Е) Определение плотности газа

Введение

 

В данном курсовом проекте проектируется система газопроводов для: пятиэтажного жилого дома, а также квартала и микрорайона. Выполнение курсового проекта «Газоснабжение жилого дома» является одним из методов закрепления и развития теоретических знаний, полученных при изучении курса «Газоснабжение», с одновременным получением навыков самостоятельной работы в области проектирования газоснабжения жилого дома.

Кроме того, выполнение курсового проекта дает навыки в решении задач по расчету газопровода, подбору газового оборудования, а также выявляет умение пользоваться справочной литературой, действующими нормативными документами, правилами и ГОСТами.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

 

 

Исходные данные

 

1. Месторождение – Североставропольское;

2. Число секций в здании -2;

3. Число этажей – 7;

4. План секции -2.

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

 

 

Раздел 1. Определение физико-механических свойств.

В курсовом проекте для газоснабжения используется природный газ месторождения Североставропольское. Его состав, характеристика приведены в табл.1.

Состав и характеристика природного газа месторождения

Североставрольское.

Таблица 1.

Состав газа, об, %	Плотность,	Теплота сгорания, кДж/м3
CH4	C2H6	C3H8	C4H10	C5H12	CO2	N2+	высшая	низшая
редкие
98,7	0,33	0,12	0,04	0,01	0,1	0,7	0,727		35695,2

 

А) Определение низшей теплоты сгорания

= r₁ · q₁ + r₂ · q₂ +... + r_n · q_n кДж/м³,

где , , … – содержание компонента в долях единицы, %;

, , … – низшая теплота сгорания каждого элемента, кДж/м³.

= 0,01 · (35760 · CH₄ + 63650 · C₂H₆ + 99140 · C₃H₈ + 118530 · C₄H₁₀ + +146180 · C₅H₁₂);

= 0,01 · (35840 · 98,7 + 64730 · 0,33 + 93370 · 0,12 + 118530 ·0,04 +

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

146180 ·0,01) = 35761,763 кДж/м³

Б) Определение высшей теплоты сгорания

= r₁ · q₁ + r₂ · q₂ +... + r_n · q_n кДж/м³

Где , , … – содержание компонента в долях единицы, %;

, , … –высшая теплота сгорания каждого элемента, кДж/м³.

= 0,01 · (39930 · CH₄ + 69690 · C₂H₆ + 99170 · C₃H₈ + 128500 · C₄H₁₀ + +158000· C₅H₁₂);

= 0,01 · (39930 · 98,7 + 69690 · 0,33 + 99170 · 0,12 + 128500 · 0,04 + 158000· 0,01) = 39827,091 кДж/м³

в) Определение теоретического расхода воздуха, необходимого для полного сгорания 1м³ газа, м³/м³

= ·

= · (2CH₄ + 3,5 C₂H₆ + 5C₃H₈ + 6,5 C₄H₁₀ + 8C₅H₁₂) = · (2 · 98.7 + +3,5 · 0.33 + 5 · 0,12 + 6,5 · 0,04 + 8 · 0,01) = 9,49 м³/м³

г) Определение теоретического расхода влажного воздуха, м³/м³

= + 0,00124 · d_в · = 9,49 + 0,00124 · 10 · 9,49 = 9,61 м³/м³,

где количество водяных паров в воздухе:

д) Определение действительного расхода воздуха, м³/м³

= · α = 9,61 · 1,1 = 10,57 м³/м³

е) Определение плотности газа

p_см = r₁ · p ₁ + r₂ · p ₂ +... + r_n · p _n,

где , , … – плотность компонента

p_см = 0,01 · (98,7 · 0,7168 + 0,33 · 1,356 + 0,12 · 2,0037 + 0,04 · 2,7023+ 0,01 · 3,457 + 0,1 ·1,977 + 0,7 · 1,251) = 0,7265 кг/ м³

ж) Определение относительной плотности газа:

d = = =0,563,

где

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

з)Определение числа Воббе (коэффициент взаимозаменяемости газов):

w_н = = = 47555,54 кДж/м³

w_в = = =52961,56 кДж/м³

и) Пределы воспламеняемости (взрываемости):

=> 99,2 % - горючие газы

=> 0,08 % - баласт

Пересчет содержания компонентов на горючую часть:

CH₄ = · 100% = 99,496 %

C₂H₆ = · 100% = 0,333 %

C₃H₈ = · 100% = 0,121 %

C₄H₁₀ = · 100% = 0,040 %

C₅H₁₂ = · 100% = 0,010 %

Нижний предел воспламеняемости:

L_н= = 4,975 %

Верхний предел воспламеняемости:

L_в= = 14,974 %

к)Нижний предел воспламеняемости с поправкой на балласт:

= = = 4,979 %

л)Верхний предел воспламеняемости с поправкой на балласт:

= = = 14,984 %

м) Давление при взрыве:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

p_взр = p₀ · (1 + β · t_k) ·

P _o – атмосферное давление, Р _о = 0,1МПа; t _к – max температура, ; – коэффициент объемного расширения; α=1,1 – коэффициент избытка воздуха, при котором происходит горение.

Объем влажных продуктов сгорания:

= + +

= 0,01 · (CO₂ + ∑_m · C_mH_n) = 0,01 · (0,1 + 98,7 + 2 · 0,33 + 3 · 0,12+ 4 · 0,04 +5 ·0,01) =1,0003 м³/м³

= 0,01 · (∑ C_mH_n) + 0,00124 · (d_г + d_в · α · V_т)

где – влажность газа, =10 гр., – влажность воздуха, =10 гр.,

– теоретический расход воздуха;

V_т = = = 9,486 кДж/м³

= 0,01 · (2 · 98,7 + 3 · 0,33 + 4 · 0,12 + 5 · 0,04 + 6 · 0,01) + 0,00124 · (10 + 1,1 · 9,486) = 2,017 м³/м³

= 0,79 V_т + 0,01 N₂

= 0,79 · 9,486 + 0,01 · 0,7 = 7,501 м³/м³

= 1,0003 + 2,017 + 7,501 = 10,518 м³/м³

p_взр = 0,1 · (1 + · 2000) · = 0,835 МПа

н)Время образования взрывоопасной концентрации прир. газа в помещении:

А=1-3 – кратность воздухообмена

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

Объем загазованности помещения:

V _пом – объем кухни (не менее 15 м³ для ПГ-4).

Расход газа горелкой (конфорочная горелка плиты большой мощности):

Раздел 2.Гидравлический расчет домового газопровода

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

1)Расход газа плиты:
= = = 1,133 м³/ч

Плита газовая GAZLUX

2)Расход газа водонагревателя:
Газовый проточный водонагреватель с закрытой камерой сгорания MARCO POLO Gi7S: q_вн = 19,8 кВт
= = = 2,265 м³/ч

3)Коэффициент одновременности действия приборов K_sim:

ВН + ПГ-4 х 1 - 0,7

ВН + ПГ-4 х 2 - 0,56

ВН + ПГ-4 х 3 - 0,48

ВН + ПГ-4 х 4 - 0,43

ВН + ПГ-4 х 5 - 0,4

ВН + ПГ-4 х 6 - 0,392

ВН + ПГ-4 х 7 - 0,37

ВН + ПГ-4 х 14 - 0,308

ВН + ПГ-4 х 21 - 0,277

ВН + ПГ-4 х 28 - 0,256

4)Расчетный расход газа:

V_p = ∑V_ном · η · K_o = ,

где q_i - тепловая мощность газового прибора по паспортным данным; Q_н - низшая теплота сгорания газа; η - количество приборов или групп приборов; K_o- коэффициент одновременности действия приборов.

1-2: = ·1· 0,7·3600 = 1,585 м³/ч

5) Принимаем диаметр d=20мм, находим l_уд=0,46м; h/l=1,326 Па/м;

6)Мес

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

тные сопротивления на участке 1-2 (таблица 3): =1,4;

7)Фактическая длина участка 1-2: l_ф=1,85 м;

8)Эквивалентная длина участка 1-2: l_экв= · l_уд =1,4·0,46 =0,644 м;

9)Расчетная длина участка 1-2: l_р= l_экв +l_ф =0,644 · 1,85 =2,494 м;

10)Потери давления на участке 1-2: Н_уч= h/l · l_р =1,326 · 2,494=3,307 Па

11)Полные потери на участках:

∑P_общ=∑ΔP+ ΔP_сч+ ΔP_эмк+ ΔP_ктз+H_г

H_г = ±z · g · (p_возд - p_г)= - 17,85·9,81·(1,29-0,789)= -87,729 Па,

где z – разность геометрических отметок начала и конца участка внутридомового газопровода, м;
ρ_в = 1,29 ^- плотность воздуха при нормальных условиях;
ρ_г = 0,789 ^- плотность газообразного топлива;

так как подача газа снизу вверх значение отрицательное.

Потери давления в приборах принимаем:
для плиты:Δр_п=45Па
для ВН: Δр_в=85Па

В соответствии с номинальным расходом подбираем мембранный счетчик. Определяем потери давления в счетчике по номограмме: Δр_сч=70Па

Потери давления КТЗ: ∆P_ктз = 6 Па
Потери давления ЭМК: ∆P_кзгуи = 10 Па

∑P_общ=447,56+45+85+70+6+10-87,729=575,83 Па < 600 Па.

Невязка Δ=(600-575,83)/600 ≤5%.

Результаты расчета сведены в таблицу 2. Гидравлический расчет внутридомового газопровода

Таблица 2.

Номер участка, №	Расход газа Vр, м3/ч	Номинальный диаметр DN, мм	Длина участка Lф, м	Эквивалентная длина участка Lэкв, м	Расчетная длина участка Lр, м	Сумма местных сопротивлений ∑ζ	Удельная длина учатска lуд	По Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 16000596 ПЗ тери давления
Удельный перепад давления ΔP, Па/м	Перепад давления ΔP, Па
1-2	1,585		1,85	0,644	2,494	1,4	0,46	1,326	3,307
2-3	2,378		5,2	1,3	6,5	2,6	0,5	2,717	17,661
3-4	3,805			0,57	3,57		0,57	6,203	22,145
4-5	4,892			0,6	3,6		0,6	9,625	34,650
5-6	5,844			0,63	3,63		0,63	13,195	47,898
6-7	6,795			0,924	3,924	1,2	0,77	5,434	21,323
7-8	7,991			1,053	4,053	1,3	0,81	7,239	29,340
8-9	8,799		8,54	1,577	10,117	1,9	0,83	8,551	86,510
9-10	14,650		13,66	1,2	14,86	1,2		5,5	81,730
10-11	19,763		3,84	1,68	5,52	1,2	1,4	4,832	26,673
11-12	24,353		10,43	0,6	11,03	0,4	1,5	7,027	77,508
							∑ΔP,Па	448,74
							∑ΔPобщ, Па	577,01
							∑ΔPдоп, Па
							δ	3,831

 

Таблица 3

Коэффициенты местного сопротивления для участков сети

К- Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП 16000596 ПЗ т местных сопротивлений	∑ζ
№	Поворот 90◦	Тройник	Тройник поворот	КШ	Переход с D
0,3		1,5	0,1	0,2
1-2						1,4
2-3						2,6
3-4
4-5
5-6
6-7						1,2
7-8						1,3
8-9						1,9
9-10						1,2
10-11						1,2
11-12						0,4

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

Раздел 3.Расчет вентиляции и дымохода

Помещение, где устанавливается газоиспользующее оборудование, должно иметь вентиляционный канал. Приток свежего воздуха в помещение кухни, где установлены газоиспользующие приборы, обеспечивается из соседних помещений с помощью зазора в нижней части двери кухни, либо установкой жалюзийных решеток в дверях или наружных стенах помещения.

Помещение кухни оборудовано общеобменной вентиляцией с естественным побуждением. Приток воздуха в помещении кухни может быть организован двумя способам:

1)Из смежных помещений через приточное сечение, которое предусматривается в нижней части двери кухни.

2)Подача воздуха с улицы через клапан инфильтрации воздуха.

Приточная вентиляция

Площадь приточного отверстия:

где w–скорость воздуха в приточном отверстии (w = 1,0 м/с);

V_прит – расход приточного воздуха; определяется по формуле:

, м³/ч

где V_возд – объем воздухообмена в помещении; определяется по формуле:

,

где – объем помещения кухни; А- кратность воздухообмена в помещении, в соответствии с СП 54.13330-2016 А=1 и прибавляем 100 .

V_гор – расход воздуха на горение; определяется по формуле:

,

где – расход газа водонагревателем; – расход газа плитой; – действительный расход влажного воздуха.

 

В

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

ытяжная вентиляция

Вытяжная вентиляция рассчитывается из условий однократного воздухообмена в помещении, где устанавливается газоиспользующее оборудование.

Требуемая площадь вентканала:

где w – скорость воздуха в выходном отверстии (w = 1 м/с); – объем вытяжного воздуха.

Для обеспечения удаления воздуха из помещения, где установлено газовое оборудование, предусмотрен вентканал 140х270мм площадью 0,038 м², что не менее требуемого.

Расчет дымохода

При расчете дымохода определяют размер поперечных сечений дымохода и присоединительной трубы, а также величину разрежения перед газовыми приборами. Поперечными сечениями предварительно задаются, принимая скорость уходящих газов 1,5...2 м/с. О достаточности принятых размеров сечений судят по полученной величине разрежения перед приборами.

Для определения средней температуры газов следует знать снижение их температуры в результате остывания при движении по соединительным трубам и дымовым каналам.

Разрежение превышает минимально необходимое (3 Па), следовательно, дымоход обеспечит нормальную работу водонагревателя. В действительных условиях работы разрежение перед котлом несколько снизится, так как в результате подсоса воздуха через тягопрерыватель уменьшится тяга и увеличатся потери давления при движении газов в дымоходах.

Диаметр дымохода рассчитывается на основании мощности теплоагрегата, температуры отходящих газов, и высоте ствола. Врезка подвода в дымоход выполняется прямоугольной. Расстояние между подключениями должно быть не менее 0,5 м в свету. В случае подключения на одном уровне необходимо устанавливать рассечку.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

Тип прибора: настенный котел "MARCO POLO Gi7S" с закрытой камерой сгорания.

Максимальна тепловая мощность котла – N = 22 кВт;

Коэффициент избытка воздуха – α_n = 1,05;

Температура продуктов сгорания – t_пс = 130⁰C.

Определение температуры продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы

 

Теоретический расход воздуха на горение:

Расход газа:

Расход продуктов сгорания через дымоход:

Площадь поперечного сечения дымохода:

Принимаем сечение дымохода 140х140 мм F = 0,0378 м²

Уточняем скорость:

Изменение температуры продуктов сгорания в дымоходе:

 

где t_пс – температ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

ура продуктов сгорания (t_пс = 130⁰C);

t_ов – температура окружающего воздуха (t_ов = 20⁰C);

R – среднее значение коэффициента теплопередачи для стенок дымохода, отнесенное к внутренней поверхности, Вт/(м² ∙ ⁰C);

F_вп – внутренняя площадь поверхности расчетного участка дымохода; рассчитывается по формуле:

а) Охлаждение газов в вертикальном участке присоединительной трубы:

Для неутепленной стальной соединительной трубы R = 4,05 Вт/(м² ∙ ⁰C).

б) Охлаждение газов в присоединительной трубе:

Для неутепленной стальной соединительной трубы R = 4,05 Вт/(м² ∙ ⁰C).

Температура уходящих газов на входе в вертикальный внутренний дымоход равна 159,94 ⁰C.

в) Охлаждение газов во внутреннем дымоходе:

Для дымоходов, расположенных в кирпичной стене с толщиной стенки в полкирпича R = 2,44 Вт/(м² ∙ ⁰C).

г) Охлаждение уходящих газов на участк

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

е дымохода, расположенного в помещении чердака:

Для дымоходов, расположенных в кирпичной стене с толщиной стенки в полкирпича R = 2,44 Вт/(м² ∙ ⁰C).

д) Охлаждение уходящих газов в наружном дымоходе:

Для наружной дымовой трубы с толщиной стенки в один кирпич сечением 1к х 1к R = 3,37 Вт/(м² ∙ ⁰C).

Температура уходящих газов на выходе из дымовой трубы:

t₆ – t_р ≥ 10 (15) °С – условие не выполнено, конденсат выпадать будет.

Так как данные температуры меньше требуемой (60°С), то есть необходимость теплоизолировать дымоход.

 

 

Определение разряжения в дымоходе

 

, где H – высота участка, создающего тягу;

t_ов – температура окружающего воздуха;

t_пс – средняя температура продуктов сгорания на участке;

P_б – барометрическое давление (P_б = 10⁵ Па).

 

1) Тяга, создаваемая на первом участке:

2) Тяга, создаваемая на втором участке:

Участок горизонтальный, поэтому тягу не создает.

3) Тяга, создаваемая на третьем участке:

5) Тяга, создаваемая на четвертом участке:

6) Тяга, создаваемая на пятом участке:

P_т(зима) = 2,7 + 42,66 + 1.41 + 0,95 = 47,72 Па.

P_т(лето) = 2,7 + 42,66 -0,19-0,03 = 45,14 Па.

 

Определение потерь давления в дымоходе

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

Определение потерь давления на трение по длине в дымоходе:

, где λ – коэффициент трения, принимаемый для кирпичных каналов и труб равным 0,04, для металлических труб – 0,02;

l – длина расчетного участка, м;

w – скорость уходящих газов; определяется по формуле:

, где f – площадь поперечного сечения дымохода, м²;

ρ – плотность уходящих газов, принимаем равной 1,3 кг/м³;

t_пс – средняя температура газов на расчетном участке, ⁰C;

d – диаметр дымохода, м.

Если сечение прямоугольное, то берется эквивалентный диаметр:

, где f – площадь поперечного сечения дымохода, м²;

П – периметр поперечного сечения дымохода, омываемый газами, м.

а) Потери в вертикальном участке присоединительной трубы:

б) Потери в присоединительной трубе:

в) Потери во

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

внутреннем дымоходе:

г) Потери на участке дымохода, расположенного в помещении чердака:

д) Потери в наружном дымоходе:

P_{тр(зима)} = 0,08 + 0,06 + 5,7 + 0,68 + 0,13 = 6,65 Па.

P_{тр(лето)} = 0,08 + 0,06 + 5,7 + 0,68 + 0,14= 6,66 Па.

Определение потерь давления на местные сопротивления в дымоходе:

, где ∑ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений, включая

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

сопротивление при выходе из трубы:

ζ = 0,5 – вход в соединительную трубу из тягопрерывателя;

ζ = 0,9 – поворот под углом 90°;

ζ = 1,2 – внезапное расширение потока при входе в кирпичный дымоход и поворот под углом 90°;

ζ = 1,6 – выход из дымохода с зонтом.

а) Потери в вертикальном участке присоединительной трубы:

б) Потери в присоединительной трубе:

в) Потери во внутреннем дымоходе:

г) Потери на участке дымохода, расположенного в помещении чердака не производятся; на данном участке местные сопротивления отсутствуют.

д) Потери в наружном дымоходе:

 

P_{мс(зима)} = 0,31 + 0,54 + 0,65 + 0,81 = 2,28 Па.

P_{мс(лето)} = = 0,31 + 0,54 + 0,65 + 0,82 = 2,29 Па

 

Общие потери в дым

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП 16000596 ПЗ

оходе:

Разряжение перед газовым прибором (котлом):

Вывод: разрежение превышает максимальное перед прибором (30 Па), следовательно, дымоход не обеспечит нормальную работу котла. Требуется добавить местных сопротивлений в дымоход.