Выполняются два варианта газодинамического расчета аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания (например: участок-n, участок-m). Приведенный ниже порядок расчета проводится для каждого из двух вариантов аварийных режимов.
Расчетный расход газа для каждого участка кольца газопроводов при аварийных режимах определяется по следующей формуле:
,
где Qуч — расчетный расход газа на рассматриваемом участке, м3/ч.
По выбранному диаметру кольца газопроводов и по расчетному расходу газа по номограмме (приложение 9) определяются квадратичные потери давления на каждых 100 м рассматриваемого участка.
(кПа2).
Квадратичные потери давления для всего участка определяются по следующей формуле:
,
где Lу - длина рассчитываемого направления, м;
1,1-коэффициент, учитывающий наличие местных сопротивлений;
Результаты вычислений сводятся в таблицу 8.
Таблица 8
«Результаты газодинамического расчета аварийных режимов»
| Показатели участка |
 ,
кПа2
|
 ,
кПа2
| |||
| № уч-ка |
| Длина участка lуч, м |  ,
м3/ч
| ||
| Отказал участок 0-7 | |||||
| 0-1 | 133х4 | 3100,5 | |||
| 1-2 | 133х4 | ||||
| 2-3 | 133х4 | 2690,2 | |||
| 3-4 | 114х4 | 1998,7 | |||
| 4-5 | 114х4 | 1968,7 | |||
| 5-6 | 114х4 | 1862,9 | |||
| 6-7 | 114х4 | 1740,6 | |||
| ∑=154097 | |||||
| Отказал участок 0-1 | |||||
| 0-7 | 114х4 | 3100,5 | |||
| 7-6 | 114х4 | 1359,7 | |||
| 6-5 | 114х4 | 1237,4 | |||
| 5-4 | 114х4 | 1131,6 | |||
| 4-3 | 114х4 | 1101,6 | |||
| 3-2 | 133х4 | 410,1 | |||
| 2-1 | 133х4 | 64,3 | |||
| ∑=71358 |
Диаметры участков кольца газопроводов в процессе расчета корректируем таким образом, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения.
Для всех ответвлений рассчитываем диаметры газопроводов с подачей им:
,
где 
– расчетно-часовой расход газа на рассматриваемом ответвлении, м3/ч.
Давление вначале рассматриваемого ответвления определяется исходя из следующей формулы:
,
где 
– давление вначале рассматриваемого ответвления, кПа;
– абсолютное давление газа (начальное давление газа после ГРП), кПа2;
– сумма потерь давления на участках кольца газопроводов, расположенных до точки подключения рассматриваемого ответвления к кольцу.
Затем определяем допустимые потери квадрата давления на 100м рассматриваемого ответвления по формуле
,
где 
– длина рассматриваемого ответвления, м;
По номограмме выбираем диаметр ответвления и действительное значение потерь давления на 100м.
Потери квадрата давления на всем ответвлении вычисляются по формуле:
,
где 
– действительное значение потерь давления на 100м, кПа2.
Давление в конце ответвления вычисляется по следующей формуле:
.
Результаты вычислений сводим в таблицу 9.
Таблица 9
«Результаты газодинамического расчета ответвлений при аварийных режимах»
| № Отв-я |
 , м3/ч
|
 , м
|
|
,
кПа2
|
 ,
кПа2
|
 ,
кПа
|
 ,
кПа
|
| Отказал участок 0-7 | |||||||
| 64,5 | 38×3 | 4 000 | |||||
| 345,8 | 38×3 | 100 000 | |||||
| 691,5 | 57×3 | 35 000 | |||||
| 38×3 | 2 300 | ||||||
| 1740,6 | 70×3 | 70 000 | |||||
| 122,3 | 38×3 | 14 000 | |||||
| 105,8 | 38×3 | 10 000 | |||||
| Отказал участок 0-1 | |||||||
| 105,8 | 38×3 | 10 000 | |||||
| 122,3 | 38×3 | 14 000 | |||||
| 1740,6 | 70×3 | 70 000 | |||||
| 38×3 | 2 300 | ||||||
| 691,5 | 57×3 | 35 000 | |||||
| 345,8 | 38×3 | 100 000 | |||||
| 64,5 | 38×3 | 4 000 |
6. Распределение потоков при нормальном газодинамическом режиме
Расчет распределения потоков при нормальном газодинамическом режиме производим в следующей последовательности:
Сначала задаем предварительное распределение потоков, при этом для каждого узла должен соблюдаться первый закон Кирхгофа, а именно: алгебраическая сумма всех потоков газа, сходящихся в узле, включая узловые расходы, равна нулю. Потокам, подходящим к узлу, присваивается знак «+», а выходящим из узла – знак «-». Затем в одном из узлов ответвления (например, узел f) принимается точка схода потоков газа. Точка схода принимается с учетом равномерного распределения нагрузки по обеим ветвям кольца газопроводов. Далее, двигаясь от точки схода против потока газа по каждой ветви кольца, определяем расчетные расходы газа для всех участков кольца газопроводов, принимая для одной ветви расходы газа положительными, а для другой – отрицательными. Расчетные расходы газа на участках, расположенных непосредственно перед точкой схода, определяем путем деления расчетного расхода газа в ответвлении f на две части, которые могут быть не равны между собой.
По известным диаметрам и расходам газа по номограмме находим потери давления на 100 м длины для всех участков и далее – потери на участках.
Все расчеты сводим в таблицу 10.
Таблица 10
«Результаты расчетов потоков распределения при нормальном газодинамическом режиме сети»
| Показатели участков | Предварительное распределение потоков | Окончательное распределение потоков | ||||||||
| № | dн х s, мм | Lуч, м | Qуч, м3/ч | (Р2н–Р2к), кПа2 | (Р2н–Р2к)у, кПа2 | (Р2н–Р2к)у/ Qуч | Qуч, м3/ч | (Р2н–Р2к), кПа2 | (Р2н–Р2к)у, кПа2 | 1,1 *(Р2н–Р2к)у |
| 0-1 | 133х4 | 12,1 | ||||||||
| 1-2 | 133х4 | 4,7 | ||||||||
| 2-3 | 133х4 | 5,2 | ||||||||
| 3-4 | 114х4 | 0,1 | ||||||||
| 4-5 | 114х4 | 3,5 | ||||||||
| 5-6 | 114х4 | 3,0 | ||||||||
| 6-7 | 114х4 | 2,1 | -33 | |||||||
| 7-0 | 114х4 | -22000 | 10,6 | -26400 | ||||||
∑=24127
| ∑=41,3 | ∑=3062
|
Затем определяем невязку потерь квадрата давления в кольце газопроводов:
.
Определяем ошибку потокораспределения в кольце газопроводов:
.
Так как /δ/ ≤ 11%, то расчет потокораспределения при нормальном газодинамическом режиме сети считаем законченным.
Проверка диаметров ответвления при расчетном газодинамическом режиме
Достаточность принятых в процессе расчета аварийных режимов диаметров ответвлений проверяем следующим образом:
Сначала определяем давление газа в узлах присоединения ответвлений к кольцевому газопроводу Рнот. Далее находим потери давления, исходя из расчетной нагрузки (без учета Коб) и принятого диаметра. Затем определяем давление в конце рассматриваемого ответвления Рнот. Если полученное давление Рнот не менее 300 кПа для ГРП и коммунально-бытовых потребителей и не менее 400 кПа для промышленных предприятий, то диаметр правильно выбран, в противном случае диаметр увеличиваем. Результаты расчета сводим в таблицу. На этом расчет однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления считаем законченным.
Таблица 11
Проверка диаметров ответвлений на расчетный режим
| № отв. | Qот, м3/ч | Lот, м | dн х s, мм | (Р2н–Р2к), кПа2 | 1,1*(Р2н–Р2к)у*Lот/100, кПа2 | Рнот, кПа | Ркот, кПа |
| 38×3 | 4 620 | ||||||
| 38×3 | 150 000 | 148 500 | |||||
| 57×3 | 95 000 | 52 250 | |||||
| 38×3 | 3 564 | ||||||
| 70×3 | |||||||
| 38×3 | 20 000 | 24 200 | |||||
| 70×3 | 110 000 | 108 900 |
Газодинамический расчет внутридомового газопровода
Газопроводы в зданиях прокладываем открыто. Если они пересекают фундаменты, перекрытия лестничные площадки, стены и перегородки, - заключаются в стальные футляры. В пределах футляра газопровод не должен иметь стыковых соединений, а пространство между ним и футляром должно быть заделано битумом. Конец футляра выводят над полом на высоту 3см. Газопроводы, пересекающиеся с электроприводом, заключают в резиновую или эбонитовую трубу.
Расчет внутридомовых газопроводов производим после выбора и размещения оборудования и разработки схемы газопроводов.
Расчет начинаем осуществлять с самого верхнего и самого дальнего прибора в здании. На расчетной схеме проставляем номера узловых точек от самого дальнего верхнего прибора до ввода в здание и определяем расходы газа по участкам домовой сети по номинальным расходам газа приборами. Набор приборов, устанавливаемых в квартирах, условно обозначаем следующим образом
ГК – газовый быстродействующий нагреватель;
П-2 – плита двухконфорочная, устанавливается в 1- и 2- комнатных квартирах;
П-4 – плита четырехконфорочная, устанавливается в 3- комнатных и более квартирах.
Определение расчетных расходов газа в домовой сети
Составляем расчетную схему для плана типового этажа с расположением газопроводов и газовых приборов. стояка. Вычисляем максимальный потребляемый расход газа приборами или группой приборов по формуле:
,
где 
- нормативная тепловая нагрузка для газовых плит, кДж/ч;
- низшая теплота сгорания газа, кДж/нм3.
,
,
.
Коэффициенты одновременности определяем по приложению №10 методических указаний в зависимости от набора установленных приборов и по суммарному количеству квартир.
Расчетные расходы газа для каждого участка определяем по формуле:
,
где 
- коэффициент одновременности;
- количество квартир.
После определения всех расчетных расходов по участкам переходим к газодинамическому расчету газопроводов. Расчетный перепад давления ∆Р для домовой сети многоэтажных зданий выбираем по приложению 10. Он равен Па.
Результаты вычислений сводим в таблицу 12.
Таблица 12
«Определение расчетных расходов газа в домовой сети»
| № участка | Набор приборов | Количество квартир, ni | gi, м3/ч | Коэффициент одновременности К0 | Qр, м3/ч |
| 1-2 | П-4 | 1,2 | 1,2 | ||
| 2-3 | П-4 | 1,2 | 0,65 | 1,56 | |
| 3-4 | П-4 | 1,2 | 0,45 | 1,62 | |
| 4-5 | П-4 | 1,2 | 0,35 | 1,68 | |
| 5-6 | П-4 | 1,2 | 0,29 | 1,74 | |
| 6-7 | П-4 | 1,2 | 0,28 | 2,016 | |
| 7-8 | П-4 | 1,2 | 0,27 | 2,268 | |
| 8-9 | П-4 | 1,2 | 1,2 | ||
| 8-10 | П-4 | 1,2 | 0,27 | 2,592 | |
| 10-15 | П-4 | 1,2 | 0,24 | 4,608 | |
| 11-12 | П-4 | 1,2 | 0,27 | 2,592 | |
| 12-13 | П-4 | 1,2 | 0,24 | 4,608 | |
| 13-14 | П-4 | 1,2 | 0,23 | 6,624 | |
| 14-15 | П-4 | 1,2 | 0,23 | 8,832 | |
| 15-16 | П-4 | 1,2 | 0,23 | 13,248 |
Газодинамический расчет домовых газопроводов
Длину участков Lд (м) определяем по аксонометрической схеме внутридомового газопровода. Затем задаемся диаметром рассчитываемого участка. Заносим выбранный диаметр в графу 4. Далее по приложению 10 методических указаний с учетом выбранного диаметра и расчетного расхода газа определяем эквивалентную длину трубопровода исходя из коэффициента местных потерь ξ=1м (Lу, м) и удельные потери давления (Руд, Па). В графу 13 записываем местные сопротивления для каждого участка и по приложению 10 определяем соответствующие им коэффициенты местных сопротивлений.
Полученную сумму коэффициентов местных сопротивлений заносим в графу 5. (Σξ).
Дополнительную условную длину для каждого участка вычисляем по следующей формуле:
.
Расчетную длину каждого участка определяем по формуле:
.
Суммарные потери давления на каждом участке вычисляем по формуле:
.
На вертикальных участках определяем гидростатическое давление по формуле:
,
где 
=9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;
Z – разность геометрических отметок конца и начала участка, считается по ходу газа, м;
– плотность газа 
, кг/м3.
Если гидравлический напор действует в направлении движения газа, он прибавляется к последнему (когда газ легче воздуха и движется вверх) или когда газ тяжелее воздуха и движется вниз. Если гидростатический напор действует против движения газа, он вычитается из последнего.
Фактические потери давления на каждом участке определяем по формуле:
.
Определив ∆Рф на участке, посчитаем потери давления на всех последовательно присоединенных участках (Σ∆Рф).
Суммарные потери давления на должны превышать расчетного перепада давления для домовой сети – 350 Па. При этом учитываем, что величина потерь должна составлять 50% от расчетного перепада давления.
В нашем случае суммарные потери давления составляют 299,17 Па, что не превышает расчетного перепада давления для домовой сети и удовлетворяет СНиП.
Из опыта проектирования будем задаваться диаметрами dy = 20 мм для стояков и подводок к газовым приборам.
Результаты расчетов сводим в таблицу 13.
Таблица 13
«Газодинамический расчет домовых газопроводов»
| № участка | Qр, м3/ч | Lд, м | dу х s, мм | Σξ | Lэ, м | Lдоп, м | Lр, м | ∆Руд, Па | ∆Руч, Па | Н, Па | ∆Рф, Па | Местные сопр-я и их коэффициенты | |
| 1-2 | 1,2 | 3,9 | 3,3 | 0,46 | 1,52 | 5,42 | 0,70 | 3,79 | -14,20 | -10,41 | 1,0; 0,3; 2,0; | ||
| 2-3 | 1,56 | 3,0 | 0,62 | 0,62 | 3,62 | 0,94 | 3,40 | -17,75 | -14,35 | 1,0 | |||
| 3-4 | 1,62 | 3,0 | 0,62 | 0,62 | 3,62 | 0,94 | 3,40 | -17,75 | -14,35 | 1,0 | |||
| 4-5 | 1,68 | 3,0 | 0,62 | 0,62 | 3,62 | 0,94 | 3,40 | -17,75 | -14,35 | 1,0 | |||
| 5-6 | 1,74 | 3,0 | 0,66 | 0,66 | 3,66 | 1,11 | 4,06 | -17,75 | -13,69 | 11,0 | |||
| 6-7 | 2,016 | 3,0 | 0,64 | 0,64 | 3,64 | 1,42 | 5,17 | -17,75 | -12,58 | 1,0 | |||
| 7-8 | 2,268 | 3,0 | 0,62 | 0,62 | 3,62 | 1,78 | 6,44 | -17,75 | -11,31 | 1,0 | |||
| 8-9 | 1,2 | 3,3 | 3,3 | 0,46 | 1,52 | 4,82 | 0,70 | 3,37 | 17,75 | 21,12 | 1,0; 0,3; 2,0; | ||
| 8-10 | 2,592 | 18,25 | 5,6 | 0,59 | 3,30 | 21,55 | 2,63 | 56,68 | 17,75 | 57,86 | 1,0; 0,6; 4,0; | ||
| 10-15 | 4,608 | 17,6 | 5,9 | 0,65 | 3,84 | 21,44 | 2,82 | 60,46 | 60,46 | 1,0; 0,9; 4,0; | |||
| 11-12 | 2,592 | 6,05 | 5,6 | 0,59 | 3,30 | 9,35 | 2,63 | 24,59 | 24,59 | 1,0; 0,6; 4,0; | |||
| 12-13 | 4,608 | 12,2 | 5,9 | 0,65 | 3,84 | 16,04 | 2,82 | 45,23 | 45,23 | 1,0; 0,9; 4,0; | |||
| 13-14 | 6,624 | 4,6 | 5,6 | 0,70 | 3,92 | 8,52 | 5,27 | 44,90 | 44,90 | 1,0; 0,6; 4,0; | |||
| 14-15 | 8,832 | 6,1 | 5,6 | 0,74 | 4,14 | 10,24 | 9,53 | 97,59 | 97,59 | 1,0; 0,6; 4,0; | |||
| 15-16 | 13,248 | 10,8 | 3,6 | 1,02 | 3,67 | 14,47 | 4,62 | 66,85 | -28,39 | 38,46 | 1,0; 0,6; 2,0; | ||
| ∑=299,17 |
7. Выбор оборудования для сетевых ГРП
Оборудование для сетевых газорегуляторных пунктов состоит из следующих основных узлов и элементов: узла регулирования давления газа с предохранительно-запорным клапаном и обводным газопроводом (байпасом), предохранительного сбросного клапана, комплекта КиП, продувочных линий.
Оборудование располагают в такой последовательности: отключающее устройство, фильтр для очистки газа от механических примесей и пыли; предохранительный запорный клапан для отключения подачи газа потребителям (при недопустимом повышении или понижении давления после регулятора); регулятор для снижения давления газа и поддержания давления после себя; отключающее устройство.
Для очистки газа на ГРП устанавливаются волосяные или сетчатые фильтры.
Исходными данными для подбора оборудования ГРП являются: расход газа и пределы его изменения; давление газа на входе и выходе; плотность, влажность газа: степень необходимости учета газа.
Выбор регулятора давления
Подберем регулятор давления для ГРП-1 пропускной способностью Q = 922 м3/ч (при нормальных условиях) и избыточном давлении газа на входе Р1 = 525 кПа. На выходе низкое давление равно 3 кПа. Плотность газа ρ = 0,69 кг/м3.
При выборе регулятора давления учитываем, что режим его работы зависит от перепада давления в дроссельном органе. При малых перепадах происходит докритическое истечение газа: при значительном перепаде
наступает критическое истечение, то есть когда скорость газа равна скорости звука в газовой среде. Это критическое отношение давлений определяется зависимостью:
,
где 
- абсолютное давление газа до регулятора, кПа;
- абсолютное давление газа после регулятора, кПа;
– показатель адиабаты (для природных газов), k = 1,3;
– критическое отношение давлений для природного газа.
Регулятор работает в докритическом режиме, когда Р2 / Р1 ≥ 0,5 (или Р2 / Р1 ≤ 2);
при Р2 / Р1 < 0,5 (или Р2 / Р1 > 2) регулятор работает в критическом режиме.
В нашем случае Р2 / Р1 = (3 + 100) / (525 + 100) = 0,16 < 0,5.
Пропускная способность регуляторов давления РДУК (м3/ч) вычисляется по формуле, м3/ч:
.
где 
– площадь седла клапана (с учетом площади сечения штока), см2;
с – коэффициент расхода;
– коэффициент, зависящий от отношения Р2 / Р1 ;
- абсолютное давление газа на входе, кПа.
Полученная пропускная способность регулятора является максимальной, а номинальная составляет 80%, то есть:
м3/ч.
Значит, выбранный регулятор соответствует поставленным требованиям.
Подбор газовых фильтров
Подбор газовых фильтров сводится к определению расчетных потерь давления в них, которые складываются из потерь в корпусе и на кассете фильтра. Во избежание разрушения кассет эти потери не должны превышать 10 кПа, а для обеспечения нормальной работы фильтра, с учетом засорения, следует принимать потери не более 4-6 кПа.
Для сетчатых фильтров потери давления обычно не вычисляют, а принимают по фильтру соответствующего диаметра.
Проверим возможность применения волосяного сварного фильтра диаметром 100мм. Для этого по номограмме определяем потери давления в корпусе и на кассете для расхода Q = 922 м3/ч:
∆Ркор = 1,2 кПа,
∆Ркас = 0,35 кПа.
Суммарные потери давления в фильтре составляют:
кПа,
что составляет 22,6% от предельно допустимых потерь, равных 10 кПа. Значит, фильтр Ду100 пригоден для применения в нашем случае.
Заключение
В данном курсовом проекте осуществлено проектирование сетей низкого и высокого давления для снабжения газом райна города Мурманск. Пользуясь климатическими данными и характеристикой газового топлива, я определил годовые потребности в газе крупных коммунально-бытовых предприятий, общественных предприятий и сооружений, жилых кварталов и промышленных предприятий района газификации. Затем определил расчетно-часовые расходы газа, средний гидравлический уклон и подобрал диаметры для сети низкого давления района газификации. Для сети высокого давления я оуществил предварительный расчет диаметра кольца газопровода, выполнил газодинамический расчет аварийных режимов однокольцевой газовой сети, задался диаметрами ответвлений. Затем выполнил газодинамический расчет внутридомового газопровода, выбрал регулятор давления и газовый фильтр для рассчитанной мною системы газоснабжения района города Мурманск.
газопровод потребление топливо
Список используемой литературы
1. Методические указания по дипломному и курсовому проектированию по курсу «Газоснабжение»/ сост. А.Е. Полозов. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2007. - 110с.
2. СНиП 2.04.08-87* «Строительная климатология и геофизика» М.Стройиздат, 1984г.
3. СНиП 2.04.08-87 «Газоснабжение», М.Стройиздат, 1995г.
4. Ионин А.А. «Газоснабжение», М. Стройиздат, 1989г.
5. Стаскевич Н.Л. «Справочник по газоснабжению и использованию газа» Л.Недра, 1990г.
6. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. «Теплотехника, тепло-газоснабжение и вентиляция» М.Стройиздат, 1991г.