Выбор и расчет городской, внутриквартальной и внутридомовой системы газоснабжения

В городе имеется две районные котельные. Районная котельная 1 (РК-1), которая обслуживает кварталы: 1,2,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14,15, 16, 20, 21, 27 с общим числом жителей 21439. В зоне 5-этажной застройки проживают 8576 чел ; 7-9-этажной застройки 12863 чел. Районная котельная 2 (РК-2), которая обслуживает кварталы: 12, 17, 18, 19, 22, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 31, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 с общим числом жителей 28749. В зоне 5-этажной застройки проживают 11500 чел ; 7-9-этажной застройки 17249 чел.

В квартале 18 имеется квартальная котельная с общим числом жителей 1440. В зоне 5-этажной застройки проживают 576 чел ; 7-9-этажной застройки 864 чел.

Расход газа котельными определяется по расходам теплоты (кВт) на отопление жилых и общественных зданий Q_o, вентиляцию общественных зданий Q_b и горячее водоснабжение жилых и общественных зданий Q_гв.

Расходы теплоты находим по укрупненным показателям [4]. На отопление жилых и общественных зданий

(6.4)

где q_o - укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади, Вт/м². Принимается в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха, этажности застройки и характеристики здания и принимается по табл 9.5.а. [5].

А - общая площадь жилых зданий, м². Определяется по формуле

(6.5)

где f - норма общей площади на 1 человека, f=20 м²/чeл;

N - количество жителей в обслуживаемой котельной зоне;

К₁ - коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, К₁ = 0,25.

Расход теплоты на вентиляцию общественных зданий определяем по формуле:

(6.6)

где К₂ - коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий. К₂ = 0,6.

Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий в зоне 7-9-этажной застройки определяем по формуле:

(6.7)

где q'_г.в - укрупненный показатель среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение на 1 человека с учетом потребления в общественных зданиях, Вт/чел. Принимается по табл. 9.5.а. [5]. Принимая норму расхода воды на горячее водоснабжение 105 л/сут на человека, находим q'_г.в=376 Вт/чел;

N' - число жителей, пользующихся централизованным горячим водоснабжением.

Для зоны 5-этажной застройки расход теплоты на горячее водоснабжение учитываем только для общественных зданий (в кухнях жилых квартир 5-этажных зданий установлены газовые водонагреватели)

(6.8)

где q''_г.в - укрупненный показатель среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение с учетом потребления только в общественных зданиях, Вт/чел. Принимается по табл. 9.5.а. [5]. Принимая норму расхода воды на горячее водоснабжение 105 л/сут на человека, находим q''_г.в=73 Вт/чел;

N'' - число жителей в зоне 5-этажной застройки.

Расход газа котельными V_к, м³/ч, найдем по формуле:

(6.9)

з_к - КПД котельной установки. Для котельных малой и средней мощности з_к=0,75...0,8; для котельных большой мощности з_к=0,85...0,9.

РК-1

(для 5-этажной застройки)

(для 7-9-этажной застройки)

РК-2

(для 5-этажной застройки)

(для 7-9-этажной застройки)

Если на территории газифицируемого объекта предусмотрена собственная котельная для покрытия затрат тепла этого объекта, то из общего расхода газа для котельной следует вычесть расход газа объектовой котельной. В нашем случае из нагрузки РК-2 следует вычесть расход газа котельной больницы (расход на отопление и вентиляцию):

КК

(для 5-этажной застройки)

(для 7-9-этажной застройки)

Расход газа промпредприятием V_ПП=3380 м³/ч (по заданию).

6. Определение количества котлов для КК и уточнение расхода газа для неё

Уточняем расход газа для квартальной котельной. Для этого определим число устанавливаемых котлов в котельной. К установке приняты котлы Универсал-6 с площадью поверхности нагрева F_k =41,8 м².

Расход газа одним котлом V_k, м³/ч, составляет

(7.1)

q_к - теплосъем с 1 м² поверхности нагрева котла, Вт/м². Принимаем по табл. 9.6. [5].

q_к=14 кВт/м²

Количество котлов в котельной:

(7.2)

Принимаем к установке 12 котлов.

Уточненный расход газа на квартальную котельную составит:

(7.3)

На эту нагрузку подбирают и рассчитывают оборудование ГРУ котельной.

7. Выбор схемы газоснабжения города

Для выбора схемы газоснабжения используют данные, полученные ранее:

* Количество жителей в городе - 50188 человек;

* Расход газа равномерно распределенными потребителями - 6373,65 м³/ч;

* Расход газа сосредоточенными потребителями - 19693 м³/ч;

* Суммарный расход газа - 26067 м³/ч.

При численности населения до 100000 человек со сравнительно большой плотностью нагрузки (значительная часть города застраивается 5-ти, 7-ми и 9-ти этажными зданиями) и с компактным размещением крупных потребителей газа принимается двухступенчатая система газоснабжения, с давлением в первой ступени 0,3 МПа, во второй - 3кПа.

Запроектируем кольцевую сеть среднего давления. Такая сеть с двухсторонним питанием кольца достаточно надежна. Трассу кольца выбираем так, чтобы уменьшить общую протяженность сети среднего давления. Газопроводы среднего давления прокладываются по улицам и от них делаются ответвления к ГРП и сосредоточенным потребителям. На кольце предусматриваются секционирующие задвижки так, чтобы любой поврежденный участок сети можно было отключить с двух сторон и чтобы любого потребителя или группу из двух-трех потребителей можно было питать с любой стороны кольца.

Так как потребность в газе относительно невелика, принимаем одну газораспределительную станцию (ГРС). Место сооружения ГРС со стороны подхода магистрального газопровода на северо-восточной окраине города на расстоянии 300м от линии застройки.

Газопроводы низкого давления от ГРП до потребителей (жилые дома, предприятия общественного питания и мелкие предприятия бытового обслуживания) прокладываются внутри кварталов и микрорайонов по кратчайшему пути, т. е. из условия минимальной протяженности сети. Сети низкого давления проектируются смешанными с кольцеванием только основных линий. Газопроводы соседних ГРП соединяются между собой перемычками.

8. Гидравлический расчёт кольцевой сети среднего давления для трёх режимов эксплуатации сети

На генплане города наносим сеть среднего давления. Расходы газа потребителями известны. Расчетный перепад давления определяется исходя из условия создания при допустимых перепадах давления наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивую работу ГРП и ГРУ. Поэтому начальное давление принимают максимальным для данной системы (0,3 МПа), а конечное таким, чтобы при максимальной нагрузке сети обеспечивалось минимально допустимое давление газа перед регуляторами ГРП и ГРУ (0,15 МПа).

При расчете кольцевой сети необходимо оставлять резерв давления для увеличения пропускной способности системы газоснабжения при аварийных гидравлических режимах. Принятый запас давления должен проверяться расчетом при возникновении наиболее неблагоприятных аварийных ситуаций, которые возникают при выключении головных участков сети.

Ввиду кратковременности аварийных ситуаций допускается некоторое снижение качества системы, которое оценивается коэффициентом обеспеченности, зависящим от категории потребителя. Однако во всех случаях режим давления в газовой сети должен обеспечивать нормальную работу газогорелочных устройств неотключаемых агрегатов.

Для кольцевой сети среднего давления рассчитываются 2 аварийных режима (при отключении головных участков слева и справа от точки питания) и нормальный режим, когда за расчетное принимается наиболее рациональное направление потока газа по полукольцам.

Расчет кольцевой сети среднего давления производится в следующей последовательности:

1. Составляются расчетные схемы сети для 2-х аварийных и нормального режима эксплуатации, нумеруются узлы сети, проставляются длины участков, выписываются расчетные расходы газа каждым потребителем.

2. Производится предварительный расчет диаметра кольца по приближенным зависимостям:

(9.1)

(9.2)

где V_р^э - расчетный эквивалентный по создаваемой потере давления расход газа всеми потребителями газа в аварийной ситуации, м³/ч;

V_i - расчетный расход газа i-м потребителем, м³/ч;

К_обi - коэффициент обеспеченности i-го потребителя в аварийной ситуации. Принимается по табл. 9.9. [5];

А_ср - среднеквадратичный перепад давления в сети, МПа²/км;

Р_н, Р_к - абсолютные давления газа в начале и в конце сети, МПа;

L_к - протяженность расчетного кольца, км;

1,1 - коэффициент, учитывающий падение давления в местных сопротивлениях.

Диаметр газопровода принимается по номограмме рис. 9.1. [5], при этом стремятся к подбору единого диаметра кольца. Если это не удается, то участки газопровода, расположенные диаметрально противоположно точке питания, следует принимать меньшего диаметра, но не менее 0,75 диаметра головного участка.

3. Выполняются два варианта гидравлического расчета сети при аварийных режимах. Расходы потребителей определяются с учетом необходимой обеспеченности их газом

(9.3)

Расчетные расходы каждого участка находят суммированием, начиная от последнего потребителя по направлению к ГРС. По номограмме рис. 9.1. [5] для принятого диаметра и известного расхода находям действительные значения среднеквадратичного перепада давления на 1 км газопровода А, МПа/км. Если плотность газа с₀, кг/м³, отличается от плотности стандартного газа (с_0ст=0,73 кг/м³), то в величину А вводится поправка на плотность газа:

(9.4)

а затем рассчитывается перепад давления на участке - . Давление газа в начале первого участка (на выходе из ГРС) известно Р_н=0,4МПа. Давление газа в конце участка определяется по формуле:

(9.5)

Полученное давление Р_к на участке ГРС-1 является начальным для последующего участка 1-2, давление в конце участка 2-3 является начальным Р_н для участка 3-4 и т.д.

Диаметры участков корректируются таким образом, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения 0,25 МПа.

4. Выполняется гидравлический расчет сети при нормальном режиме эксплуатации. В нормальном режиме определение расходов газа на участке начинается с конечного участка каждого полукольца из условия обеспечения потребителей полным количеством газа. Целью расчета является определение давления газа в точках врезки ответвлений в кольцевую сеть, диаметры участков которой принимаются наибольшими из расчета двух аварийных режимов.

5. Определяются минимальные диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при расчетном гидравлическом режиме. В случае необходимости (при недостаточности диаметров, когда А>0,1МПа²/км) увеличивают их до необходимых размеров.

Расчетный эквивалентный расход газа составит:

Среднеквадратичный перепад давления в сети:

Линии расхода V_p^э= 10838,7 м³/ч и среднеквадратичного перепада давления А=0,0141 МПа²/км пересекаются в точке, лежащей между диаметрами газопроводов 325х8 мм и 377х9 мм.

Такие диаметры участков газопроводов кольцевой сети назначаем, выполняя гидравлический расчет; при этом больший (377х9) принимаем на участках кольца, ближайших к ГРС.

Расчет системы сводим в таблицу 9.1, в соответствующие графы которой записываем номера участков, фактические и расчетные длины участков, расходы газа.

Расчетные схемы газопроводов среднего давления приведены в Приложении А, Б, В.

Таблица 8.1 Гидравлический расчёт кольцевой сети среднего давления для трёх режимов эксплуатации сети

9. Выбор схемы газоснабжения квартала. Гидравлический расчет квартальной сети

Выбираем схему газоснабжения квартала №1, расположенного в зоне действия ГРП-1. Расчетный перепад давления для квартальной сети ДР_кв=600 Па. К установке приняты полиэтиленовые газопроводы.

Предварительно выполняется разводка газовых сетей низкого давления внутри квартала, составляется расчетная схема газопровода (Приложение Г). Для газоснабжения принята тупиковая сеть как наиболее целесообразная для данной застройки.

Число врезок в распределительный газопровод равно числу вводов в здание, то есть числу секций в нем. Разбиваем систему газоснабжения на расчетные участки с указанием их длины и расхода газа на них. Нумерацию учасков начинаем с самого удаленного от ввода квартала участка.

Для определения расчетных расходов газа находим удельный расход на участках с путевым отбором газа:

(10.1)

V_кв - расчетный расход газа на квартал, м³/ч;

V_ком - сосредоточенный расход газа мелкими коммунальными потребителями (столовые, кафе и др.), м³/ч. V_ком=0;

L_n - суммарная длина участков с путевым отбором газа, м.

Для участков с односторонним отбором L_n=0,5 фактической длины. Для участков с двухсторонним отбором L_n=L.

Расход газа на квартал сетей низкого давления:

(10.2)

V_ж.д^ГРП - расход газа на жилые дома в зоне действия рассматриваемого ГРП, м³/ч;

N_кв - количество жителей в квартале;

N_ГРП - количество жителей в зоне действия данного ГРП.

По удельному расходу определяем величину полного путевого расхода на участках на участках с путевым отбором газа:

(10.3)

эквивалентного расхода:

(10.4)

а затем и расчетного расхода на участках:

(10.5)

После определения расчетного расхода по всем участкам, приступаем к подбору диаметров газопровода. Расчет начинаем с наиболее нагруженной и протяженной ветки. Для нее находим среднюю удельную потерю давления по формуле:

(10.6)

P_кв - расчетный перепад давления в квартальной сети, Па;

l - суммарная фактическая длинна участков газопроводов расчетной ветки, м;

1,1 - коэффициент, учитывающий потери давления в местных сопротивлениях.

На величину R_ср ориентируемся при выборе диаметров газопроводов по номограммам. Если плотность газа с₀, кг/м³, отличается от плотности стандартного газа (с_0ст=0,73 кг/м³), то в величину R вводится поправка на плотность газа:

(10.7)

Подобрав диаметры участков газопровода, находим удельные потери давления для участков (по номограмме) расчетную длину: l_р=1,1•l, м, и потери давления на них: R_ф• l_р.

Все полученные в процессе расчета значения заносим в соответствующие графы таблицы 10.1.

Суммарные потери давления не должны отличаться от расчетной величины более чем на 5%. Если необходимо вносятся коррективы в расчет. После этого рассчитывается вторая ветка и производится увязка ответвлений.

В ближайших к вводу в квартал ответвлениях не представляется возможным израсходовать располагаемое давление. Диаметр таких ответвлений принимаем конструктивно не менее диаметра ввода газопровода в здание и определяются действительные потери давления в ответвлении. Избытки давления гасятся кранами у приборов.

Таблица 9.1. Гидравлический расчет внутриквартальных газопроводов.

10. Внутридомовое газоснабжение. Подбор газовых приборов, счетчиков, определение расходов газа, выбор схемы газоснабжения секции жилого дома и ее расчет

Необходимо рассчитать внутридомовую систему газоснабжения для секции семиэтажного жилого дома. Используется природный газ с плотностью с_о= 0,72 кг/м³ и теплотой сгорания Q_h= 36370 кДж/м³.

В квартирах устанавливаются только газовые плиты. Поскольку объем кухни больше 15 м³, то к установке приняты 4-хкомфорочные плиты «Гефест» с духовым шкафом модели 3100. Максимальный расход газа плитой не превышает 1,6 м³/ч, поэтому используем газовый мембранный счетчик СГМ G1,6 с номинальным расходом 1,6 м³/ч.

Предварительно в кухнях выбираются места установки газовых приборов и счетчиков. На плане выполняется разводка газопроводов, составляется аксонометрическая схема внутридомовых газопроводов.

Ввод газопроводов производится в лестничную клетку, стояки размещаются в кухнях. Горизонтальная разводка газопроводов выполняется на высоте 2,2 м от пола, подключение плиты осуществляется на высоте 0,8 м от пола. Счетчики должны размещаться, как правило, на капитальных стенах на высоте 1,5 м от пола до низа счетчика. При установке счетчика расстояние по горизонтали от края счетчика до оси ближайшей горелки должно составлять не менее 0,4 м. Отключающие устройства устанавливаются на вводе, перед газовыми счетчиками, на подводках к приборам.

Для гидравлического расчета составляется расчетная схема внутридомовой сети (Приложение Д). На схеме проставляются номера участков, расходы газа на них, их длины и диаметры. Расчет начинаем с самого отдаленного от ввода стояка (Ст.3), а затем рассчитывается ближайший а вводу стояк (Ст.1). Невязка потерь давления по стоякам не должно превышать 10%. Расчетный перепад давления от врезки внутридомовой сети в квартальный газопровод до наиболее удаленного прибора составляет 600 Па, за вычетом потерь давлений в газовых приборах. Для плиты эти потери 40-60 Па. В нашем случае расчетный перепад составляет: Р_р=600-(40...60) = 540…560 Па.

Последовательность расчета:

1. Определяются расчетные расходы газа для всех участков сети по формуле:

. (11.1)

К₀ - коэффициент одновременности работы газовых приборов, значение которого следует принимать по прил. В [1];

V_номi - номинальный расход газа прибором или группой приборов, м³/ч;

n_i - число однотипных приборов;

m - число типов приборов или групп приборов.

По паспортным данным номинальная тепловая нагрузка плиты

4-хкомфорочной плиты модели 3100 составляет 10600Вт. Для газа Q_н=36370 кДж/м³ номинальный расход газа приборами составляет:

(11.2)

2. Задаются диаметрами участков. Для первого участка диаметр принимается по диаметру подводки к прибору, то есть 15мм.

3. По таблицам или монограммам находим удельные потери на трение и эквивалентные длины при (используются трубы стальные водогазопроводные черные обыкновенные по ГОСТ 3262-75).

4. Определяются суммарные значения коэффициентов местных сопротивлений для каждого участка по табл 9.13 [5].

5. Определяются расчетные длины участков по формуле:

(11.3)

и рассчитываем потери давления на них:

(11.4)

6. Определяются дополнительные избытки давления на вертикальных и наклонных участках:

(11.5)

с_в - плотность воздуха, 1,29кг/м³;

Н - разность абсолютных отметок начала и конца рассчитываемого участка, м;

Если с_o<с_в то при движении газа вверх Н принимаем со знаком «-», а при движении вниз - «+».

7. Определяются потери давления на участках с учетом дополнительного давления:, Па.

8. Определяются суммарные потери давления в газопроводах:

, Па.

9. Полученные суммарные потери давления сравниваем с расчетным перепадом давления. Если невязка превышает допустимую (10%), то производится перерасчет. Результаты расчета сводятся в таблицу 11.1.

После расчета 3-го стояка, рассчитывается ближайший к вводу стояк 1. Расстояние между перекрытиями 3 метра. Расстояние от мойки до плиты не менее 70мм.

Таблица 10.1. Гидравлический расчет газопроводов внутридомовой системы газоснабжения.

11. Расчет газовой горелки для котла квартальной котельной

Рассчитаем подовую горелку низкого давления без принудительной подачи воздуха для водогрейного котла «Универсал-6» с поверхностью нагрева 41,8 . Котёл работает на природном газе с , с

=0,72. Расход газа котлом 72,4 . Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания газа, V₀=9,67 м³ воздуха/ м³ газа.

Расчёт горелки сводится к определению размеров коллекторов и огневой части, диаметра выходных отверстий, их количества и расположения на коллекторе, в топке необходимого давления газа перед горелкой.

Для котлов с поверхностью (или при расходе ) рекомендуется установить двухколлекторные горелки с расположением каждого коллектора в своей щели.

Расчёт выполняем в следующей последовательности:

· Определяем расход газа на один коллектор.

· Диаметр коллектора горелки находим с учётом скорости газового потока в нём =5…15 м/с. Принимаем = 7 м/с.

м.

Для коллектора может быть использована цельнотянутая труба с наружным диаметром .

· Уточняем действительную скорость движения газа в коллекторе с внутренним диаметром 40 мм

м/с.

· Задаётся длина коллектора горелки. Она должна быть на 100...600 мм меньше длины колосниковой решётки топки. Для заданного котла «Универсал-6» длина топки составляет 1830 мм.

мм.

· Определяется величина теплового напряжения на 1 м длины щели подовой горелки:

кВт/м.

что соответствует допустимым значениям.

· Длина огневой щели принимается на 30-50 мм больше длины коллектора с учётом возможного теплового напряжения.

.

· Определяется ширина огнеупорных щелей `а' для размещения в них коллекторов горелки:

,

где - скорость воздуха, м/с в самом узком сечении щели (между наружной поверхностью коллектора и внутренней поверхностью щели), которая может быть определена по формуле:

,

где - разрежение в топке, Па.

- коэффициент расхода, учитывающий всё гидростатическое сопротивление на пути движения воздуха, =0,6…0,7.

- принята равной 2…2,5 м/с.

- коэффициент избытка воздуха, величина которого зависит от угла раскрытия отверстий в сечении коллектора, при , .