Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра «Энергетики и электротехнологии»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Газоснабжение населенного пункта г. Иркутск»

Выполнил студент 442 группы Семакин А.С.

Проверил: Корепанов А.С.

Ижевск 2017



Содержание

Введение

1. Расчет характеристик газообразного топлива

2. Определение численности населения

3. Расчет потребности газа

3.1 Определение годовых расходов теплоты

3.1.1 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в квартирах

3.1.2 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях бытового обслуживания

3.1.3 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях общественного питания

3.1.4 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в учреждениях здравоохранения

3.1.5 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на хлебозаводах и пекарнях

3.1.6 Определение годового расхода теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

3.1.7 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на нужды торговли, предприятий бытового обслуживания населения, школ и ВУЗов

3.1.8 Составление итоговой таблицы потребления газа городом

3.2 Определение годовых и часовых расходов газа различными потребителями

3.3 Построение графиков годового газопотребления

4. Выбор и обоснование системы газоснабжения

4.1 Определение оптимального числа ГРП

4.2 Типовые схемы ГРП и ГРУ

4.3 Выбор оборудования газорегуляторных пунктов и установок

4.3.1 Выбор регулятора давления

4.3.2 Выбор предохранительно-запорного клапана

4.3.3 Выбор предохранительно-сбросного клапана

4.3.4 Выбор фильтра

4.3.5 Выбор запорной арматуры

4.4 Конструктивные элементы газопроводов

4.4.1 Трубы

4.4.2 Детали газопроводов

5. Гидравлический расчет газопроводов

5.1 Гидравлический расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления

5.1.1 Расчет в аварийных режимах

5.1.2 Расчет ответвлений

5.1.3 Расчет при нормальном потокораспределении

5.2 Расчёт квартального газопровода низкого давления

5.3 Гидравлический расчет тупиковых газопроводов низкого давления



Введение

Природный газ является незаменимым видом топлива как в бытовой сфере, так и в промышленности.

В данной курсовой работе студенты должны разработать систему газоснабжения населенного пункта для комфортного и качественного обслуживания потребителей.

Необходимо спроектировать внутридомовую систему газоснабжения жилого здания, обеспечивающую непрерывную подачу газа к газовым приборам и подобрать оборудование газорегуляторного пункта.

Курсовая работа поможет закрепить все изученные данные по курсу «Газоснабжение». газопотребление расход график давление



1. Расчет характеристик газообразного топлива

Для состава газа, определяемого из среднего компонентного состава природного газа в зависимости от месторождения, необходимо рассчитать характеристики газообразного топлива. Характеристики природного газа приводятся в таблице 1.

Таблица 1 - Шкаповское месторождение и состав газа по объему , %

Компонент газа	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	СО2	Н2S
Содержание в %	37,5	18,2	16,8	6,8	3,8	0,1	0	16,8

Теплотворная способность газа - количество теплоты, которое может быть получено при полном сгорании 1 м3 газа при нормальных условиях.

Различают высшую и низшую теплотворность топлива.

Высшая теплотворная способность газа - количество теплоты, полученное при полном сгорании 1м³ газа, включающее в себя теплоту, выделяющуюся при конденсации водяных паров продуктов сгорания.

Низшая теплотворность газа - количество теплоты, полученное в процессе горения, без учета теплоты конденсации водяных паров - продуктов сгорания.

Практически при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются с другими продуктами сгорания, поэтому расчет ведем по низшей теплотворной способности газа.

Низшая теплота сгорания газа определяется по формуле:

, (1)

где Q_c- теплота сгорания сухого газа, кДж/м³;

Q₁,Q₂, Q_k - теплота сгорания компонентов, составляющих газообразное топливо, кДж/м³ (данные приведены в таблице 2)

x₁, x₂, x₃ - объемные доли компонентов, составляющих газообразное топливо, % (данные приведены в таблице 1).

Таблица 2 - Теплота сгорания чистых горючих газов

Газ	Теплота сгорания
	высшая	Низшая
	при 0 °С, и 101,3 кПа
1	2	3
Метан	39860	35840
Этан	70420	63730
Пропан	101740	93370
Бутан	133980	123770
Пентан	169270	156630
Оксид углерода	12640	12640
Сероводород	25460	23490

Теплота сгорания (низшая) сухого газообразного топлива (газа)

Теплота сгорания (высшая) сухого газообразного топлива (газа)

Плотность сухого газа определяют как сумму произведений плотностей компонентов, соствляющих газообразное топливо, на их объемные доли:

, (2)

где p -плотность сухого газа, кг/м³;

p₁,p₂,…,p_k- плотности компонентов, кг/м³ (данные приведены в таблице 3).

Таблица 3 - Физические характеристики газов

Состав газа	Плотность. кг/м3 при t = 00 C P = 101.3 кПа	Относительная плотность по воздуху
1	2	3
Метан CH4	0,7168	0,5545
ЭтанС2H6	1,3566	1,049
Пропан C3H8	2,019	1,562
Бутан C4H10	2,703	2,091
Пентан C5H12	3,22	-
Азот N2	1,2505	0,9673
Двуокись углерода CO2	1,9768	1,5291
Сероводород H2S	1,5392	1,1906

Плотность сухого газа:

Относительная плотность сухого газа по воздуху равна:

, (3)

где p_в = 1,293 -плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³,

Характеристики газа сводим в таблицу 4.



Таблица 4 - Характеристики газообразного топлива при нормальных физических условиях (Т=273,15 К, Р=101,325 кПа)

Теплота сгорания Qрн, кДж/м3	Плотность сс, кг/м3	Относительная плотность ссотн
1	2	3
40725	0,969	0,749



2. Определение численности населения

Расход газа на коммунально-бытовые и теплофикационные нужды города или посёлка зависит от числа жителей. Если число жителей точно не известно, то приближенно его можно определить следующим образом.

По плотности населения на один гектар газифицируемой территории

(4)

где - площадь района в га., полученная в результате замеров по плану застройки;

m - плотность населения , чел/га.

Суммируя численность населения каждого квартала, определяют число жителей по зонам застройки и общую численность населения в населенном пункте. Результаты расчетов сводят в таблицу 5.

Таблица 5 - Результаты расчета численности населения

Номер зоны	Номер квартала по генплану	Площадь квартала Fp, га	Плотность населения, чел/га	Число жителей в квартале N, чел
1	2	3	4	5
Квартиры с газовыми плитами и газовыми проточными водонагревателями	1	19,91	75	1493
	2	40,11		3008
	3	28,08		2106
	4	38,36		2877
	5	25,71		1928
	6	29,86		2240
	7	25,16		1887
	8	35,36		2652
	9	26,52		1989
	10	37,81		2836
	11	43,09		3231
	12	37,69		2827
	13	41,97		3148
	14	26,08		1956
	15	14,29		1072
	16	16,41		1231
	17	31,58		2368
	18	22,41		1681
	19	16,22		1216
	20	30,98		2324
	21	16,33		1225
	Итог по зоне	603,93		45295
Квартиры с газовыми плитами и центральным ГВС	22	33,60	75	2520
	23	32,48		2436
	24	22,88		1716
	25	23,45		1759
	26	25,87		1941
	27	25,66		1924
	28	27,71		2079
	29	25,64		1923
	30	25,66		1924
	31	27,71		2079
	32	26,15		1962
	36	22,16		1662
	Итог по зоне	375,80		28185
Итог по городу	979,72	75	73479



3. Расчет потребности газа

Городские системы газоснабжения не имеют аккумулирующих емкостей, расположенных у потребителей, а ёмкость самих газовых сетей очень мала (не более 3-4 % от максимально часовой пропускной способности). Поэтому пропускную способность газовых сетей необходимо рассчитывать на пиковые, максимальные часовые расходы газа, которые определяются как доля годового расхода по формуле:

, (5)

где Q_г - годовое потребление газа, м³/год;

- коэффициент часового максимума (коэффициент перевода годового потребления к максимально часовому расходу газа).

=1/m, (6)

где m - число часов использования максимума и определяет количество часов, за которое весь годовой расход газа был бы израсходован с равномерным расходом, равным максимально часовому расходу.

Коэффициент часового максимума учитывает неравномерность потребления газа различными потребителями газа. Неравномерность потребления зависит от многих факторов и может быть сезонная, недельная, суточная. Так наибольшая суточная неравномерность присуща бытовым и другим потребителям, использующим газ для приготовления пищи и горячей воды. Наименьшая - промышленным предприятиям с непрерывным технологическим процессом.

Для бытовых потребителей коэффициент часового максимума зависит от численности населения или газовых приборов. Чем больше число жителей, тем меньше вероятность совпадения единичных максимумов потребления, тем, следовательно, равномернее потребление газа, тем меньше коэффициент часового максимума.

Для бытового потребления газа следует принимать отдельно для каждого квартала в зависимости от численности населения квартала,

коммунально-бытовых потребителей и промышленных предприятий в зависимости от сменности работы предприятия.

Годовые расходы газа на приготовление пищи и горячей воды в квартирах, а также на хозяйственно - бытовые и коммунальные нужды общественных зданий, предприятий общественного питания и предприятий определяем по нормам.

3.1 Определение годовых расходов теплоты

Расход газа на различные нужды зависит от расходов теплоты необходимой, например, для приготовления пищи, стирки белья, выпечки хлеба, выработки того или иного изделия на промпредприятии т. п.

Точный расчет расхода газа на бытовые нужды сделать очень сложно, так как расход газа зависит от целого ряда факторов, которые не поддаются точному учету. Поэтому потребление газа определяют по усредненным нормам расхода теплоты, полученным на основании статистических данных. Обычно эти нормы определяются в расчете или на одного человека, или на один завтрак иди обед, или на одну тонну белья, или на единицу выпускаемой продукции промпредприятием. Расход теплоты измеряют в МДж или в кДж.

3.1.1 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в квартирах

Расчётная формула для определения годового расхода теплоты (МДж/год) при потреблении газа в квартирах записывается в виде:

(7)

здесь Y_K- степень охвата газоснабжением города;

N - число жителей;

Z₁ - доля людей, проживающих в квартирах с централизованным горячим водоснабжением ;

Z ₂ - доля людей, проживающих в квартирах с горячим водоснабжением от газовых водонагревателей ;

Z₃ - доля людей, проживающих в квартирах без централизованного горячего водоснабжения и не имеющих газовых водонагревателей (0%);

g_К1, g_К2, g_К3- нормы расхода теплоты на одного человека в год в квартирах с соответствующим Z (g_К1=2800 МДж/чел, g_К2=8000 МДж/чел).

Для населения, пользующегося газом Z ₁ + Z ₂ + Z ₃ = 1.

3.1.2 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях бытового обслуживания

Расход теплоты для данных потребителей учитывает расход газа на стирку белья в прачечных, на помывку людей в банях, на санитарную обработку в дезкамерах. Очень часто в городах и посёлках прачечные и бани объединяются в одно предприятие. Поэтому расход теплоты для них должен быть также объединён.

Расход теплоты в банях определяется по формуле:

(8)

где - доля населения города, пользующегося банями;

- доля бань города, использующих газ в виде топлива;

- норма расхода теплоты на помывку одного человека;

Все g принимаются по таблицам в приложениях.

В формуле заложена частота посещения бань, равная одному разу в неделю.

Z_б = 0,5;Y_б = 0,33 ;g_б = 50МДж/чел,

Q_б = _,5·_,33··52·50 =31522491 МДж/год.

Расход теплоты на стирку белья в прачечных определяется по формуле:

(9)

здесь Z_П- доля населения города, пользующегося прачечными;

Y_П- доля прачечных города, использующих газ в виде топлива;

g _П - норма расхода теплоты на 1 тонну сухого белья.

В формулу заложена средняя норма поступления белья в прачечные, равная 100 тоннам на 1000 жителей.

Z_П = 0,5, Y_П = 0,33, g _П = 18800МДж/т,

3.1.3 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях общественного питания

Расход теплоты на предприятиях общественного питания учитывает расход газа на приготовление пищи в столовых, кафе и ресторанах.

Считается, что на приготовление завтраков и ужинов расходуется одно и то же количество теплоты. Расход теплоты на приготовление обеда больше, чем на приготовление завтрака или ужина. Если предприятие общественного питания работает весь день, то расход теплоты здесь должен быть и на завтрак, и на ужин, и на обед. Если предприятие работает полдня, то расход теплоты составляется из расходов теплоты на приготовление завтрака и обеда, или обеда и ужина.

Расход теплоты на предприятиях общественного питания определяется по формуле:

(10)

здесь Z_П.ОП - доля населения города, пользующегося предприятиями общественного питания;

Y_П.ОП - доля предприятий общественного питания города, использующих газ в виде топлива;

g_П.ОП- объединённая норма расхода теплоты на приготовление завтраков, обедов и ужинов (g_П.ОП =g _З + g _О + g _У(МДж)),

где g_З, g_О, g_У - нормы расхода теплоты на приготовление одного завтрака , обеда, ужина.

Считается, что из числа людей, постоянно пользующихся столовыми, кафе и ресторанами, каждый человек посещает их 360 раз в году.

Z_П.ОП = 0,3, Y_П.ОП = 0,41, g _П.ОП = 2,1 + 4,2 + 2,1 = 8,4 МДж,

3.1.4 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в учреждениях здравоохранения

При расходе газа в больницах и санаториях следует учитывать, что их общая вместимость должна составлять 12 коек на 1000 жителей города или поселка. Расход теплоты в учреждениях здравоохранения необходим для приготовления пищи больным, для санитарной обработки белья, инструментов, помещений.

Он определяется по формуле:

(11)

здесь Y_ЗД - степень охвата газоснабжением учреждений здравоохранения города;

g _ЗД - годовая норма расхода теплоты в лечебных учреждениях (g _ЗД = g _П + g _Г);

g_П, g_Г - нормы расхода теплоты на приготовление пищи и приготовлении горячей воды в лечебных учреждениях.

Y_ЗД= 0,5 , g _ЗД = 3200 + 9200 = 12400 МДж,

3.1.5 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на хлебозаводах и пекарнях

При выпечке хлеба и кондитерских изделий, составляющих основной вид продукции данных потребителей газа, следует учитывать разницу в потреблении тепла на разные виды продукции. Норма выпечки хлеба в сутки на 1000 жителей принимается в размере 0,6 ё 0,8 тонны. В эту норму входит выпечка и чёрного и белого хлеба, а так же выпечка кондитерских изделий. Точно определить, сколько какого вида продукции потребляют жители очень трудно. Поэтому общую норму 0,6 ё 0,8 тонны на 1000 жителей можно условно поделить пополам, считая, что хлебозаводы и пекарни, поровну выпекают чёрный и белый хлеб. Выпечка кондитерских изделий может быть учтена отдельно, например, в размере 0,1 тонны на 1000 жителей в сутки.

При расчёте расхода газа следует учитывать охват газоснабжением хлебозаводов и пекарен. Общий расход теплоты на хлебозаводы и пекарни определяются по формуле:



(12)

где Y_ХЗ - доля охвата газоснабжением хлебозаводов и пекарен;

g_ЧХ - норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны чёрного хлеба

g_БХ - норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны белого хлеба

g_КИ - норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны кондитерских изделий.

Y_ХЗ = 0,85 , g_ЧХ = 2500 МДж, g_БХ = 5450 МДж, g_КИ = 7750 МДж,

3.1.6 Определение годового расхода теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

Годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий вычисляют по формуле:

(13)

t_ВН, t_СР.О, t_РО - температуры соответственно внутреннего воздуха отапливаемых помещений, средняя наружного воздуха за отопительный период, расчётная наружная для данного района строительства по [2],^ОС.

К, К₁- коэффициенты, учитывающие расходы теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий (при отсутствии конкретных данных принимают К = 0,25 и K₁ = 0,4);

Z - среднее число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (Z=16);

n_О- продолжительность отопительного периода в сутках;

F - общая площадь отапливаемых зданий, м²;

g_ОВ- укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий, МДж/ч.·м²;

h_О - коэффициент полезного действия отопительной котельной (h_О=_,8ё0,85);

t_ВН=20°С,--t_СР.О=---8,5--°С,--t_РО=---37°С, n_О=240 сут, g_ОВ=0,62 МДж/ч.*м².

Вычисляем F:

F=·18 =1322622 м²,

Годовой расход теплоты (МДж/год) на централизованное горячее водоснабжение от котельных и ТЭЦ определяют по формуле:

(14)

где g_ГВ - укрупненный показатель среднечасового расхода теплоты нагорячееводоснабжение, МДж/чел.·ч;

N_ГВ- число жителей города, пользующихся горячим водоснабжением от котельных или ТЭЦ, чел.;

b - коэффициент учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период (b=_,8);

t_ХЗ, t_ХЛ- температуры водопроводной воды в отопительный и летний периоды, °С (t_ХЛ = 15, t_ХЗ = 5).

g_ГВ= 1,47МДж/(чел · ч), N_ГВ=28185 чел.,



3.1.7 Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на нужды торговли, предприятий бытового обслуживания населения, школ и ВУЗов

В школах и вузах города газ может использоваться для лабораторных работ. Для этих целей принимают средний расход теплоты на одного учащегося иди студента в размере 50 МДж/(год * чел.):

(15)

где N - количество жителей, (чел),коэффициент 0,3 - доля населения школьного возраста и младше,

3.1.8 Составление итоговой таблицы потребления газа городом

Годовые расходы газа на нужды мелких коммунально-бытовых потребителей следует принимать в размере до 5% суммарного расхода на жилые дома.

Примеры расчетов годового расхода газа на хозяйственные и коммунально-бытовые нужды сводятся в итоговую таблицу.

Таблица 6 - Итоговая таблица расхода газа городом

№	Потребитель	Годовой расход	Годовой расход	Количество часов использования	Часовой расход
п/п		теплоты, Qгод	газа, Vгод	максимальной нагрузки, m	газа, Vч
		МДж/год	м^3/год	час/год	м^3/час
1	2	3	4	5	6
1	Квартиры	442637496	12446923,57	2700	4609,97
2	Бани	31522491	886409,40	2700	328,3
3	Прачечные	22793185	640942,16	2900	221,015
4	Хлебозавод	77737291,7	2185965,12	6000	364,328
5	Отопл. Вент.	3658279091	102870454,15	2603	39520
6	ГВС	364991108	10263514,64	2603	3942,96
7	Котельная	4023270198	113133968,79	2603	43462,9
8	Стол. Рестор.	27330661	768535,54	2000	384,268
9	здравоохр.	5466837,6	153726,94	2700	56,9359
10	Школы, вузы, д/с	1 110 218	31219,22	2300	13,5736
Итог	8521975394	243381663,54	29109	49441,31

3.2 Определение годовых и часовых расходов газа различными потребителями

Годовой расход газа в м³/год для любого потребителя города или района определяется по формуле:

V_iГОД = Q_iГОД / Q ^Н _Р ,м³/год, (16)

Q_{i ГОД} - годовой расход теплоты соответствующего потребителя газа;

Q^Н_Р - низшая теплота сгорания (МДж/м³), определяется по химическому составу газа.

Пример расчета для квартир:

Результаты расчётов годовых расходов газа по всем потребителям города вносят в таблицу 5.

Потребление газа в городе различными потребителями зависит от многих факторов. Каждый потребитель имеет свои особенности и потребляет газ по-своему. Между ними существует определенная неравномерность в

потреблении газа. Учет неравномерности потребления газа осуществляется путем введения коэффициента часового максимума, который обратно пропорционален периоду, в течение которого расходуется годовой ресурс газа при максимальном его потреблении:

(17)



где m - количество часов использования максимума нагрузки в году, ч/год.

С помощью K_m определяется часовой расход газа для каждого потребителя города (м³/ч):

(18)

Пример расчета для квартир:

Кол-во часов использования максимума для отопительных котельных определяется по формуле:

(19)

3.3 Построение графиков бытового газопотребления

Графики годового потребления газа являются основной как для планирования добычи газа, так и для выбора и обоснования мероприятий, обеспечивающих регулирование неравномерности потребления газа. Кроме того, знание годовых графиков газопотребления имеет большое значение для эксплуатации городских систем газоснабжения, так как позволяет правильно планировать спрос на газ по месяцам года, определять необходимую мощность городских потребителей - регуляторов, планировать проведение реконструкции и ремонтных работ на газовых сетях и их сооружениях. Используя провалы в потреблении газа для отключения отдельных участков газопровода и газорегуляторных пунктов на ремонт, можно провести его без нарушения подачи газа потребителям.

Различные потребители газа в городе по-разному забирают газ из газопроводов. Самой большой сезонной неравномерностью обладают отопительные котельные и ТЭЦ. Наиболее стабильными потребителями газа являются промышленные предприятия. Коммунально-бытовые потребители обладают определенной неравномерностью в потреблении газа, но значительно меньшей по сравнению с отопительными котельными.

Вообще, неравномерность расходования газа отдельными потребителями определяется рядом факторов: климатическими условиями, укладом жизни населения, режимом работы промпредприятии, и т. п. Все факторы, влияющие на режим газопотребления в городе, учесть невозможно. Только накопление достаточного количества статистических данных о потреблении газа различными потребителями может дать объективную характеристику городу с точки зрения газопотребления.

Годовой график потребления газа городом строят, учитывая среднестатистические данные потребления газа по месяцам года для различных категорий потребителей. Общий расход газа в течение года разбивается по месяцам. Расход газа для каждого месяца в общем газопотреблении определяется на основании следующего расчёта:

V_{i МЕС} = V_{i ГОД}·q_i/ 100, (20)

где q_i - доля данного месяца в общегодовом потреблении газа, %.

Доля годового расхода газа в каждом месяце отопительно-вентиляционной нагрузки определяется по формуле:

g_iО.В=((t_В - t_СР.М)·n_М /--е (t_В - t_СР.М )·n_М )/100, (21)

Пример расчета для января:

g_iО.В==((20-(-20,6)*31/((20-(-20,6)*31)+(20-(-18,1)*28)+(20-(-9,4)*31)+((20-1,0)*30)+((20-8,2)*10)+((20-0,5)*31)+((20-(-10,4))*30)+(20-(-18,4)*31)*100=18,39

t_СР.М- среднемесячные температуры, (°С);

n_М- количество отопительных дней в месяце.

Расход газа в каждом месяце на горячее водоснабжение можно считать равномерным. Этот расход газа определяет минимальную нагрузку котельной в летний период.

Определённые по формуле месячные расходы газа изображают на графике годового потребления газа городом в виде ординат, постоянных для данного месяца. После построения всех ординат для каждого месяца для всех категорий потребителей производят построение общего годового расхода по месяцам. Этот осуществляется путём суммирования ординат всех потребителей в пределах каждого месяца.

Бытовые потребители отличаются неравномерностью газопотребления по месяцам года, дням недели, часам суток.

Суммарный расход газа для данного района распределяется по месяцам года в следующих долях.

Таблица 7 - Расход газа по месяцам года, % годового потребления

Потребитель	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Квартиры жилых зданий	10,3	9,6	10	9,3	8,6	7	5	5,2	7	8,7	9,4	9,9
Учреждения коммунально-бытового обслуживания	10,6	9,6	9,8	9,2	9	7,8	4,6	4,8	7,9	8,8	8,9	9,6
Столовые и рестораны	9,5	8,6	9,5	8,6	8,2	7,7	6,8	6,8	7,7	8,5	8,6	9,5
Хлебозаводы и пекарни	10,2	8,7	9,8	8,7	7,6	7,2	6,4	6,6	7,1	8,5	8,8	10,4
Бани	11,5	10,4	10	9,2	6,6	6,1	5,4	4,9	6,1	8,2	9,6	12
Прачечные	9,4	8,5	8,9	8,5	7,4	8	7,5	7,5	8,3	8,5	8,2	9,3
Отопление и вентиляция	18,39	15,59	13,32	8,33	0	0	0	0	4,83	8,83	13,33	17,39
ГВС	8,5	8,5	8,5	8,5	8,1	8,1	8,1	8,1	8,1	8,5	8,5	8,5

Таблица 8. - Расход газа по месяцам в году, м³

№	Потребитель	Месяц
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Квартиры жилых зданий	1282033,13	1194904,66	1244692,36	1157563,89	1070435,43	871284,65	622346,18	647240,03	871284,65	1082882,35	1170010,82	1232245,43
2	Учреждения коммунально- бытового обслуживания	19604,29	17754,83	18124,72	17015,05	16645,16	14425,80	8507,52	8877,42	14610,75	16275,26	16460,21	17754,83
3	Столовые и рестораны	73010,88	66094,06	73010,88	66094,06	63019,91	59177,24	52260,42	52260,42	59177,24	65325,52	66094,06	73010,88
4	Хлебозаводы и пекарни	222968,44	190178,97	214224,58	190178,97	166133,35	157389,49	139901,77	144273,70	155203,52	185807,04	192364,93	227340,37
5	Бани	101937,08	92186,58	88640,94	81549,66	58503,02	54070,97	47866,11	43434,06	54070,97	72685,57	85095,30	106369,13
6	Прачечные	60248,56	54480,08	57043,85	54480,08	47429,72	51275,37	48070,66	48070,66	53198,20	54480,08	52557,26	59607,62
7	Отопление и вентиляция	18917876,52	16037503,80	13702344,49	8569108,83	0,00	0,00	0,00	0,00	4968642,94	9083461,10	13712631,54	17889171,98
8	ГВС	872398,74	872398,74	872398,74	872398,74	831344,69	831344,69	831344,69	831344,69	831344,69	872398,74	872398,74	872398,74
9	Котельные	19790275,26	16909902,55	14574743,24	9441507,58	831344,69	831344,69	831344,69	831344,69	5799987,62	9955859,85	14585030,28	18761570,72
	Итого	21550077,65	18525501,72	16270480,57	11008389,29	2253511,27	2038968,21	1750297,34	1775500,97	7007532,95	11433315,67	16167612,85	20477898,98

4. Выбор и обоснование системы газоснабжения

Системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений. На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов. Это, прежде всего, размер газифицируемой территории, особенности ее планировки, плотность населения, число и характер потребителей газа, наличие естественных и искусственных препятствий для прокладки газопроводов (рек, дамб, оврагов, железнодорожных путей, подземных сооружений и т.п.). При проектировании системы газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для строительства применяют наивыгоднейший вариант.

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;

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. По ним идет основная масса газа ко всем потребителям города. Эти газопроводы являются основными артериями, питающими город газом. Их выполняют в виде колец, полу колец иди лучей. Газ в газопроводы высокого и среднего давления подается от газораспределительных станций (ГРС).

Современные системы городских газовых сетей имеют иерархическую систему построения, которая увязывается с приведённой выше классификацией газопроводов по давлению. Верхний уровень составляют газопроводы высокого давления первой и второй категории, нижний газопроводы низкого давления.

Давление газа при переходе с высокого уровня на более низкий постепенно снижается. Это осуществляется с помощью регуляторов давления, установленных на ГРП.

По числу ступеней давления, применяемых в городских газовых сетях, они подразделяются на:

двухступенчатые, состоящие из сетей высокого или среднего давления и низкого давления;

трёхступенчатые, включающие газопроводы высокого, среднего и низкого давления;многоступенчатые, в которых газ подаётся по газопроводам высокого (1 и 2 категорий) 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 сложнее будет система газоснабжения.

В большинстве случаев для городов с населением до 500 тысяч человек наиболее экономически целесообразной является двухступенчатая система. Для больших городов с населением более 1000000 человек и наличием крупных промпредприятии предпочтительной является трёх или многоступенчатая системы.

Трассы газопроводов проектируют из условия минимальной протяженности сети. При этом газопроводы высоких давлений стараются прокладывать по окраинным районам города, где небольшая плотность населения и меньшее число подземных сооружений.

Сети низкого давления состоят из уличных распределительных газопроводов, абонентских ответвлений, подводящих газ к зданию и внутридомовых газопроводов, которые распределяют газ между отдельными приборами внутри здания. Плотность распределительных газопроводов принимают такой, чтобы длина абонентских ответвлений до вводов в здания была 50-100 м. Жилые и общественные здания, коммунально-бытовые потребители, а также мелкие предприятия присоединяют непосредственно к распределительным газопроводам.

Для повышения надежности газоснабжения сети кольцуют. В сетях низкого давления целесообразно кольцевать только распределительные газопроводы, а второстепенные (абонентские ответвления) выполнять тупиковыми разветвленными.

При трассировке сетей низкого давления необходимо на генплане определить главный проезд района. Затем, учитывая, что газопроводы по главным проездам не прокладывают, по соседним параллельным проездам (через один) наметить трассы газопроводов. Точно также наметить трассы и в перпендикулярном к главному проезду направлении. После анализа лишние трассы газопроводов убирают.

Число газорегуляторных пунктов (ГРП) определяют технико-экономическим расчетом. ГРП располагают в центрах зон, которые они питают. Зона действия одного ГРП не должна перекрываться зоной действия другого ГРП. Точки встречи потоков газа в системе с несколькими ГРП назначают на границе зон соседних ГРП.

4.1 Определение оптимального числа ГРП

Газораспределительные станции стоят во главе систем газоснабжения. Через них идёт питание кольцевых газопроводов высокого или среднего давления. К ГРС газ поступает из магистральных газопроводов под давлением 6…7 МПа. На ГРС давление газа снижается до высокого или среднего. Кроме того, на ГРС газ приобретает специфический запах. Его одоризируют. Здесь газ также подвергается дополнительной очистке от механических примесей и подсушивается.

Выбор оптимального числа ГРС для города является одним из важнейших вопросов. С увеличением числа ГРС уменьшаются нагрузки и радиус действия городских магистралей, что приводит к уменьшению их диаметров и снижению затрат на металл. Однако увеличение числа ГРС увеличивает затраты на их сооружение и строительство магистральных газопроводов, подводящих газ к ГРС, увеличиваются эксплуатационные расходы за счет содержания обслуживающего персонала ГРС.

При определении числа ГРС можно ориентироваться на следующее:

для небольших городов и посёлков с населением до 100…120 тысяч человек наиболее рациональными являются системы с одной ГРС;

для городов с населением 200…300 тысяч человек наиболее рациональными являются системы с двумя и тремя ГРС;

для городов с населением более 300 тысяч человек наиболее экономичными являются системы с тремя ГРС.

ГРС, как правило, располагаются за городской чертой. Если число ГРС более одной, то они располагаются с разных сторон города. ГРС соединяются, как правило, двумя нитками газопроводов, что обеспечивает более высокую надёжность газоснабжения города. Очень крупные потребители газа (ТЭЦ, промпредприятия, металлургические заводы и т. п.) питаются непосредственно от ГРС.

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

(22)

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

V_опт - оптимальный расход газа через ГРП, м³/ч.

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

(23)

Где?P - расчетный перепад давления в сетях низкого давления (1000…1800 Па);

j- коэффициент плотностей сетей низкого давления, 1/м;

(24)

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

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

(25)

Оптимальный расход газа через ГРП определяется из соотношения:

(26)

Полученное оптимальное число ГРП используют при конструировании газовых сетей низкого давления. Сетевые ГРП размещают, как правило, в центре газифицируемой территории так, чтобы все потребители газа были расположены от ГРП примерно на одинаковых расстояниях. Максимальное удаление ГРП от проектируемых магистральных газопроводов высокого или среднего давления должно составлять 50…100 метров.

j= 0,0075 + 0,003 ·75 / 100 = 0,0098, 1/м,

e = 5064,64/=0,0689м³/чел.ч,

R _ОПТ = 249·(1800^0,081 / [0,0098^0,245·(75·0,0689)^0,143]) = 1122,1 м,

Примем R_опт=800 м.

V _ОПТ = 75·0,0689·800² / 5000 = 661,44 м³ / ч,

n _ОПТ = 5064,64/ 661,44 =7,7 , примем 8 шт. С учётом дополнительных ГРП в котельной, хлебозаводе и бане, общее число ГРП составит 11 штук.

Откорректируем V^К_ЧАС в соответствие с полученным числом ГРП:

V^К_ЧАС = n _ОПТV_ОПТ м³ / ч,

V^К_ЧАС = 8·661,44 = 5291,52 м³ / ч.

№ ГРП	№ квартала	Число жителей, N	Потребление газа, Vчас
1	1,6,7,15	9279	683,12
2	2,8,9,16,17,18	8813	648,81
3	3,4,10,11,19,20,21	10557	777,2
4	5,12,13	7742	569,96
5	14,27,28,34	8318	612,37
6	23,24,25,29,30,35,36	13110	965,15
7	26,31,37,38	8306	611,49
8	22,32,33,39	7824	576
К	-	-	40369,9
Хз	-	-	217,122
Бп	-	-	590,25

4.2 Типовые схемы ГРП и ГРУ

Газорегуляторные пункты (ГРП) размещают в отдельно стоящих зданиях из кирпича или железобетонных блоков. Размещение ГРП в населенных пунктах регламентируется СНиП. На промышленных предприятиях ГРП размещаются на местах вводов газопроводов на их территорию.

Здание ГРП имеет 4 отдельных помещения:

основное помещение 2, где размещается все газо-регулирующее оборудование;

помещение 3 для контрольно-измерительных приборов;

помещение 4 для отопительного оборудования с газовым котлом;

помещение 1 для вводного и выводного газопровода и ручного регулирования давления газа.

В типовом ГРП, можно выделить следующие узлы:

узел ввода-вывода газа с байпасом 7 для ручного регулирования давления газа после ГРП;

узел механической очистки газа с фильтром 1;

узел регулирования давления газа с регулятором 2 и предохранительно-запорным клапаном 3;

узел измерения расхода газа с диафрагмой 6 или счётчиком газа.

В помещении для контрольно-измерительных приборов размещаются самопишущие манометры, измеряющие давление газа до и после ГРП, расходомер газа, дифманометр, измеряющий перепад давления на фильтре. В основном помещении ГРП устанавливаются показывающие манометры, измеряющие давление газа до и после ГРП; термометры расширения, измеряющие температуру газа на вводе газа в ГРП и после узла измерения расхода газа.

В помещении ГРП необходимо поддерживать положительную температуру воздуха не менее 10 °С. Для этого ГРП оборудуется местной системой отопления или подключается к системе отопления одного из ближайших зданий.

Для вентиляции ГРП на крыше устанавливается дефлектор, обеспечивающий трёхкратный воздухообмен в основном помещении ГРП. Входная дверь в основное помещение ГРП в нижней её части должна иметь щели для прохода воздуха.

Освещение ГРП чаще всего выполняется наружным путем установки источников направленного света на окнах ГРП. Можно выполнять освещение ГРП во взрывобезопасном исполнении. В любом случае включение освещения ГРП должно осуществляться снаружи.

Возле здания ГРП оборудуется молниезащита и заземляющий контур.

Газорегуляторные установки

Газорегуляторные установки (ГРУ) по своим задачам и принципу работы не отличаются от ГРП. Основное их отличие от ГРП заключается в том, что ГРУ можно размещать непосредственно в тех помещениях, где используется газ, или где-то рядом, обеспечивая свободный доступ к ГРУ. Отдельных зданий для ГРУ не строят. ГРУ обносят заградительной сеткой и вывешивают возле нее предупредительные плакаты. ГРУ, как правило, сооружаются в производственных цехах, в котельных, у коммунально-бытовых потребителей газа. ГРУ могут выполняться в металлических шкафах, которые укрепляются на наружных стенах производственных зданий. Правила размещения ГРУ регламентируются СНиП.

К помещению, где расположено ГРУ, с точки зрения вентиляции и освещения предъявляются те же требования, что и для ГРП.

4.3 Выбор оборудования газорегуляторных пунктов и установок

Выбор оборудования ГРП и ГРУ начинается с определения типа регулятора давления газа. После выбора регулятора давления определяются типы предохранительно-запорных и предохранительно-сбросных клапанов. Далее подбирается фильтр для очистки газа, а затем запорная арматура и контрольно-измерительные приборы.

4.3.1 Выбор регулятора давления

Регулятор давления должен обеспечивать пропуск через ГРП необходимого кол-во газа и поддерживать постоянное давление его независимо от расхода.

Расчётное уравнение 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, расчётное уравнение записывается в виде:

(27)



При сверхкритическом давлении, когда скорость газа в клапане регулятора давления превышает скорость звука, расчётное уравнение имеет вид:

(28)

В формулах:

K_V- коэффициент пропускной способности регулятора давления;

e--- коэффициент, учитывающий неточность исходной модели для уравнений;

(29)

(30)

DP - перепад давлений в линии регулирования, МПа

(31)

где P₁ - абсолютное давление газа перед ГРП или ГРУ, МПа;

P₂ - абсолютное давление газа после ГРП или ГРУ, МПа;

P ₁ = 0,15+0,1=0,25 МПа,

P ₂= 0,005 + 0,1 = 0,105 МПа,

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

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

Т - абсолютная температура газа равная 283 К;

Z - коэффициент, учитывающий отклонение свойств газа от свойств идеального газа (при Р1 Ј--1,2--МПа Z = 1).

Расчётный расход V_Р должен быть больше оптимального расхода газа через ГРП на 15…20%, то есть:

V_Р = (1,15ё 1,2)·V _ОПТ м³/ч.,

V_Р = 1,2·772,5=927 м³/ч..

Определить режим истечения газа через клапан регулятора можно по соотношению:

Р₂ / Р₁ = 0,105 / 0,25 = 0,42

Если Р₂ / Р₁і--_,5--,--то течение газа будет докритическим и поэтому следует применять уравнение первое.

Так как Р₂ / Р₁<--_,5--,--то течение газа будет сверхкритическим и поэтому следует применять уравнение второе.

Из вышеуказанных уравнений для определения типа регулятора определяем его коэффициент пропускной способности K_V.

Определив K_V, по таблице 7.1 [2] выбираем тип регулятора с K_V ближайшим большим значением, чем получен по расчёту.

По расчету получен K_v = 18,61. Ближайший К_V в таблице равен 18 и относится к регулятору РДНК-50П. Следовательно, этот регулятор следует установить в ГРП.



4.3.2 Выбор предохранительно-запорного клапана

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

Определен тип регулятора РДНК-50П. Этот регулятор имеет встроенный предохранительно-запорный клапан, следовательно, выбор ПЗК не имеет смысла.

4.3.3 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. Выбираем ПСК-50ПН/20, пропускная способность которой составляет 14,5 м³/ч.

4.3.4 Выбор фильтра

Задачей фильтра в ГРП или ГРУ является отчистка от механических примесей. При этом фильтр должен пропускать весь газовый поток, не превышая допустимую потерю давления на себе в размере 10000 Па.

Для подбора фильтра необходимо определить перепад давления газа на нем при расчетном расходе газа через ГРП или ГРУ.

Для фильтров этот перепад давления определяют по формуле:

(32)

где DР_ГР- паспортное значение перепада давления газа на фильтре, Па;

V_ГР - паспортное значение пропускной способности фильтра, м³/ч;

r_О- плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

Р₁ - абсолютное давление газа перед фильтром, МПа;

V_Р- расчетный расход газа через ГРП иди ГРУ, м³/ч.

За исходный возьмем фильтр ФС- 50.

DР _ГР = 5000 Па,V_ГР= 6000 м³/ч, r_О = 0,73 кг/м³,

DР = 0,1·5000·( 927 / 6000)²·0,73 / 0,25 = 34,9 Па,

Перепад для фильтра ГРП не превышает допустимого значения 10000 Па, следовательно, выбран фильтр ФС - 50.

4.3.5 Выбор запорной арматуры

Запорная арматура (задвижки, вентили, пробковые краны), применяются в ГРП и ГРУ должна быть рассчитана на газовую среду. Главными критериями при выборе запорной арматуры являются условный диаметр D_У и исполнительное давление Р_У.

Задвижки применяются как с выдвижными, так и с не выдвижными шпинделем. Первые предпочтительней для надземной установки, вторые - для подземной.

Вентили применяют в тех случаях, когда повышенной потерей давления можно пренебречь, например, на импульсных линиях.

Пробковые краны имеют значительно меньшее гидравлическое сопротивление, чем вентили. Их различают по затяжке конической пробки на натяжные и сальниковые, а по методу присоединения к трубам - на муфтовые и фланцевые.

Материалом для изготовления запорной арматуры служат: углеродистая сталь, легированная сталь, серый и ковкий чугун, латунь и бронза.

Запорная арматура из серого чугуна применяется при рабочем давлении газа не более 0,6 МПа. Стальная, латунная и бронзовая при давлении до 1,6 МПа. Рабочая температура для чугунной и бронзовой арматуры должна быть не ниже -35 С, для стальной не менее -40 С.

На входе газа в ГРП следует применять стальную арматуру, или арматуру из ковкого чугуна. На выходе из ГРП при низком давлении можно применять арматуру из серого чугуна. Она дешевле стальной.

Условный диаметр задвижек в ГРП должен соответствовать диаметру газопроводов на входе и выходе газа. Условный диаметр вентилей и кранов на импульсных линиях ГРП или ГРУ рекомендуется выбирать равным 20 мм или 15 мм.

4.4 Конструктивные элементы газопроводов

На газопроводах применяются следующие конструктивные элементы:

трубы; запорно-регулирующая арматура; линзовые компенсаторы; сборники конденсата; футляры; колодцы; опоры и кронштейны для наружных газопроводов; системы защиты подземных газопроводов от коррозии; контрольные пункты для измерения потенциала газопроводов относительно грунта и определения утечек газа.

Трубы составляют основную часть газопроводов, по ним транспортируется газ к потребителям. Все соединения труб на газопроводах выполняются только сварными. Фланцевые соединения допускаются только местах установки запорно-регулирующей арматуры.

4.4.1 Трубы

Для строительства систем газоснабжения следует применять стальные прямошовные, спиральношовные сварные и бесшовные трубы, изготавливаемые из хорошо свариваемых сталей, содержащих не более 0,25 % углерода, 0,056 % серы и 0,046 % фосфора. Для газопроводов, например, применяется сталь углеродистая обыкновенного качества, спокойная, группы В ГОСТ 14637-89 и ГОСТ 16523-89 не ниже второй категории марок Ст. 2, Ст. 3, а также Ст. 4 при содержании в ней углерода не более 0,25 %.

А - нормирование (гарантия) механических свойств;

Б - нормирование (гарантия) химического состава;

В - нормирование (гарантия) химического состава и механических свойств;

Г - нормирование (гарантия) химического состава и механических свойств на термообработанных образцах;

Д - без нормируемых показателей химического состава и механических свойств.

Рекомендуется применять трубы следующих групп поставки:

- при расчетной температуре наружного воздуха до - 40 °С - группу В;

- при температуре - 40 °С и ниже - группы В и Г.

При выборе труб для строительства газопроводов следует применять, как правило, трубы, изготовленные из более дешевой углеродистой стали по ГОСТ 380-88 или ГОСТ 1050-88.

4.4.2 Детали газопроводов

К деталям газопроводов относятся: отводы, переходы, тройники, заглушки.

Отводы устанавливаются в местах поворотов газопроводов на углы 90° , 60° или 45°.

Переходы устанавливаются в местах изменения диаметров газопроводов. На чертежах и схемах их изображают следующим образом

Тройники служат для закрытия и герметизации торцевых частей тупиковых участков газопроводов. Их применяют в местах подключения к газопроводам потребителей.

Заглушки служат для закрытия и герметизации торцевых частей тупиковых участков газопроводов. Заглушки представляют собой круг соответствующего диаметра, выполненный из стали тех же марок, что и газопровод.



5. Гидравлический расчет газопроводов