А.И. Колосов, Г.Н. Мартыненко, С.В. Чуйкин

А.И. Колосов, Г.Н. Мартыненко, С.В. Чуйкин

РАСЧЕТ ГАЗОВЫХ СЕТЕЙ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ

Учебно-методическое пособие для студентов бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство»

всех форм обучения

 

Воронеж 2017

УДК 696.2

ББК 38.763

 

Рецензенты:

Кафедра электротехники, теплотехники и гидравлики Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры В.М. Попов

Начальник службы филиала ОАО «Газпром газораспределение Воронеж» в г. Воронеже Р.А. Кумаков

Колосов, А.И., Мартыненко, Г.Н., С.В. Чуйкин

Расчет газовых сетей населенных пунктов / А.И. Колосов, Г.Н. Мартыненко, С.В. Чуйкин; ВГТУ. – Воронеж, 2017 – 94 с.

 

Представлен материал для определения состава, объема и последовательности выполнения курсового и технологической части выпускных квалификационных работ по газоснабжению населенных пунктов. Приводятся краткие теоретические сведения, методики по выполнению необходимых расчетов и таблицы оформления результатов вычислений.

Предназначено для обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство» всех форм обучения.

 

Ил. 50. Табл. Библиогр.:

 

УДК 696.2

ББК 38.763

 

 

Печатается по решению учебно-методического совета ВГТУ

 

© А.И. Колосов, Г.Н. Мартыненко, С.В. Чуйкин, 2017

© ВГТУ, 2017

ВВЕДЕНИЕ

Целью курса «Газопроводы» является изучение свойств газообразного топлива, систем газоснабжения городов, поселков, промышленных предприятий, объектов сельской местности; путем повышения эффективности использования газообразного топлива.

Выполнение курсового проекта имеет целью закрепить теоретический материал по основным вопросам курса «Газопроводы», приобрести навыки самостоятельной работы в области проектирования систем газоснабжения и опыт работы со справочной и специальной литературой.

В задании на курсовой проект указываются:

1) климатический район газифицируемого населенного пункта;

2) вид покрытия проездов и тротуаров;

3) размеры селитебной территории на одного человека;

4) наружный строительный объем жилых зданий на одного человека;

5) источник газоснабжения;

6) давление газа в точке подключения (после газораспределительной станции (ГРС));

7) расстояние от ГРС до городской газовой сети;

8) расположение ГРС относительно района города;

9) процент охвата газоснабжением хозяйственно-бытовых, коммунальных и сосредоточенных потребителей.

К заданию на курсовой проект прилагается: генеральный план проектируемого района с указанием этажности каждого квартала; план расчетного квартала.

Курсовой проект по дисциплине «Газопроводы» состоит из двух разделов:

1. Газоснабжение населенного пункта;

2. Газоснабжение внутриквартального газопровода.

В содержание проекта входит:

1. Расчетно-пояснительная записка (объем 20-40 стр.), которая состоит: а) введение; б) содержание; в) расчет характеристик газообразного топлива; г) расчет численности населения проектируемого района по идентичным зонам застройки; д) расчет потребления газа по зонам застройки; е) трассировка газопроводов и определение оптимального количества газораспределительных пунктов (ГРП); ж) определение путевых и расчетных расходов газа по участкам кольцевой сети; з) гидравлический расчет газопроводов; и) расчет внутриквартального газопровода; к) список используемых источников.

2. Графическая часть проекта (объем 2 листа формата А1 состоит: а) генеральный план проектируемого района города (М1:5000) с нанесением газопроводов высокого (среднего) и низкого давлений; б) расчетные схемы газопроводов высокого (среднего) и низкого давлений с указанием расходов газа, длин расчетных участков и диаметров; в) план расчетного квартала (М1:1000) с трассировкой газопроводов низкого давления; г) продольный профиль участка газопровода; д) принципиальная схема проектируемого ГРП.

В проекте необходимо разработать двухступенчатую систему распределения газа с выполнением первой ступени газопроводами высокого (среднего) давления, а второй – низкого давления. От сети высокого (среднего) давления запроектировать сосредоточенные потребители: ГРП, котельную, хлебозавод, баню, прачечную, промышленные предприятия. От сети низкого давления проектируются хозяйственно-бытовые и коммунальные потребители. Сеть низкого давления рекомендуется выполнить кольцевой, а высокого (среднего) давления – тупиковой.

 

РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЕНИЯ ГАЗА

Городские потребители расходуют газ неравномерно. Для выявления особенностей неравномерности расхода газа потребителей условно подразделяют на следующие основные категории:

а) бытовые (приготовление пищи и нагревание воды в квартирах жилых домов);

б) коммунально-бытовые (бани, прачечные, общественные, лечебные, детские и прочие учреждения);

в) отопление, вентиляция и централизованное горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий;

г) промышленное потребление для технологических и энергетических нужд пред­приятия;

д) потребление газа электростанциями для выработки электроэнергии, горячей воды и пара.

Расход газа определяют отдельно на каждую категорию потребителей.

 

ТРАССИРОВКА ГАЗОВЫХ СЕТЕЙ

Трассы газопроводов проектируют из условия минимальной протяжённости сети. При этом газопроводы высоких давлений стараются прокладывать по окраинам города, где небольшая плотность населения и меньшее число подземных коммуникаций.

Сети низкого давления состоят из уличных распределительных газопроводов, абонентских ответвлений, подводящих газ к зданию и внутридомовых газопроводов, которые распределяют газ между отдельными приборами внутри здания. Для сети низкого давления длина абонентских ответвлений до вводов в здания принимают не более 50-100 метров.

Для повышения надежности газоснабжения сети кольцуют. В сетях низкого давления целесообразно кольцевать только распределительные газопроводы, а второстепенные (абонентские ответвления) выполнять тупиковыми разветвленными.

При трассировке сетей низкого давления на генплане определяют главный проезд района. Затем, учитывая, что газопроводы по главным проездам не прокладывают, по соседним параллельным проездам намечают трассы газопроводов. Точно также намечают трассы и в перпендикулярном направлении. После анализа лишние трассы газопроводов убирают.

После нанесения трассы газопроводов низкого давления выделяют замкнутые контуры, которые должны составить основную кольцевую часть сети. По этим контурам направляют основные транзитные потоки. По участкам, представляющим внутренние пересечения этих контуров, транзитные потоки не направляют.

Точку питания (ГРП) располагают в центре главных контуров и так, чтобы потоки газа были направлены к потребителям по возможности кратчайшим путем. Точки встречи потоков располагают диаметрально противоположно точке питания. При определении точек встречи потоков необходимо стараться выполнить условие увязки ветвей. Оно заключается в равенстве длин участков газопроводов от ГРП до точек встречи потоков и от точек разветвления до точек встречи потоков. Обратное движение газа (в сторону того же ГРП) при выборе точек встречи потоков не допускается. В противном случае схема газовой сети получится не экономичной. Пронумеровав точки встречи потоков по всем направлениям движения газа, приступают к разбивке сети на расчетные участки. Удобно точки встречи потоков и точки разделения расчетных участков располагать на пересечении уличных проездов. Порядок нумерации произвольный, так как он на результаты расчетов влияния не оказывает. Головные участки, примыкающие к точке питания должны быть взаимосвязанными, поэтому их расчетные расходы принимают примерно одинаковыми. Расчетные схемы газопроводов низкого и среднего (высокого) давлений в масштабе генплана вычерчиваются отдельно.

 

4.1 Расчет оптимального количества ГРП (газорегуляторных пунктов)

При проектировании ГРП возникает вопрос об экономически оптимальном радиусе действия ГРП.

С увеличением числа ГРП уменьшается стоимость сети низкого давления, но повышается общая стоимость ГРП, а также стоимость сети среднего давления, которая питает ГРП.

Под радиусом действия R, м, ГРП понимают среднее расстояние по прямой от ГРП до точек встречи потоков газа на границе раздела.

ГРП имеет пропускную способность около 1000-3000 .
Оптимальным радиусом действия считается R = 400-800 м.

Величину радиуса действия ГРП можно определить по формуле:

. (4.1)

Где n- число ГРП.

F – газифицированная площадь, включающая площадь проездов.

Количество ГРП уточняют по формуле:

. (4.2)

Оптимальную пропускную способность (нагрузку) одного ГРП определяют:
. (4.3)

Где m – средняя плотность населения на 1 га площади застройки, чел/га, определяют согласно формулы (2.7).

e - удельный часовой расход газа на одного человека, учитывающий потребителей, присоединённых к сетям низкого давления, , определяют согласно формулы (3.23).

Далее уточняют количество ГРП:

. (4.4)

Пример гидравлического расчета кольцевой газовой сети низкого давления

Рассчитать схему газоснабжения кольцевой сети низкого давления рабочего поселка, представленную на рис. 6.2., по указанным далее исходным данным.

Рис.6.2. Расчетная схема кольцевой газовой сети низкого давления

 

Длины участков газопроводов, м: L_ГРП-1=25 м, L_1-2=400 м, L_1-7=400 м,

L_2-3=620 м, L_3-4=400 м, L_4-10=400 м, L_1-5=310 м, L_4-5=310 м, L_5-6=200 м, L_8-10=310 м, L_7-8=310 м, L_8-9=200 м, L_7-12=420 м, L_11-12=500 м, L_2-11=700 м.

Сеть выполнена в виде трех колец, площадь каждого кольца составляет: F_I=24,8 га; F_II=24,8 га; F_III=16,8 га.

Расчетный расход газа на сеть низкого давления составляет Q_р^НД=3000 м³/ч.

Определим сосредоточенный часовой расход каждого кольца по формуле (5.1):

.

 

Определим периметры каждого кольца:

= 25+310+310+200+400+

+620+400=2265 м.

= 25+310+

+310+400+310+310+400+200=2265 м.

= 25+400+700+500+420+400=

=2445 м.

Определим удельные путевые расходы газа по формуле (5.2):

Результаты расчета удобно представить в виде таблицы 6.2.

Таблица 6.2

Показатель зоны	Нумерация колец
I	II	III
Qi, м3/ч	1120,5	1120,5	759,04
Пi, м
qi,	0,495	0,495	0,31

Далее определяем удельные путевые расходы для каждого участка, которые равны сумме удельных путевых расходов зон питаемых от данного участка.

Далее определяем путевые расходы газа для каждого участка по формуле (5.3):

Результаты расчета занесем в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

Показатель участка	Нумерация участков
ГРП-1	1-2	1-7	2-3	3-4	4-10	1-5	4-5
Lrk, м
qуч.	1,3	0,805	0,805	0,495	0,495	0,495	0,99	0,99
QПуч., м3/ч	32,5			306,9			306,9	306,9
Показатель участка	Нумерация участков
5-6	8-10	7-8	8-9	7-12	11-12	2-11
Lrk, м
qуч.	0,495	0,495	0,495	0,495	0,31	0,31	0,31
QПуч., м3/ч		153,45	153,45		130,2

Для проверки правильности вычислений используем формулу (5.4):

. Условие выполнено, значит расчет верный.

Определим расчетные расходы участков, оканчивающихся конечными узлами. Такие участки не имеют транзитного расхода газа, поэтому расчетный расход газа можно определить по формуле (5.7):

К таким участкам относят:

Далее выбираем промежуточные узлы с одним неизвестным расчетным расходом газа:

 

 

 

 

 

 

 

Далее выполняем проверку правильности расчетов по формуле (5.10):

≤ 3%. Расчет выполнен верно.

Определяем гидравлические потери давления на участках газовой сети, зная, что =1080 Па. Исходя из этого можем распределить среди расчетных участков сети по методу средних гидравлических уклонов.

Выбираем любое направление движения газа (от узла питания до точки схода потоков газа) по полукольцам и вычисляем средний гидравлический уклон.

Выбираем I кольцо. Для него гидравлические уклоны по формуле (6.2) равны:

Выбираем II кольцо. Для него гидравлические уклоны равны:

 

Выбираем III кольцо. Для него гидравлические уклоны равны:

 

 

Определим потери давления по каждому участку по формуле (6.4):

Для проверки расчётов вычисляется сумма по всем направлениям от узлов питания до конечных узлов (точки сходов потоков газа).

Суммы должны быть .

Выбираем первое направление в кольце I:

Процент невязки определяем по формуле (6.5):

Условие выполнено.

Выбираем второе направление в кольце I:

Определим процент невязки по формуле (6.5):

Условие выполнено.

Выбираем третье направление в кольце I:

Определим процент невязки по формуле (6.5):

Условие выполнено.

Выбираем первое направление в кольце II:

Условие выполнено.

Выбираем второе направление в кольце II:

Условие выполнено.

Выбираем третье направление в кольце II:

Условие выполнено.

Выбираем первое направление в кольце III:

Условие выполнено.

Выбираем второе направление в кольце III:

Условие выполнено.

Результаты расчета занесем в таблицу 6.4.

 

Таблица 6.4

Результаты гидравлического расчета газовой сети низкого давления

№ участка	Длина расчетного участка, Lр, м	Расчетный расход газа, Qр, м3/ч.	Гидравлический уклон, R, Па/м.	Диаметр участка, (dн*s), мм	Перепад давления, Рр, Па	Фактический гидравлический уклон, Rф, Па/м	Фактический перепад давления участка, Рф, Па	Результат гидравлической увязки колец
Исправленный диаметр, (dн*s), мм	Исправленный перепад давления, Рр, Па	№ кольца	% окончательной невязки кольца, δРк,
ГРП-1		2984,1	1,033	426*9	25,825	0,75	18,75			I,II,III	3,02;6,2;2,8
1-2		684,9	1,033	273*7	413,2	0,5		219*6		I,III	3,02;2,8
1-7		852,1	1,034	273*7	413,6	0,7		219*6		II,III	6,2;2,8
2-3		153,5	1,033	133*4	640,46	1,0				I	3,02
3-4			1,034	133*4	413,6	0,5				I	3,02
4-10			1,033	133*4	413,2	0,5		114*4		II	6,2
1-5		955,4	1,034	273*7	320,54	0,85	263,5	219*6	883,5	I,II	3,02;6,2
4-5		549,5	1,034	273*7	320,54	0,3		219*6	322,4	I,II	3,02;6,2
5-6		49,5	3,67	75*4		3,3				I	3,02
8-10		76,7	1,034	106*4	320,54	0,78	241,8	89*3		II	6,2
7-8		329,2	1,034	219*6	320,54	0,42	130,2			II	6,2
8-9		49,5	1,6	75*4		3,3				II	6,2
7-12		220,1	0,696	219*6	292,3	0,15		159*4		III	2,8
11-12		77,5	0,696	133*4		0,27		114*4		III	2,8
2-11		108,5	0,92	133*4		0,5		114*4		III	2,8

По номограмме выбираем два ближайших стандартных диаметра трубопроводов и заносим в таблицу 6.5.

Таблица 6.5

Выбор оптимального диаметра газопровода на расчетном участке

№ расчетного участка	, мм	Rф, Па/м
левый	правый	левый	правый
ГРП-1	426*9	325*8	0,75	2,9
1-2	273*7	219*6	0,5	1,4
1-7	273*7	219*6	0,7	2,3
2-3	133*4	114*4	1,0	2,5
3-4	133*4	114*4	0,5	1,1
4-10	133*4	114*4	0,5	1,1
1-5	273*7	219*6	0,85	2,85
4-5	273*7	219*6	0,3	1,04
5-6	75*4	60*3	3,3
8-10	106*4	89*3	0,78	2,2
7-8	219*6	159*4	0,42	2,15
8-9	75*4	60*3	3,3
7-12	219*6	159*4	0,15	0,8
11-12	133*4	114*4	0,27	0,8
2-11	133*4	114*4	0,5	1,5

Для заполнения колонки 12 табл.6.4. необходимо выполнить гидравлическую увязку сети, которая заключается в проверке II закона Кирхгофа. Для этого используем формулу (6.7).

Определим путем вычитания из первого направления второе направление I кольца.

Условие невязки не выполнено, значит необходима корректировка диаметров газопроводов.

На расчетном участке 1-2 меняем размер диаметра на другой ближайший стандартный. Тогда имеем:

Процент невязки не превышает 10%, значит расчет выполнен верно и не требует дальнейшей корректировки.

Выполняем аналогичный расчет для II кольца.

Определим путем вычитания из первого направления второе направление II кольца.

Условие невязки не выполнено, значит необходима корректировка диаметров газопроводов.

На расчетных участках 8-10, 1-5, 5-4, 4-10 меняем размер диаметра на другой ближайший стандартный. Тогда имеем:

Процент невязки не превышает 10%, значит расчет выполнен верно и не требует дальнейшей корректировки.

Определим путем вычитания из первого направления второе направление III кольца.

Условие невязки не выполнено, значит необходима корректировка диаметров газопроводов.

На расчетных участках 2-11, 1-7, 7-12, 12-11 меняем размер диаметра на другой ближайший стандартный. Тогда имеем:

Процент невязки не превышает 10%, значит расчет выполнен верно и не требует дальнейшей корректировки.

 

Пример гидравлического расчета тупиковой газовой сети низкого давления

Рис. 6.3 Расчетная схема тупиковой сети низкого давления от ШРП

Расчетный расход газа на тупиковую сеть низкого давления составляет Q_шрп =583 м³/ч по ранее выполненному расчету. Дины расчетных участков равны: l_1-2=240 м, l _2-3=150 м, l _3-4=280 м, l _2-5=290 м, l _3-6=150 м, l _2-7=160 м.

Определим удельный путевой расход газа по формуле:

Определим путевые расходы газа на расчетных участках:

Q^п_1-2=0,454·240=108,96 м³/ч; Q^п_2-3=0,454·150=68,1 м³/ч;

Q^п_3-4=0,454·280=127,12 м³/ч; Q^п_3-6=0,454·150=68,1 м³/ч;

Q^п_2-5=0,454·290=131,66 м³/ч; Q^п_2-7=0,454·160=72,64 м³/ч;

Определим транзитных расходы газа на расчетных участках:

Q^тр_3-6= Q^тр_3-4=0 м³/ч;

Q^тр_2-3= Q^п_3-6+Q^п_3-4=68,1+127,12=195,22 м³/ч;

Q^тр_2-5= Q^тр_2-7=0 м³/ч;

Q^тр_1-2= Q^тр_2-3+Q^п_2-3+ Q^п_2-5+ Q^п_2-7=195,22+68,1+131,66+72,64=467,7 м³/ч;

Определим расчетные расходы газа на участках, не имеющих транзитного газа:

Q^р_3-6=0,5·68,1=34,05 м³/ч;

Q^р_3-4=0,5·127,12=63,56 м³/ч;

Q^р_2-5=0,5·131,66=65,83 м³/ч;

Q^р_2-7=0,5·72,64=36,32 м³/ч.

Определим расчетный расход газа на остальных участках, имеющих транзитный газ:

Q^р_2-3= Q^тр_2-3+0,5·Q^п_2-3=195,22+0,5·68,1=229,1 м³/ч;

Q^р_1-2= Q^тр_1-2+0,5·Q^п_1-2=467,7+0,5·108,96=522,2 м³/ч.

Выполним проверку расчетов:

Q^р_1-2+Q^уз= Q_шрп=522,2+54,4=577,6 м³/ч;

Условие выполнено, значит расчет окончен.

Определим величину гидравлического уклона по формуле:

Определим потери давления на расчетных участках:

∆Р_1-2= R^1-2·l_1-2=1,61·240=386,4 Па;

∆Р_2-3= R^2-3·l_2-3=1,61·150=241,5 Па;

∆Р_3-4= R^3-4·l_3-4=1,61·280=450,8 Па;

∆Р_3-6= R^3-6·l_3-6=3,01·150=451,5 Па;

∆Р_2-5= R^2-5·l_2-5=2,39·290=693,1 Па;

∆Р_2-7= R^2-7·l_2-7=4,34·160=694,4 Па.

Определим давления в конечных точках расчетных участков:

Р^к_1-2=3000-386,4=2613,6 Па;

Р^к_2-3=2613,6-241,5=2372,1 Па;

Р^к_3-4=2372,1-450,8=1921,3 Па;

Р^к_3-6=2372,1-451,5=1920,6 Па;

Р^к_2-5=2613,6-693,1=1920,5 Па;

Р^к_2-7=2613,6-694,4=1920,0 Па.

Определим фактические потери давления на расчётных участках:

∆Р^ф_1-2= R^ф_1-2·l_1-2=1,3·240=312,0 Па;

∆Р^ф_2-3= R^ф_2-3·l_2-3=0,75·150=112,5 Па;

∆Р^ф_3-4= R^ф_3-4·l_3-4=1,7·280=476,0 Па;

∆Р^ф_3-6= R^ф_3-6·l_3-6=5,2·150=780,0 Па;

∆Р^ф_2-5= R^ф_2-5·l_2-5=2,3·290=667,0 Па;

∆Р^ф_2-7= R^ф_2-7·l_2-7=5,3·160=848,0 Па;

Определим фактическое значение давлений в конечных точках участков:

Р^к.ф_1-2=3000-312,0=2688,0 Па;

Р^к.ф_2-3=2592-112,5=2575,5 Па;

Р^к.ф_3-4=2524,5-476,0=2099,5 Па;

Р^к.ф_3-6=2524,5-780,0=1795,5 Па;

Р^к.ф_2-5=2592-667,0=2021,0 Па;

Р^к.ф_2-7=2592-848,0=1840,0 Па;

Полученные результаты сведены в таблицу 6.6.

Таблица 6.6

Результаты гидравлического расчета тупиковой сети низкого давления

№ уч.	l, м	Qп, м3/ч	Qтр, м3/ч	Qp, м3/ч	R, Па/м	Rф, Па/м	∆Р, Па	∆Рф, Па	Ркф, Па	Dн×S (ст),мм	Dн×S (пэ),мм
1-2		108,9	467,7	522,2	1,61	1,3	386,4	312,0	2688,0	219×6
2-3		68,1	195,2	229,3	1,61	0,75	241,5	112,5	2575,5	159×4
3-4		127,1	0,0	63,56	1,61	1,7	450,8	476,0	2099,5	89×3
3-6		68,1	0,0	34,05	3,01	5,2	451,5	780,0	1795,5	57×3
2-5		131,7	0,0	65,83	2,39	2,3	693,1	667,0	2021,0	89×3
2-7		72,64	0,0	36,32	4,34	5,3	694,4	848,0	1840,0	57×3

 

Пример гидравлического расчета тупиковой газовой сети среднего (высокого) давления

К сетям среднего и высокого давлений присоединяются промышленные предприятия, хлебозаводы, банно-прачечные комбинаты, котельные или теплоэлектроцентрали, а также газорегуляторные пункты.

В качестве исходных данных для расчёта выступает схема, представленная на рис. 6.5.

 

 

Рис.6.5. Расчетная схема тупиковой газовой сети среднего давления

 

Длины участков газопроводов:

L_1-2=300 м, L_2-3=250 м, L_3-4=300 м, L_2-5=200 м, L_3-6=200 м, L_4-7=200 м,

L_4-8=100 м, L_4-9=100 м.

Расчетные расходы газа для каждого сосредоточенного потребителя равны:

Q_БПК=395 м³/ч, Q_ТЭЦ=8213 м³/ч, Q_ХЗ=200 м³/ч, Q_ПП=1540 м³/ч, Q_ГРП=6380 м³/ч.

Величины абсолютного давления перед населенным пунктом и сосредоточенными потребителями составляют:

Р₁=1,2 МПа, Р₅=0,4 МПа, Р₆=0,6 МПа, Р₇=0,3 МПа, Р₈=0,28 МПа, Р₉=0,25 МПа.

Далее определяем расчетный расход газа на участках:

Q_3-4= Q_ГРП + Q_БПК + Q_ХЗ= 6380 + 395 + 200 = 6975 м³/ч;

Q_2-3= Q_3-4 + Q_ТЭЦ = 6975 + 8213 = 15188 м³/ч;

Q_1-2= Q_2-3 + Q_ПП= 15188 + 1540 = 16728 м³/ч.

Далее выбираем главное направление от узла питания, которое является самым длинным и нагруженным. По этому направлению рассчитываем средний гидравлический уклон по формуле (6.8):

Последовательно рассматриваем каждый участок выбранного направления и высчитываем давление в промежуточных точках по формуле (6.9):

Определяем потери давления по участкам по формуле (6.10):

Определяем стандартный диаметр трубопроводов по номограмме из приложения 8, рис. П.8.2., которые равны:

Вычисляем фактическое давление в узлах с учетом выбранных стандартных диаметров по формуле (6.12):