Расчет газоснабжения населенного пункта




Введение

 

Использование газа в сельском хозяйстве позволяет интенсифицировать и автоматизировать производственные процессы, улучшить санитарно-гигиенические условия труда на производстве и в быту, оздоровить воздушные бассейны городов.

Удобство транспортировки и отсутствие необходимости складского хранения обеспечивают высокий экономический эффект замены других видов топлива газовым.

Неоспоримые достоинства газа и наличие его значительных запасов создают условия для дальнейшего развития газоснабжения страны. Естественно, что при больших масштабах внедрения газового топлива в различные отрасли к работам по проектированию, строительству и эксплуатации объектов газового хозяйства постоянно привлекаются новые кадры специалистов. Однако достоинства газового топлива могут быть рационально и безопасно использованы только специалистами, хорошо усвоившими основы газоснабжения и строго соблюдающими правила безопасности в газовом хозяйстве.

 


Расчет газоснабжения населенного пункта

 

Газ в сельской местности расходуется на хозяйственные (приготовление пищи и нагревание воды в жилых домах), коммунально-бытовые (бани, прачечные, общественные, лечебные, детские и прочие учреждения) нужды, отопление и вентиляцию жилых, общественных и производственных зданий и сооружений, а также для технологических целей.

Режим потребления газа на хозяйственные и коммунально-бытовые нужды, а также на отопление и вентиляцию в селах и поселках существенно не отличается от режима потребления газа в городских условиях. Специфическую особенность и определенную техническую сложность представляет газификация сельскохозяйственных промышленных объектов.

Суммарное потребление газа за год различными потребителями - основа для разработки систем газоснабжения. Исходя из годовых расходов и режима потребления газа определяют схему системы, протяженность, пропускную способность, материалоемкость и стоимость газовых сетей и сооружений. По годовым расходам устанавливают максимальные часовые расходы газа для расчета диаметров газопроводов, подбора оборудования и регулирующих устройств. Расход газа определяют с учетом перспектив развития населенного пункта на 10 лет. Методика расчета годовых расходов зависит от категории потребителя.

Удельный максимальный расход газа зависит от численности населения и плотности жилой застройки. Для населенных пунктов новой планировки с численностью населения 700...2000 чел. и плотностью застройки 150...960 м2/га указанная величина составляет от 0,7 до 1,6 м3/(ч·чел.), в том числе на хозяйственные и коммунально-бытовые нужды - от 0,1 до 0,16 м3/(ч- чел.), что значительно превышает этот показатель для городских условий. При отсутствии горячего водоснабжения расход газа снижается в среднем на 25%. В селах старой застройки с численностью населения до 500 чел. ориентировочный расход газа не превышает 400 м3/ч.

Поселковые распределительные газовые сети рассчитывают на максимальные значения часового расхода газа, определяемые из графиков потребления топлива всеми категориями потребителей в течение суток.

При разработке проекта газоснабжения населенного пункта необходимо определить расчетный расход газа, выбрать схему газоснабжения и провести гидравлический расчет газопроводов. Для решения этих задач требуется: генплан населенного пункта с нанесенными инженерными коммуникациями; данные об этажности застройки или плотности населения, размещении промышленных объектов; климатологические сведения района застройки; данные о коррозионной активности грунтов; сведения о перспективе развития объектов газоснабжения на 10...20 лет, источнике газоснабжения и составе газа.

Годовые и расчетные расходы газа потребителями сельской местности определяют в соответствии с нормативными документами и по данным специальной литературы.

 

Расчет системы газоснабжения населенного пункта

 

. В зависимости от задания определить низшую теплоту сгорания газа QН, кДж/м3.

. Определить численность населения N, чел., которая зависит от площади поселка и плотности населения.

 

, (1.1)

 

где F - площадь застройки, га;- плотность населения, чел./га.

При неоднородной застройке численность населения подсчитывается по плотности населения в отдельных районах или кварталах.

. Определить по заданию потребность газа в тепловых единицах по нормам расхода

На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд расход газа QБЫТ, кДж/год, определяется по формуле

 

(1.2)

 

где nБЫТ - доля людей от общего населения, использующих газ для приготовления пищи и горячей;БЫТ - нормированный расход газа на приготовление пищи и горячей воды на одного человека, кДж/год.

Расход газа на столовые и рестораны QСТ, кДж/год, определяется по формуле

 

(1.3)

 

где nСТ - доля людей от общего населения, пользующихся столовыми;СТ - нормированный расход газа на приготовление пищи для столовых, кДж/сут.

На поликлиники расход газа QПОЛ, кДж/год, определяем по их пропускной способности:

 

(1.4)


 

где nПОЛ - количество посещений поликлиник одним жителем в году;ПОЛ - нормированный расход газа поликлиники на одного посетителя, кДж/год.

- принятое количество рабочих дней в году.

На больницы расход газа QБОЛ, кДж/год, определяем из расчета расхода на приготовление пищи и горячей воды для хозяйственно-бытовых нужд и лечебные процедуры

 

(1.5)

 

где nБОЛ - количество коек на 1000 жителей;БОЛ - нормированный расход газа больницы на одну койку, кДж/год.

На школы, вузы и техникумы расход газа QШК, кДж/год, для подогрева завтраков и лабораторных нужд определяются по формуле

 

(1.6)

 

где nБОЛ - количество обучающихся на 1000 жителей;БОЛ - нормированный расход газа для школ, вузов и техникумов на одного обучающегося, кДж/год.

На хлебозавод расход газа QХЛi, кДж/год, для каждого вида продукции определяется по формуле

 

(1.7)


 

 

где mi - масса выпекаемого i-го вида продукции на 1000 жителей, т/сут;ХЛi - нормированный расход газа для выпечки i-го вида продукции, кДж/год.

Суммарный расход газа QСУМ, кДж/год, населенного пункта будет равен сумме расходов газов на все бытовые и коммунальные нужды.

 

 

Общий расход газа QОБЩ, кДж/год, по населенному пункта составит

ОБЩ = 1,1 · QСУМ (1.8)

 

где 1,1 - коэффициент, учитывающий расход газа на мелкие коммунально-бытовые предприятия.

 

Расчетный часовой расход газа VКОМ, м3/ч, на бытовые и коммунальные нужды определяется по формуле

 

, (1.9)

 

где VГОД - годовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды, м3/год;m - коэффициент часового максимума.

Годовой расход газа VГОД, м3/год, на бытовые и коммунальные нужды определяется по формуле

 

(1.10)

 

Коэффициенты часового максимума km расхода газа (без отопления) в зависимости от численности населения приведены в приложении (таблица 3).

 

Определить расчетный часовой расход газа на отопление жилых и общественных зданий

 

Расчетный часовой расход газа VР.ОТ, м3/ч, на отопление определяется по формуле

 

, (1.11)

 

где qо - удельная отопительная характеристика здания, для жилых и общественных зданий можно принимать qо = 1,25…1,68 кДж/(м3·ч·0С);

tВН - средняя расчетная температура внутреннего воздуха, для жилых зданий tВН = 18 0С, для общественных tВН =16 0С;

tн.ср.от - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, 0С;Н - наружный строительный объем отапливаемого здания, м3;

η - КПД отопительных установок, для котельных η = 0,80…0,85; для отопительных печей η = 0,65…0,80.

Ввиду ограниченного числа больших общественных зданий в населенных пунктах расход газа для получения тепла на их вентиляцию не учитываются (VР.В = 0 м3/ч).

 

1.4 Общий расчетный часовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды с учетом отопления определяется по формуле

 

.

(1.12)

 

Считая этот расход равномерно распределенным по всей площади застройки населенного пункта, удельный расход газа на единицу площади застройки VУД.f, м3/(ч·га), будет рассчитываться по формуле

 

(1.13)

 

где VР. ЧАС - расчетный часовой расход газа, м3/ч;- площадь застройки, га.

 

Нанести на генплан поселка схему газовых сетей и замерить длины расчетных участков

 

В населенных пунктах с численностью населения до 50 тыс. человек применимы одноступенчатые системы, в более крупных городах - двухступенчатые системы. Поскольку трасса газопроводов должна размещаться на определенных расстояниях от линии застройки, трамвайных путей, подземных инженерных коммуникаций и других сооружений, необходимо прокладывать ее не по основным магистральным улицам города, а по улицам с меньшим количеством инженерных коммуникаций. При выборе схемы газовых сетей низкого давления следует иметь в виду, что кварталы индивидуальной одно-, двухэтажной застройки, не имеющей свободных внутриквартальных площадей, надо окольцовывать. При многоэтажной застройке с наличием внутриквартальных свободных площадей достаточно газ подвести к кварталу с одной или двух сторон и предусмотреть внутриквартальные ответвления. Из этих соображений в одно кольцо можно заключить несколько многоэтажных кварталов. Окраинные кварталы с односторонним разбором газа следует рассматривать как прилегающие к газопроводу площади и окольцовывать не требуется.

При разработке схемы газоснабжения очень важно определить оптимальное число ГРП и правильно разместить их на территории города. Увеличение числа ГРП уменьшает радиус действия каждого из них, и, следовательно, уменьшаются диаметры газопроводов после ГРП и металловложения в сеть низкого давления, но это приводит к удорожанию системы за счет стоимости самих ГРП. В зависимости от расчетного расхода газа, плотность и этажность застройки города обычно ориентируются на пропускную способность одного ГРП 1500 - 4000 м3/ч и радиус его действия 0,5-1,0 км.

. Расчет расхода газа VКi, м3/ч, по отдельным кольцам производится по формуле

 

, (1.14)

и т.д

 

где FПi - площадь i-го кольца, га.

Расчет необходимо произвести для каждого кольца газовых сетей населенного пункта, а также определить общий расход газа.

Полученные данные сведем в таблицу

 

Таблица 1

Расход газа по отдельным кольцам

Кольца и площади вне колец         А Б
Расход газа, м3 2085,1 2318,855 1383,833 1243,580 598,414 93,502

 

Определить удельный расход газа на единицу длины периметра VУД.l.i, м3/(ч·м), для каждого кольца от равномерно распределенной нагрузки по формуле

 

(1.15)

 

где li - длина газопроводов по периметру i-го кольца, м.

Результаты расчетов свести в таблицу.

 

Таблица 2

Удельный расход газа на единицу длины периметра

Кольца        
Удельный расход, м3/(ч·м) 1,043 1,693 0,852 0,800

 


 

1.8 Определить путевые расходы газа VПi, м3/ч, на каждом участке сети

 

а) при одностороннем разборе газа (участок 1-2 рисунка 1) путевой расход определяется по формуле

 

, (1.16)

и т.д

 

где lУЧ1-2 - длина рассчитываемого участка (в данном случае - 1-2), м.

б) при двустороннем разборе газа (участок 2-8 рисунка 1) путевой расход определяется по формуле

 

, (1.17)

и т.д

 

в) Расход газа на прилегающие площади целиком прибавляется к путевому расходу газа на участке сети, к которому прилегает данная площадь (участок 8-7 рисунка 1)

 

,

и т.д(1.18)

 

Расчет необходимо произвести для каждого участка газовых сетей населенного пункта.

Суммарный путевой расход газа VП, м3/ч, определяется по формуле


 

,

(1.19)

 

после чего он сравнивается с общим расчетным часовым расходом газа на бытовые и коммунальные нужды. Допустимой считается разница между ними менее 5%. Если погрешность более 5%, то следует устранить неточности в расчетах.

Результаты расчетов записать в виде таблицы.

 

Таблица 3

Путевые расходы газа

Участок Путевой расход, м3 Участок Путевой расход, м3
1-2 338,829 8-9 338,829
2-3 914,001 9-1 854,891
3-4 1092,236 11-2 724,813
4-5 174,578 11-8 488,204
5-6 102,191 3-10 610,604
6-7 519,824 10-6 561,449
7-8 165,478 11-10 810,006

 

1.9 Определить узловые расходы газа VУЗi, м3/ч, для каждого узла по формуле

 

, (1.20)

и т.д

 

где ΣVП - сумма путевых расходов участков, примыкающих к узлу.

В тех случаях, когда на участке помимо равномерно распределенных путевых расходов VП, м3/ч, имеются сосредоточенные расходы VС, м3/ч, они включаются в узловые расходы в местах их присоединения в газовую сеть. Узловой расход в этом случае рассчитывается по формуле

 

,(1.21)

 

Суммарный узловой расход газа VУЗ, м3/ч, определяется по формуле

 

, (1.22)

 

после чего он также сравнивается с общим расчетным часовым расходом газа на бытовые и коммунальные нужды, за вычетом сосредоточенных расходов. Между ними допустимой считается разница менее 1%. Если погрешность более 1%, то следует устранить неточности в расчетах.

Результаты вычислений записать в таблицу.

 

Таблица 4

Узловые расходы газа

УзелУзловой расход, м3/чУзелУзловой расход, м3      
  596,829   342,651
  988,822   496,255
  1478,471   596,255
  633,456   991,029
  138,383   1011,512
  591,732    

 


 

1.10 Вычертить расчетную схему газопроводов и наметить желаемые направления потоков газа

 

На схеме наметить сначала главные направления потоков газа от ГРП к наиболее удаленным точкам населенного пункта и обозначить их стрелками. При этом следует стремиться обеспечить подвод газа к потребителям в дальних точках минимум по двум наикратчайшим направлениям. Затем наметить вспомогательные направления потоков газа, чтобы обеспечить продвижение газа от ГРП к периферии. Далее на схеме отметить так называемые нулевые точки, или точка схода потоков, т. е. узлы, в которых потоки газа сходятся, а выходящих расходов нет, кроме сосредоточенных, если они имеются в узле. Желательно, чтобы в кольцах длина участков с «положительными» (по часовой стрелке) направлениями потоков газа была примерно равна длине участков с «отрицательными» (против часовой стрелки) направлениями потоков газа, т. е. чтобы кольца были «равноплечные».

 

Вычислить расчетные расходы газа на участках, составляя для этого уравнения равновесия каждого узла

 

Если в уравнении равновесия узла неизвестны несколько расходов, то неизвестными расходами, за исключением одного, задаются, а один вычисляется. Величины расходов, которыми задаются, могут быть приняты произвольно, но они должны быть не менее половины путевых расходов для соответствующих участков. Если же расход, которым задаются, помимо путевого расхода включает и транзитный расход, то он должен быть учтен, т. е. в таком случае надо задаваться расходом . Расчетные расходы газа нанести на расчетную схему.

Для удобства вычислений расчетных расходов на участках на расчетную схему следует нанести узловые расходы. Вычисления необходимо начинать с дальних точек схода.

Вычисление расчетных расходов ведется в табличной форме

 

Таблица 5

Определение расчетных расходов

Узел Уравнение равновесия узла Задаемся расходом VPi, м3 Искомый расход газа на участке, м3
  VP 3-4+VP 4-5= Vуз 4 VP 4-5=87,264 VP 3-4 546,192
  VP 6-7+VP 7-8=Vуз 7 VP 7-8=82,736 VP 6-7 259,912
  VP6-5- VP 5-4= Vуз 5 - VP 6-5 221,327
  VP 10-6-VP 6-7- VP 6-5 =Vуз 6 - VP 10-6 1072,971
  VP 2-3+ VP 3-10- VP 3-4= Vуз 3 VP 3-10=305,302 VP 2-3 1719,361
  VP 10-11- VP 3-10- VP 10-6= Vуз 10 - VP 10-11 2369,302
  VP 1-2+ VP 1-9= Vуз 1 VP 1-9=427,445 VP 1-2 169,415
  VP 1-9+ VP 8-9=Vуз 9 - VP 8-9 169,415
  VP11-8- VP 8-9 - VP 8-7=Vуз 8 - VP 11-8 748,409
  VP 11-2- VP 2-1- VP 2-3 =Vуз 2 - VP 11-2 2877,597
  VГРП-VP 10-11- VP 2-11- VP 11-8- -VС =Vуз 11 - VГРП 7181,82

 

По балансу в узле 11, т. е. у ГРП,с учетом сосредоточенного расхода газа, проверяется правильность расчета: ΔVпогр.. Погрешность не должна превышать 8%.

Расчетные расходы газа записать в виде таблицы:

 

Таблица 6

Расчетные расходы газа на участках

Участок Расчетный расход, м3/ч Участок Расчетный расход, м3/ч
1-2 169,415 8-9 169,415
2-3 1719,361 9-1 427,445
3-4 546,192 11-2 2877,597
4-5 87,264 3-10 305,302
5-6 221,327 10-11 2369,302
6-7 259,912 10-6 1072,971
7-8 82,736 11-8 748,409

 


 

1.12 Для гидравлического расчета сети вычислить удельные потери давления на единицу длины газопровод различных направлениях от ГРП до самых удаленных точек - точек схода

 

Согласно СПиП 11-Г.13-66 давление газа на выходе из ГРП должно быть равным 3 кПа, а перепад давления в наружных распределительных газопроводах - 1,2 кПа. Перепад давления в газопроводах от ГРП до дальних точек схода должен максимально приближаться к 1,2 кПа, но не превышать этой величины. Удельная потеря давления определяется по формуле

 

, (1.23)

 

где Δр - удельные потери давления на участке, Па/м;

Н - общий перепад давления, Па;i - длина трубопровода, м

Потерю давления на тех участках, которые при расчете попадают повторно, надо принимать по направлению с меньшим значением Н, так как эти участки обслуживают несколько колец, являются ответственными и должны выполняться из труб большего диаметра. При определении удельных потерь давления на последующих направлениях из общего располагаемого перепада давления необходимо вычесть давления на участках, вошедших в одно из предыдущих направлений, т. е. для таких участков удельные потери давления

 

(1.24)

 

где Н - общий перепад давления (1,2 кПа);

ΣН - сумма потерь давления на участках, рассчитанных по предыдущим направлениям;

Σl - сумма длин участков рассчитываемого направления;

Σli - сумма длин участков, рассчитанных по предыдущим направлениям.

 

Δр11-2-1=

 

Результаты вычислений удельных потерь давления на участках газовой сети записать в виде таблицы.

 

Таблица 7

Удельные потери давления на участках газовой сети

Участок Удельные потери давления, Па/м Участок Удельные потери давления, Па/м
1-2 2,03 8-9 0,85
2-3 0,07 9-1 0,85
3-4 1,08 11-2 2,03
4-5 1,28 3-10 1,08
5-6 1,28 10-11 1,08
6-7 0,64 10-6 1,28
7-8 10,83 11-8 0,85

 


 

1.13 По величинам удельных потерь напора и расчетных расходов на участках по номограмме 1 приложения определить предварительные диаметры участков газопроводной сети

 

По определенным диаметрам газопроводов на участках по той же номограмме определить соответствующие им действительные удельные потери давления на длину участков, определить действительные линейные потери на трение на каждом участке в целом. К определенным линейным потерям давления на трение прибавить потери давления в местных сопротивлениях, принимая величину их равной 10% от линейных потерь на трение. Суммируя потери давления на участках полуколец, следит, чтобы «невязка» между суммарными потерями давления в полукольцах не превышала 10% от наименьших потерь давления в полукольце. При «невязке» потерь давления более 10% необходимо внести коррективы в ранее принятые расчеты и сделать увязку сети. Эта увязка может быть достигнута либо за счет переброски так называемых поправочных расходов с одного полукольца на другое, либо за счет изменения первоначально принятых диаметров на одном или нескольких участках полукольца.

Если участки полукольца, для которых изменены расходы или диаметры, являются общими и для смежных колец, то надо пересчитать все кольца. После пересчета суммы приходов и расходов газа в каждом узле должна быть равна нулю. Метод изменения диаметров участков газопроводов более обеспечивает ранее принятые желаемые распределения потоков газа, и поэтому следует воспользоваться им. Дальнейшие расчеты удобнее вести в табличной форме. Составлением таблицы и внесением в нее результатов расчетов увязка сети будет закончена и будут определены расчетом диаметры участков газопроводов. Их следует нанести на расчетную схему (рисунок 3).

 


 

Таблица 8

Гидравлический расчет кольцевой сети низкого давления

Кольцо Участок Длина участка l, м Расход газа, Vp, м3/ч Удельная потеря давления Δр, кПа/м Диаметр участка dн×s, мм Потери давления
            удельная действительная Δр, кПа/м на участке Δрl, кПа
  1-9   427,446 0,00085 219x6 0.00050 0.410
  9-8   169,415 0,00085 159x4 0.00047 0.153
  8-11   748,409 0,00085 273x7 0.00050 0.133
  11-2   2877,573 0,00203 325x8 0.00160 0.424
  2-1   169,414 0,00203 133x4 0.00120 0.390
  2-11   2877,573 0,00203 325x8 0.00160 0.424
  11-10   2373,646 0,00108 325x8 0.00140 0.455
  10-3   305,302 0,00108 219x6 0.00030 0.072
  3-2   1719,337 0,00007 426x9 0.00022 0.119
  3-10   305,302 0,00108 219x6 0.00030 0.072
  10-6   1077,315 0,00128 273x7 0.00100 0.340
  6-5   225,671 0,00128 159x4 0.00080 0.096
  5-4   87,288 0,00128 108x4 0.00095 0.195
  4-3   546,168 0,00108 219x6 0.00080 0.464
  11-8   748,409 0,00085 273x7 0.00050 0.133
  8-7   82,739 0,01083 70x3 0.00090 0.810
  7-6   259,912 0,00064 219x6 0.00022 0.144
  6-10   1077,315 0,00128 273x7 0.00100 0.340
  10-11   2373,646 0,00108 325x8   0.455

 

Провести расчет сети среднего давления по исходным данным, приведенным на рисунке 4. Недостающими данными необходимо задаться.

 

При выборе регулятора давления следует учитывать, что режим его работы зависит от перепада давления в дроссельном органе. При малых перепадах происходит докритическое истечение газа, а при определенном перепаде наступает критическое, когда скорость газа равна скорости звука в газовой среде. Это критическое отношение давления определяется зависимостью


 

,(1.25)

 

где К=срv - показатель адиабаты.

Для природных газов К=1,3, т. е. βкр≈0,5. Таким образом, регулятор будет работать: в докритическом режиме, когда р21≥0,5 (или р21≤2); в критическом режиме, когда р21<0,5 (или р21>2).

В нашем случае. Для обеспечения устойчивой работы регулятора давления в докритическом режиме согласно зависимости принимаем отношение рвыхвх=0,6. Тогда абсолютное давление перед регулятором рвх= рвых/0,6=0,15/0,6=0,25 МПа. С учетом возможных колебаний давления в сети и наличия потерь давления в арматуре до регулятора принимаем давление газа на входе в ГРП завода, а, следовательно, в конце нашей сети р3=0,3 МПа.

Для учета потерь давления в местных сопротивлениях сети необходимо увеличить фактическую длину ее участков на 10%. Величина средней квадратической разности абсолютных давлений для всей сети определяется по зависимости

 

,(1.26)

 

где р1 - давление на выходе из ГРС, МПа;

р3 - давление в конце сети, МПа;р - расчетная длина газопровода, км.

По номограмме 2 (приложение) найти диаметр газопровода на участке сети ГРС - ГРП населенного пункта по величине средней квадратической разности абсолютных давлений и расчетному расходу газа на участке.

По номограмме 3 (приложение) найти диаметр газопровода на участке сети ГРП населенного пункта - ГРП завода.

Например. Принимаем расчетную длину газопровода ГРС - ГРП завода

.

 

Величина средней квадратической разности абсолютных давлений для всей сети

 

.

 

По номограмме 2 находим, что найденному значению аср=0.042 и расчетному расходу газа на участке сети ГРС - ГРП населенного пункта Vр=7723.284 м3/ч соответствуют диаметры газопровода Dу=80 мм. Принимаем газопровод Dу=500 мм. Для которого при данном расходе газа величина аср=0,025. Соответствующее выбранному диаметру абсолютное давление газа перед ГРП населенного пункта р2 определится из соотношения

 

(0,38222)/(1,1×0,79)=0,35, откуда

МПа.

 

Для участка сети ГПР населенного пункта - ГРП завода

 

.

 

По номограмме 3 при аср2=0.074 и Vр=7181.82 м3/ч диаметр второго участка сети принимаем равным Dу=400 мм.

газоснабжение населенный внутридомовой газопровод




Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-03-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: