Расчет тупиковой системы газоснабжения

Цели и задачи работы

Цель работы: закрепить и обобщить знания по изучаемому предмету, привить навыки самостоятельной работы и научить применять полученные теоретические знания к решению практических задач.

Основные задачи: получить навыки определения расчетного расхода газа, выбора схемы газоснабжения, гидравлического расчета газопроводов.

 

Методика проведения лабораторной работы

Исходные данные: схема газовой сети, этажность застройки или плотность населения, размещение промышленных предприятий, климатологические сведения, в том числе данные о коррозионной активности грунтов, источники газоснабжения, состав газа и другие.

Расчет кольцевых газопроводов

 

В отличие от тупиковых газовых сетей, в которых направления потоков и расчетные расходы газа на участках сети определенны, в многокольцевых сетях и направления потоков, и количества газа, протекающие по расчетным участкам, не постоянны. Задачей гидравлического расчета таких сетей является определение диаметров участков сети, которые обеспечивают равномер­ность гидравлического режима всей сети и подачу всем потребителям требуемых количеств газа при заданных перепадах давле­ния.

Рис. 5.1. Распределение потерь давления в кольце

 

Если в тупиковых сетях из трех величин – расхода газа, допустимого перепада давления и диаметра газопровода – неизвестна одна, то задача решается легко. В кольцевых сетях, когда потоки газа могут распределиться по полукольцам нерав­номерно, из указанных трех величин известна только одна, а две другие необходимо определить.

Решение такой задачи базируется на двух условиях. Во-первых, на рассмотренном выше условии равновесия узла. Если приток газа к узлу считать положительным расходом, а выход газа из узла и расход газа в самом узле - отрицательным, то алгеб­раическая сумма расчетных расходов газа в узле должна быть равна нулю. Во-вторых, на условии, по которому сумма потерь давления в одном полукольце равна сумме потерь давления в другом полукольце (рис. 2.5):

Δp₁ + Δp₂ = Δp₃ + Δp₄ + Δp₅.

Если условно считать движение газа в кольце по часовой стрелке по­ложительным, а противоположное - отрицательным, то указанное условие можно сформулировать так: алгебраическая сумма потерь давления в любом кольце должна быть равна нулю. Практически это условие выполнить не всегда удается, и допускают, что неувязка потерь давления в полукольцах не должна превы­шать 10% от наименьшей потери давления в одном из полуколец.

 

Пример расчета кольцевой сети

Разработатьсхему газоснабжения рабочего поселка, представленного генеральным планом на рис. 5.2, по следующим исходным данным. Поселок снабжаетсягазом Ставропольского месторождения через ГРС, расположенную в 500 м от поселка. Избыточное давление газа на выходе из ГРС 2,8 кгс/см³. Застройка поселка 3 - 4-этажная с плотностью населения 350 чел/га. На территории поселка имеются сосредоточенные потребители газа: фабрика с расходом газа низкого давления 130 м³/ч и завод с расходом газа 500 м³/ч. Расположен поселок в климатическом поясе с расчетной температурой наружного воздуха -20° С.

 

 

 

Рис. 5.2. Генплан и газовые сети поселка

 

Длины участков, м: L_1-2 = 300, L_2-3 = 200, L_3-4 = 350, L_4-5 = 300, L_5-6 = 500, L_6-7 = 500, L_7-8 = 300, L_8-9 = 150, L_9-1 = 350, L_2-10 = 100, L_10-11 = 150, L_11-6 = 500, L_10-5 = 350, L_8-11 = 150.

Площади участков, га: А – 4, Б – 3, I – 7, II – 10, III – 5, IV – 8.

Расход газа на бытовые и коммунальные цели можно принять из расчета, что:

- на приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд газ используют 80% населения;

- бани посещают 20% населения;

- столовыми и ресторанами пользуются 20% населения;

- посещение поликлиник одним жителем - 10 раз в год;

- в больницах на 1000 жителей имеется 8 коек;

- школьников на 1000 жителей 200 человек;

- механизированные прачечные обслуживают 30% населения (при норме 100 кг сухого белья на 1 жителя в год);

- хлебозаводы выпекают на 1000 жителей 0,6 т/сутки хлебобулочных изделий.

Отопление жилых и общественных зданий за счет местных отопительных установок на газе 25% от общей их кубатуры. При этом на одного жителя приходится 50 м³ жилых зданий и 15 м³ общественных.

Решение

1. Определяем низшую теплоту сгорания исходного газа. Химический состав горючей части ставропольского газа, % по объему: метан - 98,7; этан - 0,3; пропан - 0,1; бутан - 0,1. Плотность газа р = 0,73 кг/м³.

Q_н = 85,5СН₄ + 152,3С₂Н₆ + 217,9С₃Н₈ + 283,4С₄Н₁₀ =

=85,5∙98,7 + 152,3∙0,33 + 217,9∙0,12 + 283,4∙0,04= 8560 ккал/м³.

2. Определяем численность населения N, чел., которая зависит от площади поселка и плотности населения:

N = F ∙ а,

где F - площадь застройки, га;

а - плотность населения, чел/га.

В нашем случае N = (7+10+5+8+3+ 4)∙350 = 12950 чел.

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

3. Определяем годовую потребность газа в тепловых единицах по нор­мам расхода, указанным в табл. 1.1.

На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд:

Q_быт= 12950∙0,8∙1 270 000 = 13,14 ∙10⁹ кал/год.

Расход газа на бани определяем, предусматривая еженедельное посеще­ние их каждым посетителем, т. е. из расчета 52 помывок на 1 человека в год:

Q_быт= 12950∙0,20∙52∙9000= 1,215 ∙10⁹ кал /год.

На столовые и рестораны с учетом трехразового питания:

Q_ст = 12950∙ 0,20 (1 + 0,5 + 0,5) ∙1000 ∙365 = 1,89 ∙10⁹ кал/год.

На поликлиники расход газа определяем по их пропускной способ­ности при 300 рабочих днях, т.е. 12950∙10/300 чел/сутки; следовательно,

Q_пол = 12950∙10∙20000/300 = 8,6 ∙10⁶ кал/год.

На больницы расход газа определяем из расчета расхода на приготовление пищи и горячей воды для хозяйственно-бытовых нужд и лечебные процедуры:

Q_бол = 12950∙8∙(760000 + 2200000)/1000 = 306 ∙10⁶ кал/год.

На школы: Q_шк = 12950∙200∙40000/1000 = 103,4 ∙10⁶ кал/год.

На механизированные прачечные:

Q_пр = 12950∙0,3∙100∙4800000/1000 = 1,864 ∙10⁹ кал/год.

На хлебозаводы расход газа определяем, принимая, что выпекается: хлеба формового - 0,3; батонов, булок и сдобы - 0,2 и кондитерских изделий - 0,1 т в сутки на 1000 жителей.

Q_хл.ф = 12 950∙0,3∙365∙420000/1000 = 595 ∙10⁶ кал/год.

Q_хл.бел = 12 950∙0,2∙365∙950000/1000 = 900 ∙10⁶ кал/год.

Q_{конд.изд} = 12 950∙0,1∙365∙1450000/1000 = 685 ∙10⁶ кал/год.

Q_хл. = (595 + 900 + 685) ∙10⁶ =2,18 ∙10⁹ кал/год.

Расход газа на бытовые и коммунальные нужды в итоге можно записать в следующем виде:

Q_быт (жилые дома).............…. 13,1400 ∙10⁹ кал/год;

Q_б (бани)....................……….. 1,2150 ∙10⁹ кал /год;

Q_ст (столовые и рестораны)... 1,8900 ∙10⁹ кал/год;

Q_пол (поликлиники)............…. 0,0086 ∙10⁹ кал/год;

Q_бол (больницы)..............……0,3060 ∙10⁹ кал/год;

Q_шк (школы)..................…….. 0,1034 ∙10⁹ кал/год;

Q_пр (прачечные).................…. 1,8640 ∙10⁹ кал/год;

Q_хл (хлебозаводы).............…. 2,1800 ∙10⁹ кал/год;

Итого» 20,707∙10⁹ кал/год.

Расход газа на мелкие коммунально-бытовые предприятия (ателье, мастерские, аптеки и пр.) принимаем в размере 10% расхода на бытовые и коммунальные нужды, т. е.

Q_мк-б = 0,1∙20707 ∙10⁶» 2,07 ∙10⁹ кал/год.

Тогда

Q_общ = 20707∙10⁶ + 2070∙10⁶ = 22,777 ∙10⁹ кал/год.

4. Расчетный часовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды находим по формуле

V_ком = k_m∙V_год.

По данным принимаем ближайшее к расчетной численности населения значение коэффициента часового максимума k_m= 1/2200. Расход газа на бытовые и коммунальные нужды при переводе из тепловых единиц в объем исходного газа составит

V_год= Q_общ/ Q_н = 22777 ∙10⁶/8560 = 2,65 ∙10⁶ м³/год.

Тогда V_ком = 2,65 ∙10⁶/2200» 1200 м³/ч..

5. Определяем расчетный часовой расход газа на отопление жилых и общественных зданий. В нашем случае на основании исходных данных общий объем отапливаемых зданий:

жилых - V_ж= 12950 ∙50» 650000 м³;

общественных - V_общ = 12950 ∙15» 194000 м³.

Принимаем по СНиП "Строительная климатология и геофизика" расчетную температуру воздуха внутри зданий: жилых - 18⁰С; обще­ственных - 16⁰С. Средняя тепловая характеристика отапливаемых зданий q_ср= 0,35 ккал/(м³∙ч∙⁰С). КПД отопительных установок при­нимаем h_от.уст= 0,75. Согласно заданию, установками на газовом топливе в поселке отапливается 25% помещений, т.е.

V_от.ж = 650000∙0,25 = 162500 м³ ;

V_от.общ = 194000∙0,25 = 48500 м³.

Расчетный часовой расход газа на отопление по формуле

Ввиду ограниченного числа больших общественных зданий в поселке рас­ход тепла на их вентиляцию не учитываем.

6. Общий расчетный часовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды с учетом отопления находим по формуле

V_ч = 1200 + 413 = 1613 м³/ч.

Считая этот расход равномерно распределенным по всей площади застройки поселка, удельный расход газа на единицу площади застройки определяем как:

V_уд.f = 1613/37 = 43,7 м³/ (ч∙га).

7. Наносим на генплан поселка схему газовых сетей и замеряем длины расчетных участков. При­нимаем для газоснабжения поселка кольцевую сеть низкого давления и тупиковую сеть среднего давления. К сети низкого давления подключаем сосредоточенную нагрузку фабрики, а к сети среднего давления - сосредоточенную нагрузку завода. Площади Аи Б (см. рис. 5.2) рассматриваем как прилегающие к газопроводу низкого давления и не окольцовываем.

8. Расход газа по отдельным кольцам находим по формуле

V_к = F_п∙V_уд.f.

Для кольца 1: V₁ = F₁∙V_уд.f= 7∙43,7= 306 м³/ч.

Для кольца2: V₂ = F₂∙V_уд.f = 10∙43,7 = 437 м³/ч.

Для площади А: V_А = 4∙43,7 = 174 м³/ч и т. д.

В итоге можно записать:

 

Кольца и площади вне колец......... 1 2 3 4 А Б

Расход газа, м³/ч. ………………. 306 437 218 348 174 130

Общий расход газа: 1613 м³/ч.

9. Определяем удельные расходы газа на единицу длины периметра каждого кольца от равномерно распределенной нагрузки:

для кольца 1: V_уд.L1= V₁/L₁= 306/1300= 0,235 м³/(ч∙м);

для кольца 2: V_уд.L2= V₂/L₂= 437/1500= 0,281 м³/(ч∙м) и т.д.

В итоге удельные расходы газа по длине газопроводов:

 

Кольца........…………………. 1 2 3 4

Удельный расход, м³/(ч∙м)..... 0,235 0,281 0,150 0,290

 

10. Определяем путевые расходы газа на участках сети. При этом необ­ходимо учитывать односторонний и двусторонний расход газа на участке. Для окольцованных кварталов этот расход определяется по удельный расходам в кольцах, в которые заключены кварталы, а расход газа на приле­гающие площади прибавляется целиком к путевому расходу газа на участке сети, к которому прилегает данная площадь:

для участка 1-2: V_{п 1-2}= L _1-2 ∙V_уд.4 = 300∙0,29= 87 м³/ч;

для участка 2-10: V_{п 2-10}= 100 ∙ (0,235 + 0,29) = 52,5 м³/ч;

для участка 5-6: V_{п 5-6}= 500 ∙ 0,281 + 174 = 314 м³/ч и т. д.

Результат можно записать в форме таблицы 5.1.

Таблица 5.1