Проект двоступеневої системи газопостачання населеного пункту

Міністерство освіти і науки України Національний авіаційний університет Кафедра авіаційних двигунів КУРСОВА РОБОТА з дисципліни: «Системи газопостачання»

На тему:"Проект двоступеневої системи газопостачання населеного пункту"

Виконав:

Домашенко В.О.

Прийняв викладач:

Нікітіна Г. М.

Київ 2013

1. Вихідні дані

1. Генплан населеного пункту (у масштабі).

2. Поверховість забудови окремих кварталів:

Зона 1…3-ти поверхова;

Зона 2…9-ти поверхова;

Зона 3…6-х поверхова;

3. Склад природного газу:

Метан CH_4.…89,3%

Етан C₂H_6.…5,8%

Пропан C₃H₈…1,0%

Бутан C₄H₁₀…0,8%

Пентан C₆H₁₂…0,2%

Азот N₂…2,6%

Вуглекислий газ CO₂…0,3%

4. Тиск природного газу на виході з ГРС… P_п = 0,42 МПа

5. Годинні витрати природного газу промисловими підприємствами:

Підприємство 1… V_пп1=1,5 млн. м³/рік;

Підприємство 2… V_пп2=2,7 млн. м³/рік;

Підприємство 3… V_пп3=3,9 млн. м³/рік;

6. Годинні витрати газу АГНКС… V_АГНКС= 500 м³/год;

2. Характеристика населеного пункту За допомогою креслення генплану населеного пункту визначаю загальні площі окремих кварталів. Ширину вуличних проїздів приймаю 80 м. Отже площі окремих кварталів дорівнюють:

Площа кварталу № 1…S_кв1=17,64 га;

Площа кварталу № 2…S_кв2=17,64 га;

Площа кварталу № 3…S_кв3=9,9 га;

Площа кварталу № 4…S_кв4=17,64 га;

Площа кварталу № 5…S_кв5=8,82 га;

Площа кварталу № 6…S_кв6=8,82 га;

Площа кварталу № 7…S_кв7=17,64га;

Площа кварталу № 8…S_кв8=8,82 га;

Площа кварталу № 9…S_кв9=8,82 га;

Площа кварталу № 10… S_кв10=19,83га.

Визначаю число жителів у кожному кварталі за щільністю населення n (кількість жителів, що проживають на одному гектарі загальної площі кварталу, в залежності від поверховості житла). Параметр n визначаю з таблиці для заданої поверховості забудови. В даному випадку маємо:

3-ти поверхова зона… n_3пов= 289чол/га;

9-ти поверхова зона… n_9пов= 467 чол/га;

6-х поверхова зона… n_6пов=378 чол/га;

Визначаю число жителів у кожному кварталі за формулою:

N_кв=S_квn_кв,

де S_кв — площа кварталу, га;

n_кв — щільність населення, чол./га. Величина n_кв визначається з таблиці.

природний газ опалення водопостачання

чол.

чол.

чол.

чол.

чол.

чол.

чол.

чол.

чол.

чол.

Визначаю загальну житлову площу всіх квартир у кожному кварталі за формулою:

F_ж=S_кв •f_кв

де f_кв — щільність житлового фонду приймається з таблиці, м²/га. Щільність населення вибирається в залежності від поверховості забудови і дорівнює:

3-ти поверхова зона…2500 м²/га;

9-ти поверховазона…3900 м²/га;

6-х поверхова зона…3200 м²/га.

Отже, загальна житлова площа дорівнює:

м²

м²

м²

м²

м²

м²

м²

м²

м²

м²

Результати розрахунків зводжу у таблицю 1:

Розрахунок чисельності населення і житлової площі

Таблиця 1

3. Основні показники природного газу Склад природного газу приймається згідно з варіантом. Нижча теплота згорання газу визначається за формулою :

;

де — об'ємні частки окремих компонентів у складі газу. Нижча теплота згоряння дорівнює:

Дж/м³

Густина газу при нормальних умовах визначається як сума добутків густини компонентів та їх число об'ємних часток:

Густину окремих компонентів можна визначити за молекулярною масою м та числом Авогадро:

Обчислюю густину природного газу при нормальних умовах:

кг/м³

Визначаю відносну густину природного газу за формулою:

де — густина повітря при нормальних умовах.

Газову сталу природного газу розраховуємо за відомою газовою сталою повітря, яка дорівнює

4. Визначення розрахункових годинних витрат газу окремими споживачами Всі види споживання газу населеними пунктами розділяються на чотири категорії:

· побутове споживання (приготування їжі та гарячої води, а також прання білизни у квартирах);

· споживання газу для опалення, вентиляції та гарячого водопостачання житлових і громадських будинків;

· промислове споживання (витрати газу на технологічні потреби підприємств і на внутрішні заводські котельні).

4.1 Побутове споживання В залежності від рівня комфортності квартир існують норми витрат теплоти на одного мешканця:

· для квартир, що обладнані газовими плитами і системами централізованого гарячого водопостачання (ПГ+ЦВГ), будівельними нормами і правилами передбачається норма витрат теплоти на одного мешканця:

· для квартир, що обладнані плитами і газовими водонагрівачами (колонками газовими) (ПГ+КГ), передбачається норма:

· для квартир, обладнаних тільки газовими плитами (ПГ):

Дані про рівень комфортності житлових будинків по окремим зонам забудови кварталів населеного пункту зводжу у таблицю 2.

Таблиця 2

де x_i— відсоток жителів, у квартирах яких встановлено відповідне газове обладнання.

Визначаю річні витрати природного газу на побутові потреби (без урахування витрат газу на прання білизни) для будь-якої зони забудови населеного пункту визначається за формулою:

де — річні витрати природного газу на побутові потреби, м³/рік;

— кількість жителів, що мешкають у даній зоні забудови;

— відсоток жителів даної зони, що мають певний рівень комфортності квартир;

— норма витрат теплоти на одного жителя за рік;

— нижча теплота згорання природного газу.

Річні витрати природного газу на побутові потреби дорівнюють:

м³/рік м³/рік;

м³/рік;

Результати розрахунків річних витрат газу на побутові потреби зводжу у таблицю 3.

Таблиця 3. Річні витрати газу на побутові потреби

Розрахункові годинні витрати газу на побутові потреби визначаю у відповідності до рекомендацій будівельних норм і правил як частка річних витрат газу за формулою:

де — розрахункові годинні витрати газу на побутові потреби, м³/год.;

— коефіцієнт годинного максимуму, який дорівнює .

Результати річних і годинних витрат газу на побутові потреби заносимо до таблиць.

Таблиця 4. Годинні витрати газу для побутових потреб

4.2 Споживання газу для опалення та гарячого водопостачання Годинні витрати теплоти для опалення житлових і громадських будинків визначається за формулою:

де — годинні витрати теплоти для опалення житлових і громадських будинків, кДж/год; - коефіцієнт, що враховує кількість громадських будинків у зоні забудови;

F_ж — житлова площа квартир, м²;

q_оп— осереднений показник витрат теплоти для опалення будинків, який залежить від розрахункової температури зовнішнього повітря t_з за опалювальний період, кДж/м² год.

Вважаю, що населений пункт знаходиться поряд з містом Києвом. Тоді розрахункова температура зовнішнього повітря дорівнює t_з= -21 ^оС. Відповідно до цього осереднений показник витрат теплоти дорівнює q_оп = 552,4. Тоді годинні витрати теплоти для опалення будинків дорівнюють:

Годинні витрати газу для опалення будинків визначаються за формулою:

де — годинні витрати газу для опалення будинків, м³/год;

— коефіцієнт корисної дії котельної установки, який дорівнює 0,83.

м³/год;

м³/год;

м³/год.

Витрати теплоти для гарячого водопостачання визначається для тих жителів, в будинках яких передбачено централізоване гаряче водопостачання (рівень комфортності ПГ+ЦВГ) визначаються за формулою:

де — витрати теплоти для гарячого водопостачання, кДж/год;

— кількість жителів у зонах, які мають централізоване гаряче водопостачання, чол.;

— середній показник витрати теплоти для нагріву води на одного мешканця за годину, .;

2 — коефіцієнт, що враховує різницю між максимальною і середньою величинами витрати теплоти.

Приймаю, що норма витрати гарячої води на одного мешканця за добу становить. Тоді середній показник витрати теплоти дорівнює .

Отже, витрати теплоти для гарячого водопостачання становлять:

кДж/год;

кДж/год;

Годинні витрати газу для централізованого гарячого водопостачання, що забезпечується районною опалювальною котельною, визначаю за формулою:

=

де — годинні витрати газу для централізованого гарячого водопостачання, м³/год.

м³/год;

Витрати газу опалювальною котельнею населеного пункту визначається як сума:

де — витрати газу опалювальною котельнею на окремі зони, м³/год.

Загальні витрати газу опалювальною котельнею дорівнюють:

м³/год;

Результати розрахунків зводжу у таблицю 5.

Годинні витрати газу для опалення і централізованого гарячого водопостачання населеного пункту

Таблиця 5

4.3 Визначення розрахункових годинних витрат газу окремими кварталами населеного пункту Як розрахункові витрати газу окремими кварталами населеного пункту приймається сума максимальних годинних витрат газу житловими будинками та приватними підприємствами, що розташовані у цих кварталах.

Годинні витрати газу у кожному кварталі на побутові потреби визначається за відомою величиною годинних витрат газу у кожній зоні пропорційно кількості жителів у цьому кварталі:

,

де — годинні витрати газу у кожному кварталі на побутові потреби, м³/год;

і - кількість жителів у даному кварталі відповідно.

Оскільки в населеному пункті є малі підприємства, які мають витрати газу менші 300 м³/год, то розрахункові годинні витрати газу окремими кварталами дорівнюють

Результати розрахунків записую у вигляді таблиці:

Таблиця 6. Годинні витрати газу окремими кварталами

4.4 Витрати газу промисловими підприємствами Згідно із завданням, на території населеного пункту розташовано три промислових підприємства і одна АГНКС. Витрати газу, що ними споживаються зазначені у вихідних даних. АГНКС підключаю до мережі високого тиску, оскільки вона має витрати газу, які перевищують 300 м³/год.

Визначаю розрахункові годинні витрати газу промисловими підприємствами за формулою:

,

де — розрахункові годинні витрати газу промисловими підприємствами, м³/год;

— річні витрати газу, м³/год,

m — кількість годин використання максимуму, м³/год Розрахункові годинні витрати газу промисловими підприємствами дорівнюють:

м³/год;

м³/год;

м³/год.

5. Трасування та розрахунок мереж високого тиску Кільце мережі високого тиску обхвачує увесь населений пункт. Це дозволяє розташовувати промислові підприємства за межами населеного пункту, що позитивно впливає на екологічний стан в житлових районах. Споживачі газу розташовані рівномірно по кільцю. Промислове підприємство 1 і 3 живляться від одного півкільця, а промислове підприємство 2 та АГНКС від іншого. Для того, щоб витрати газу на півкільцях приблизно були рівними розташовую котельню з максимальним споживанням газу в точці сходу потоків газу, а ГРП в точці розходження потоків. Таким чином, витрати обох півкілець розрізняються менше ніж на 15% і довжини півкілець приблизно однакові.

Розбиваю півкільця на розрахункові ділянки. Ділянка лежить між точками зміни витрат газу, тобто між точками під'єднання споживачів до мережі.

Ділянка 1−2. Довжина ділянки становить м. Витрати на ділянці м³/год. Тиск після ГРС приймаю рівний МПа = 4,2атм. Визначаю різницю квадратів тисків на даній ділянці:

атм²

За допомогою номограми визначаю діаметри труб на цій ділянці. Застосовую труби з діаметром і дійсна різниця тисків дорівнює атм². Тиск на виході з ГРС дорівнює:

атм;

де кг/м³— густина газу з номограми № 2.

Провожу розрахунок кожного півкільця. Оскільки найвіддаленішим споживачем газу є котельня, то кінцевий тиск у точці підключення його приймаю рівним атм.

Довжина обох півкілець дорівнює м. Питому різницю квадратів тисків обчислюю за формулою:

атм²/м.

Ділянка 2−3. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм.

Ділянка 3−4. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм.

Ділянка 4−5. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм Ділянка 2−6. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм.

Ділянка 6−7. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм.

Ділянка 7−5. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм Ділянка 5−8. Довжина ділянки м. Витрати на ділянці м³/год. Визначаю розрахункову різницю тисків на ділянці:

атм².

Застосовую труби і дійсна різниця тисків становить атм². Визначаю кінцевий тиск на ділянці за формулою:

атм Результати розрахунків зводжу у таблицю.

Таблиця 7. Гідравлічний розрахунок високого тиску.

5.1 Гідравлічний розрахунок кільцевих розподільчих мереж низького тиску Розподільча мережа низького спроектована змішаною: шість центральних кварталів населеного пункту охоплені кільцевими мережами, а решта чотири — тупиковими.

Визначаю питомі витрати газу по окремих кварталах за формулою:

де — питомі витрати газу кожного кварталу, ;

— сумарна довжина контуру, що постачає газ до кварталу, м.

Результати розрахунків зводжу у таблицю.

Таблиця 8. Питомі витрати газу по кварталам.

На схемі показую мережу низького тиску. Визначаю путьові, еквівалентні, транзитні та розрахункові витрати газу по окремих ділянках газопроводу за формулами:

;; ,

де — путьові витрати газу на ділянці, м³/год;

— довжина ділянки, м;

— питомі витрати газу, що припадають на 1 м довжини ділянки;

— еквівалентні витрати, вводяться для спрощення гідравлічних розрахунків (схема газопроводу із рівномірною роздачею газу замінюється схемою із зосередженою роздачею);

— розрахункові витрати газу для ділянки, м³/год;

— транзитні витрати газу (витрати, що пропускаються через ділянку транзитом), м³/год.

Розрахунок починаю з нульової точки 1.

Результати розрахунків представляю у вигляді таблиці.

Таблиця 9. Визначення розрахункових витрат газу за ділянками

Серед можливих напрямків руху газу до найвіддаленішої точки 1 напрямок Напрямок ГРП-19−18−12−8-3−2-1 має максимальну довжину 1550 м.

Розрахунок мережі низького тиску провожу за допомогою таблиці гідравлічних розрахунків та за формулами:

де — середня величина питомих втрат тиску, мм вод.ст./м;

= 1180 Па = 120 мм вод.ст./м — можливий перепад тиску до будь-якої «нульової» точки; - довжина до нульової точки, м.

де — перепад тиску газу з нормальною густиною на ділянці довжиною l_діл, мм вод. ст.;

— таблична величина, яка розраховується для природного газу з густиною кг/м³.

Розрахунок мережі низького тиску представляю у вигляді таблиці.

Визначаю величину нев’язки газових кілець за формулою:

%,

де — сума втрат тиску на всіх ділянках кільця.

Для кільця № 2 розраховується так:

Помилка у кільці 2:

%<10%

Помилка у кільці 4:

%<10

Помилка у кільці 5:

%<10

Помилка у кільці 6:

%<10

Помилка у кільці 8:

%<10

Помилка у кільці 9:

%<10

6. Вибір обладнання газорегулювального пункту Вибір регулятору тиску для газорегулювального пункту проводять, орієнтуючись на параметри газу, що отримані при розрахунках мережі високого і середнього тиску для точки, розташованої у місці підключення ГРП.

Розрахункова пропускна спроможність регулятора тиску є максимально можливою для розрахункового перепаду тисків, тому що це відповідає повністю відкритому положенню клапана. Через те для створення нормальних умов роботи регулятора тиску він має бути завантаженим при заданому значенні витрат газу на ГРП не більше, ніж на 80%.

Паспортна пропускна спроможність регуляторів тиску марки РДУК-2, яку визначено при кінцевому тиску Р_2п = 0,1 МПа, при паспортному перепаді тисків Р_п = 98,1 кПа і густині газу _п = 0,73 кг/м³, наводиться у табл. 10

Таблиця 10. Пропускна спроможність регуляторів тиску РДУК-2

Обираємо регулятор тиску РДУК-2−200/140 з діаметром Д_у =105, V_п =3400

Розрахункова пропускна спроможність регулятора тиску при параметрах, що відрізняються від паспортних (а саме: при кінцевому тиску Р₂ = 1,03 ата = 0,101 МПа, при начальному тиску Р₁ і густині газу _н) визначається за формулами:

для критичного або надкритичного відношення тисків

де V — пропускна спроможність регулятора тиску, м³/г.

=

Волосяні фільтри, що встановлюються перед регулятором тиску в ГРП, підбираються за діаметром умовного проходу таким чином, щоб перепад тисків на касеті фільтру не перевершував би Р = 3000−5000 Па при заданих значеннях начального тиску Р₁, пропускної спроможності V і густини газу _н. Перепад тисків на касеті фільтру може бути визначено за спеціальними графіками, що є у рекомендованій літературі, або за формулою:

.

У цій формулі величини, що мають індекс «т», означають табличні значення параметрів фільтрів: Р_т = 0,6 МПА; Р_т = 5000 Па; _т = 0,73 кг/м³. Таблична пропускна спроможність волосяних фільтрів V_т із діаметрами D_у = 50, 100, 200 мм становить відповідно 6000, 14 750 і 38 600 м³/г Специфікація