котла перед включением регулирования производительности (при работе с общекотельным устройством); послеостановочной вентиляции.
Для запуска котла оператору необходимо нажать кнопку «Пуск», после чего включается лампа «Пуск» и комплект начинает отрабатывать программу розжига в такой последовательности: ставится под контроль отсутствие аварийного состояния температуры и давления воды; включаются электродвигатели вентилятора, дымососа, циркуляционного насоса; заслонки на воздуховоде и газоходе устанавливаются исполнительными механизмами на 100%- ное открытие. Через 10 с включается под контроль отсутствие аварийного состояния по понижению разряжения в топке, по понижению давления воды и воздуха. В течение 60 с производится дополнительно предварительная вентиляция топки, после чего заслонки на воздуховоде и газоходе переводятся на 40%- ное открытие. В таком состоянии начинается цикл розжига горелки включением клапана-отсекателя запальника КГ-10 и питания на катушку зажигания типа Б-115.
Одновременно контрольный электрод пламени электрозапальника подключается к схеме и через 5 с включается контроль действия устройства защиты по погасанию пламени. После поступления на схему сигнала о наличии пламени запальника подается питание на клапан-отсекатель «малого горения» и отсчитывается выдержка времени на завершение розжига. После отсчета выдержки времени отключается контрольный электрод пламени запальника и подключается контрольный электрод для контроля факела горелки; загорается световое табло «Работа» и гаснет лампа «Пуск»; ставятся под контроль датчики защиты по понижению и повышению давления газа. Отсчитывается время (60 с) на установку устойчивого горения факела горелки, после чего отключается клапан-отсекатель запальника и начинается отсчет времени на прогрев котла с последующим включением «регулятора мощности» при работе с общекотельным устройством. Далее котел выходит на режим и готов к регулированию производительности от общекотельного устройства или без него. Для остановки котла оператору достаточно нажать на кнопку «Стоп», а при полном окончании работы отключить автоматический выключатель сети в шкафу комплекта.
3.2 Автоматическое регулирование
Автоматика регулирования обеспечивает поддержание в заданных пределах температуры воды на выходе из котла, регулирование подачи воздуха и разрежения в топке.
При работе без общекотельного устройства датчиком в системе регулирования является термометр манометрический ТПГ-СК. Если температура горячей воды находится в интервале между нижним и верхним регулируемыми значениями (стрелка манометра находится между обоими неподвижными контактами и оба контакта разомкнуты), газ к горелке поступает через два клапана: «большого горения» КГ-70 и «малого горения» КГ-40, заслонки на воздуховоде и газоходе полностью открыты. Замыкание контакта при достижении верхнего регулируемого значения температуры отключает клапан «большого горения», срабатывает ЭИМ, перекрывая частично воздуховод и газоход и устанавливая соответствующее соотношение газ - воздух, и котел переходит в режим «малое горение». При последующем снижении температуры воды вновь открывается клапан «большого горения» и изменяются положения заслонки и шибера, т.е. регулирование производится в 40 или 100% тепловой мощности горелки. При этом клапан «малого горения» постоянно открыт.
Включение устройства регулирования мощности при первом пуске осуществляется вручную путем нажатия на кнопку «Регулирование мощности включено», сопровождающегося загоранием соответствующей сигнальной лампы, причем это включение автоматикой пуска разрешается только после прогрева котла.
3.3Автоматика безопасности и сигнализация
Параметры, при аварийном значении которых происходит отключение подачи газа, датчики этих параметров и аварийная сигнализация, показывающая первопричину аварии, приведены в таблице
Таблица 10. Автоматика безопасности комплекта КСУМ-1-Г-2
Главная