Газоснабжение промышленных предприятий

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Содержание

Задание

Исходные данные

1. Построение годового графика потребления газа и определение

его расчетных часовых расходов

2. Выбор общей схемы подачи газа заданным потребителям

и составление расчетной схемы

3. Гидравлический расчет межцехового газопровода низкого давления

4. Гидравлический расчет газопровода среднего давления от ввода до ГРП,

подбор регулятора давления

Заключение

Литература

Графическая часть:

- схема заводского ГРП;

- схема подачи газа заданным потребителем.

Задание

Произвести расчет заводского межцехового разветвленного газопровода низкого давления, от которого осуществляется газоснабжение пяти производственных цехов завода, работающих в три смены и питающихся газом от центрального заводского ГРП. В систему газоснабжения входит также обеспечение газом от ГРП коммунально-бытовых потребителей, и подача газа среднего давления с отводом перед регулятором давления общезаводского ГРП на отопительную котельную.

В соответствии с ситуационным планом на каждом расчетном участке задано число поворотов трубы газопровода, число задвижек и конденсатоотводчиков, а также начальное давление газа и давление его в месте отвода к наиболее удаленному цеху. Указаны: вид газа и количество местных сопротивлений для каждого участка межцехового газопровода.

подача газ потребитель

Исходные данные

Годовой расход газа на отопление, 106 нм3	5
Годовой расход газа к/быт., 106 нм3	5
Производственный максимально-часовой расход газа зимой,	нм3/час
			В1	80
			В2	800
			В3	300
			В4	200
			В5	1800
Длина участка, м
			I	9
			II	17
			III	22
			IV	23
			V	16
			до РД	350
Количество поворотов на участке
			I	0
			II	2
			III	0
			IV	3
			V	2
			до РД	2
Количество конденсатоотводчиков на участке
			I	1
			IV	1
			V	0
			до РД	1
Количество задвижек на участке
			V	1
			до РД	5
Давление на вводе Рн, ати		2,2
Давление у последнего цеха мм вод. ст.	140
Вид газа				Ш
Количество фильтров	до РД	1
Предохранительный клапан	до РД	1
Счетчик или диафрагма	до РД	1
Летняя нагрузка (май-август) = 0,2В3+0,5В2+0,3В5	1000
Топливо	Ш		0=0,79

1. Построение годового графика потребления газа и определение его расчётных часовых расходов

Газовые расходы на отопление и коммунально-бытовые нужды приводятся в исходных данных. Для определения суммарного годового расхода газа по объекту газоснабжения, используя газовые расходы на отопление и коммунально-бытовые нужды, которые приводятся в исходных данных, нужно подсчитать также годовой расход газа на производственные нужды. Такой расход подсчитывается исходя из заданных зимних и летних часовых расходов газа цехами и числа часов их работы в каждом месяце года (без учета праздников и выходных дней). Расчет выполняется в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1

Расход газа по цехам (по пятидневной рабочей неделе)

Месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Кол-во рабочих дней	21	20	22	22	20	22	22	22	22	22	21	21
Кол-во рабочих часов	504	480	528	528	480	528	528	528	528	528	504	504
Расход газа, нм3106	1,6	1,53	1,68	1,68	0,48	0,53	0,53	0,53	1,68	1,68	1,6	1,6

Примечание. Всего рабочих дней -275, всего рабочих часов- 6168.

Для заполнения таблицы 1 рассчитаем, пользуясь исходными данными, зимние и летние часовые расходы газа цехами: Расход газа на производственные нужды летом:

[1.1]

Расход газа на производственные нужды зимой:

[1.2]

Умножив получившиеся расходы на соответствующее количество рабочих часов, найдем необходимые расходы газов.

Расход газа на производственные нужды за год:

Суммарный расход газа по объекту газоснабжения

Для составления годового графика расхода газа нужно знать распределение по месяцам года заданных годовых расходов на отопление и коммунально-бытовые нужды. Необходимые для этого сведения приведены в таблице 2, в которой указывается процентное их распределение, полученное на основе данных МИСИ им. В.В.Куйбышева.

Для нахождения газовых расходов в нм³ воспользуемся следующими формулами: -на коммунально-бытовые нужды:

,, [1.3]

где В_к/б - годовой расход газа на коммунально-бытовые услуги;

(В_к/б)_n,% - процентный расход газа на коммунально-бытовые услуги за данный месяц;

n - порядковый номер месяца (n =112);

-на отопление:

, , [1.4]

где В_от - годовой расход газа на отопление;

(В_от)_n,% - процентный расход газа на отопление за данный месяц;

n - порядковый номер месяца (n =112);

Таблица 2

Распределение по месяцам годового количества газа, расходуемого на отопление и коммунально-бытовые нужды (включая горячее водоснабжение)

Месяцы года	Размерность	I	II	III	IV	V	VI	VII
На ото-	%	19,2	16	14,2	9,1	2,4	1,1	1,0
пление	нм3106	0,96	0,8	0,71	0,455	0,12	0,055	0,05
На к/б	%	11,1	11,1	10,9	9	6,7	5,3	5
нужды	нм3106	0,55	0,55	0,545	0,45	0,335	0,265	0,25
Сумма на к/б и отопл.	нм3106	1,51	1,35	1,255	0,905	0,455	0,32	0,3
Месяцы года	Размерность	VIII	IX	X	XI	XII	Всего
На ото-	%	0,9	1,9	7,7	12	14,5	100
пление	нм3106	0,045	0,095	0,385	0,6	0,725	5
На к/б	%	4,7	5,6	8,2	10,7	11,7	100
нужды	нм3106	0,235	0,28	0,51	0,535	0,585	5
Сумма на к/б и отопл.	нм3106	0,28	0,375	0,895	1,135	1,31	10

Используя данные таблиц 1и 2, составляем сводную таблицу 3, на основании которой строится годовой график расхода газа объектом газоснабжения. Этот график дает наглядное представление о структуре потребления газа по всему объекту газоснабжения и о распределении расхода газа по месяцам года.

Зная расчетный годовой расход газа на производственные нужды В_пр, рассчитываем суммарный его расход по объекту газоснабжения

[1.5]

и полученный результат заносим в таблицу.

Таблица 3

Суммарный расход газа объектом газоснабжения по месяцам, нм³

Группа потре-	Обозначе	М	е г	с о	я д	ц а	ы
бителей	ние	I	II	III	IV	V	VI
Отопле-ние	Вот	0,96	0,8	0,71	0,455	0,12	0,055
К/б нужды	Вк/б	0,55	0,55	0,545	0,45	0,335	0,265
Промыш-ленное потребление	Впр	1,6	1,53	1,68	1,68	0,48	0,53
Сумма	Вобщее	3,11	2,88	2,935	2,585	0,935	0,85
Группа потре-	Обоз наче-					а		Всего за
бителей	ние	VII	VIII	IX	X	XI	XII	год
Отопле-ние	Вот	0,05	0,045	0,095	0,385	0,6	0,725	5
К/б нужды	Вк/б	0,25	0,235	0,28	0,51	0,535	0,585	5
Промыш-ленное потребление	Впр	0,53	0,53	1,68	1,68	1,6	1,6	15,1
Сумма	Вобщее	0,83	0,81	2,055	2,575	2,735	2,91	25,1

Теперь остаётся, пользуясь данными таблицы 3, определить расчетный максимально-часовой расход газа в зимний и минимально-часовой его расход в летний период.

Максимально-часовой расход газа на отопление рассчитывается для самых холодных зимних суток года по формуле

, [1.6]

где (В_от)_мм- месячный расход газа на отопление для месяца максимального расхода газа (берётся из таблицы 3.Обычно это январь месяц);

n- число календарных дней для данного месяца;

t_вн- средняя температура внутри отапливаемого помещения, t_вн= 18C;

t_н,ср- средняя температура наружного воздуха в расчетном месяце. Принимается в зависимости от климатического пояса. Для Республики Беларусь она может быть принята равной -7C;

t_н,м- максимально расчетная температура наружного воздуха для данного зимнего месяца, также зависящая от климатического пояса. Для Республики Беларусь она может быть принята равной -24C;

Летом расхода газа на отопление производственных и жилых помещений по существу нет. Есть лишь сравнительно небольшой его расход на цели горячего водоснабжения жилого сектора. При определении же минимально-часового расхода газа в году его можно не учитывать, так как минимум расхода приходится на ночные часы, а в это время водоразбор в квартирах отсутствует.

Максимально-часовой расход газа зимой на коммунально-бытовые нужды определяется по формуле

, [1.7]

где (В_к/б)_max.м- месячный расход на коммунально-бытовые нужды для месяцев максимального в году общего расхода газа( выбирается из таблицы 3);

n- число календарных дней этого месяца;

(В_к/б)_max.м7

n - расход газа на коммунально-бытовые нужды за неделю;

a- коэффициент, определяющий долю максимально-суточного расхода газа на коммунально-бытовые нужды в пределах недели (обычно это конец рабочей недели - пятница). В расчетах он может быть принят равным 0,18.

b- коэффициент, определяющий долю максимально-часового расхода газа на коммунально-бытовые нужды в пределах зимних суток. В расчетах этот коэффициент может быть принят равным 0,109.

,

Аналогично этому определяется и минимально-часовой, в течение всего года, расход газа летом на коммунально-бытовые нужды. Минимально-часовой расход потребуется для оценки режима работы принятых на ГРП регуляторов давления.

Имеем

, [1.8]

где (В_к/б)_min,м- расход газа на коммунально-бытовые нужды для месяца минимального в году расхода газа( выбирается из таблицы 3);

n`- число календарных дней этого месяца;

a`- коэффициент минимально-суточного расхода газа на коммунально-бытовые нужды в пределах недели (обычно это выходной день). В расчетах он может быть принят равным 0,129.

b`- коэффициент минимально-часового расхода газа на коммунально-бытовые нужды в пределах летних суток (обычно это ночные часы). В расчетах этот коэффициент может быть принят равным 0,001.

,

Что касается минимально и максимально-часовых в году расходов газа на промышленные нужды (В_пр)_min и (В_пр)_max, то они указаны в задании.

Результаты всех выполненных расчетов сведем в таблицу 4.

Таблица 4

Сводная таблица расхода газа по объекту

пп	Категория	расхода	Размерность	Отопление	К/б нужды	Пром. нужды	Всего
1	Годовой	расход	нм3106	5	5	15,1	25,1
2	Месячный	максим.	нм3106	0,96	0,55	1,68	3,19
	расход	миним.	нм3106	0,045	0,235	0,48	0,76
3	Часовой	максим.	нм3/час	2167,7	2436,7	3180	7784,4
	расход	миним.	нм3/час	-	6,8	1000	1006,8

Годовой график потребления газа имеет вид (рис.1):

Рис.1

2 Выбор общей схемы подачи газа заданным потребителям и составление расчетной схемы

После определения расчетных (максимально-часовых) расходов газа всеми потребителями, питающимися от заводского газопровода, составляем общую схему газопровода.

Схема расположения заводского ГРП и газопровода составляется на основании исходных данных. На этой схеме условно изображаются и те здания, куда по заданию подводится газ от распределительного межцехового газопровода. На основе такой схемы, исходного задания и таблицы 4 составляется расчетная схема.

Верхняя часть расчетной схемы представляет собой подлежащие расчету участки общезаводского распределительного газопровода. В левой стороне показан участок до ГРП, а в правой - межцеховой газопровод (после РД).

Участок газопровода до ГРП рассчитывается с запасом по производительности в 25%, имея в виду перспективное увеличение потребления газа. В связи с этим

; [2.1]

Схема, иллюстрирующая расход газа часовой по участкам приведена ниже

Имеем:

;

; ;

; ;

Таблица 5.Сводная таблица для построения расчётной схемы

Таблица 5

	Расход	Длина
	нм3/ч	м
Объём газа до ГРП	9730,5	350
1-ый участок	5126,1	9
2-ой участок	5046,1	17
3-ий участок	4246,1	22
4-ый участок	3946,1	23
5-ый участок	3746,1	16

По результатам расчетов и в соответствии с исходными данными строим расчетную схему (см. следующую страницу, рис. 2):

Рис.2

3. Гидравлический расчет межцехового газопровода низкого давления

Из расчетной схемы видно, что расчетный расход газа V_{до ГРП} убывает в направлении от первого к последнему рассматриваемому участку. Соответственно, диаметр участков должен либо уменьшаться (при сохранении задаваемой скорости газа) или оставаться неизменным. Во втором случае будет наблюдаться уменьшение скорости газа по его ходу к последнему расчетному участку.

Расчет участков газопровода после ГРП сводиться к подбору их диаметров с тем, чтобы при этом наиболее полно выполнялись условия:

а) значение всех участков после ГРП не должно превышать 0,5h_к;

б) общий перепад давления должен, по возможности, равномерно распределяться между отдельными участками межцехового газопровода и

в) диаметры смежных участков нужно уменьшать в направлении от ГРП (без значительных скачков).

Принимаем скорость газа ? = 15 м/с . [1]

Для более наглядного расчета составим таблицу, в которую внесём все расчетные величины, [1]:

, нм³/ч - расчетный расход газа;

, м - принятый диаметр;

- коэффициент местных сопротивлений;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений;

- коэффициент сопротивления конденсатоотводчика;

, м - условная длина;

, м

- условное увеличение длины участка вследствие наличия местных сопротивлений; [3.1]

, м - фактическая длина;

, м - приведенная длина; [3.2]

, Па - потери давления;

, Па - потеря напора на участке. [3.3]

Для сварных отводов при повороте на 90є значения коэффициента местного сопротивления в зависимости от величины диаметра представлены в таблице 6, [1]:

Таблица 6

Dyi	100	125	150	200	250-300	350-400
оп	0,43	0,46	0,47	0,49	0,51	0,53

Для задвижек со степенью открытия 3/4 значения коэффициента местного сопротивления в зависимости от величины диаметра представлены в таблице 7, [1]:

Таблица 7

Dyi	100	150	200	>300
оз	0.55	0.5	0.46	0.42

Полученные значения, [2]:

D_y1= м;

D_y2= м;

D_y3= м;

D_y4= м;

D_y5= м;

Принимаем диаметры , [2]:

D_y1= 0,35 м; D_y2= 0,35 м; D_y3= 0,35 м;

D_y4= 0,35 м; D_y5= 0,30 м.

Имея таблицу h=f(V,d) для коксового газа [2] и задаваясь принятыми диаметрами при расходе V для соответствующих участков, находим для каждого из участков значения h и l_э, которые заносим в таблицу 8.

Условное увеличение длины участков из-за наличия местных сопротивлений, [1]:

Значения приведенных длин участков, потерь напора на участках, а также все приведенные в пункте 3 результаты расчетов представлены в таблице 8.

Таблица 8

N участка	Расчётный расход газаVi,нм3/ч	Диаметр Dy, мм	Вид местных сопроти- влений	Расчёт местных сопротивлений
				Количество	значение ж	?ж на участке
1	5126,1	350	конд	1	0,5	0,5
2	5046,1	350	поворот	2	0,53	1,06
3	4246,1	350	-	-	-	-
4	3946,1	350	конд/поворот	1/3	0,5/0,53	2,09
5	3746,1	300	поворот/задв	2/1	0,51/0,42	1,44
N участка	lэкв, м	Lэкв, м	LФ, м	Lпр, м	h, Па	?p, Па
1	26,8	13,4	9	22,4	3,38	75,7
2	26,8	28,4	17	45,4	3,28	148,9
3	26,8	0	22	22	2,31	50,82
4	26,6	55,6	23	78,6	1,98	155,6
5	22	31,68	16	47,68	4,1	195,5

Правильность расчёта межцехового газопровода низкого давления проверяется при выполнении соотношения, [1]:

??р ? 0,5· h_к , т.е. [3.4]

75,7+148,9+50,82+155,6+195,5? 0,5·80·9,8 , т.е. 626,52 ? 686, где

h_k-давление у последнего цеха, Па.

h_k=140мм вод.ст.=140· 9,8=1372 Па, [1].

Таким образом, можно сделать вывод, что расчёт выполнен, верно.

Давление за РД, [1]:

Р₂=р_ат+ h_к+ ??р=98000+1372+686=100058 Па. [3.5]

4. Гидравлический расчет газопровода среднего давления (от ввода до ГРП), а также подбор фильтров и регуляторов давления

При подборе диаметра газопровода на участке до ГРП особых ограничений по по перепаду давлений нет. Однако с целью поддержания максимальной скорости газа и экономии металла будем выбирать минимально возможный диаметр. Необходимый запас давления перед РД создадим исходя из требуемого значения давления за ним и учитывая вероятность снижения в эксплуатации начального давления по сравнению с заданным. Такой запас можно считать достаточным, если давление перед РД будет равно, [1]:

. [4.1]

Известно, что отношение

, [1],

для определенного вида газа и характера движения зависит только от объема проходящего газа и диаметра газопровода.

При расчете значения А для области гидравлической шероховатости используем формулу, предварительно задавшись диаметром газопровода d=200…250 мм, взяв d=200 мм:

. [4.2]

Коэффициент местного сопротивления на предохранительном клапане

о_пк=5, [1].

Коэффициент местного сопротивления на конденсатоотводчике

о_к=2, [1].

Коэффициент местного сопротивления при повороте (2 поворота на участке) и на задвижках (5 задвижки на участке) выбираем по приведенным ранее значениям в зависимости от диаметра: о_п=0,49 и о_з=0,46, [1].

Значения местных коэффициентов на фильтре, счётчике или диафрагме не учитываются.

Таким образом, значение суммарного коэффициента местных сопротивлений

?о= о_пк + о_к + о_п +о_з=5+2+2·0,49+5·0,46=10,28. [4.3]

Значение условной длины l_э для газопроводов среднего и высокого давления зависит только от величины условного диаметра, [1], таблица 7:

Таблица 7

d	50	70	80	100	125	150	200	250	300
lэ	2,3	3,2	3,9	5	6,7	8,7	13	17,4	22

Условное увеличение длины участка вследствие наличия местных сопротивлений, [1],

=13·10,28=133,64м. [4.4]

Фактическая длина

=350 м.

Приведенная длина, [1],

=133,64+350=483,64 м. [4.5]

Конечное давление, [1]:

,

где давление на вводе, ата;

, [1]. [4.6]

Полученное давление удовлетворяет указанному выше промежутку:

Р_к=156023,56 Па

принадлежит промежутку Р₁=Па.

Выбор регулятора давления (РД) для ГРП

В настоящее время для расходов газа больше 800-1000 нм³/час на ГРП промышленных предприятий повсеместно используются регуляторы давления типа РДУК-2 с пилотом Казанцева:

РДУК-2-35: d_кл=35мм; пропускная способность V_?Г=1000нм³/ч;

РДУК-2-50: d_кл=50мм; пропускная способность V_?Г=1400нм³/ч;

РДУК-2-100: d_кл=100мм; пропускная способность V_?Г=2700; 6000нм³/ч;

РДУК-2-200: d_кл=140мм; пропускная способность V_?Г=12000нм³/ч.

Все регуляторы давления РДУК-2 пригодны для установки на давление за собой в интервале 0,005-6 ати.

Для нахождения расчётной пропускной способности намеченного к установлению РД применяем формулу, [1]:

V_{р пр}=V_т· нм³/час,

Где

(?р)_т=1 ата, (р₂)_т=1,01ата, [1]; [4.7]

?р=р₁-р₂=1,54 -0,99=0,55ата; , (с_о)_т =0,73 кг/нм³ ; с_о =0,83 кг/нм³.

Регулятор давления подбирают так, чтобы загрузка была не более 85% и не менее 10%.

(B_max / V_{р пр})=(5616,7/8263)?100=68%<85% ;

(B_min / V_{р пр})=(1006,8/8263)?100=12,2%>10% ;

Окончательно принимаем РДУК-2-200 с клапаном диаметром 140 мм, паспортная пропускная способность которого ?V_г=12000 нм³/ч.

Заключение

Был произведен расчет общезаводского газопровода с заданными нагрузками В_к/б (на коммунально-бытовые нужды), В_от (на отопление), В₁, В₂, В₃, В₄, В₅ (по цехам завода соответственно) и давлениями вначале газопровода и у последнего цеха. В результате расчета мы определили расходы газа по объекту газоснабжения (,,,,В_пр в месяц и в год), а также общий расход газа по объекту. Далее был предложен ситуационный план (согласно заданию), на котором указаны месторасположение цехов, расчетные участки, отводы, задвижки, конденсатоотводчики и т.д. Согласно ситуационному плану, строилась общая расчетная схема, на которой указывались длины участков и расходы газа (объемные), проходящие через определенные сечения газопровода.

После этого расчета был произведен гидравлический расчет межцехового газопровода низкого давления. В результате этого расчета были подобраны диаметры труб газопровода, с учетом условий равномерного распределения потерь по участкам газопровода, постепенным уменьшением диаметров при продвижении к последнему потребителю тупикового газопровода и суммы всех потерь, не превышающей половины конечного давления в газопроводе.

Окончанием расчета является гидравлический расчет газопровода среднего давления (от ввода до ГРП), а также подбор регулятора давления. В результате этого расчета определили диаметр трубопровода до ГРП, с учетом условия ограничения по давлению. Затем приступили к выбору регулятора давления для ГРП. При подборе РД была определена его пропускная способность, также в соответствии с ограничением по загрузке был выбран РД и просчитаны его максимальные и минимальные загрузки.

На этом расчет газопровода был закончен.

Литература

1. Методическое пособие.

2. Справочное руководство по газоснабжению. Стаскевич Н.Л.,1960.

Размещено на Allbest.ru