ГАЗИФИКАЦИЯ МИКРОРАЙОНА (ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ). ЧАСТЬ 1. НАРУЖНЫЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

ГАЗИФИКАЦИЯ МИКРОРАЙОНА (ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ). ЧАСТЬ 1. НАРУЖНЫЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Рекомендовано учебно-методическим советом ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» для использования в учебном процессе в качестве

методических указаний по выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» профиль «Промышленная теплоэнергетика» при изучении дисциплины «Технологические энергоносители предприятий. Часть 2. Системы газоснабжения», 08.03.01 «Строительство» профили «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Водо- и теплоснабжение населенных мест» при изучении дисциплины «Газоснабжение»

Ижевск

УДК 696.2

Рецензент: Мошкин С.А., главный инженер проекта ОАО «Удмуртрегионгаз»

Составитель: Касимов Р.З., ст. преподаватель

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Теплоэнергетика» (протокол № 5 от 29.01.2016 г.)

П	Попов Д.Н., Касимов Р.З. Газификация микрорайона (промышленного предприятия). Часть 1. Наружные газораспределительные сети: метод. указания по выполнению курсового проекта / сост. Р.З. Касимов. - Ижевск: ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, - 2016. - 32 с.

УДК 696.2

Методические указания предназначены для выполнения курсового проекта по дисциплине «Технологические энергоносители предприятий. Часть 2. Системы газоснабжения», «Газоснабжение». Указания включают в себя краткие теоретические сведения, методику и справочные данные для выполнения расчетов.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» профиль «Промышленная теплоэнергетика» и 08.03.01 «Строительство» профили «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Водо- и теплоснабжение населенных мест».

ã Касимов Р.З., составление 2016

ã Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………… 1. Состав курсового проекта…………………………………………….... 2. Расчет параметров газовой смеси………………………….................. 3. Определение расходов газа……………………………………………. 4. Трассировка газораспределительных сетей………………………….. 5. Выбор оптимального количества ГРП………………………………... 6. Пересчет расходов газа на отдельные участки сети………………… 7. Гидравлический расчет газопроводов………………………………… 7.1. Общие положения……………………………………………………. 7.2. Гидравлический расчет наружных тупиковых сетей низкого давления…………………………………………………............................ 7.3. Гидравлический расчет кольцевых сетей низкого давления……… 7.4. Гидравлический расчет тупиковой сети среднего (высокого) давления………………………………………………………………….... Список литературы……………………………………………………….. Приложения………………………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с программой дисциплины «Газоснабжение» студенты бакалаврской подготовки по направлению 08.03.01 «Строительство» профили «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Водо- и теплоснабжение населенных мест» и дисциплины «Технологические энергоносители предприятий. Часть 2. Системы газоснабжения» бакалавров по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» профиль «Промышленная теплоэнергетика» выполняют курсовой проект, где самостоятельно принимают и представляют должным образом наиболее рациональные решения по газоснабжению различных объектов и потребителей. В процессе выполнения проекта студенты закрепляют теоретические знания, полученные при изучении курса, и применяют их при решении конкретных инженерных задач, приобретают навыки пользования нормативной и справочной литературой.

Курсовой проект состоит из двух частей (комплектов):

1) ГСН – наружные газопроводы;

2) ГСВ – газоснабжение (внутренние устройства),

и включает решение следующих вопросов: расчет параметров многокомпонентной газовой смеси, определение расходов газа потребителями, гидравлические расчеты различных систем, расчеты основных показателей и подбор необходимого оборудования на их основе. Проектирование наружных и внутренних систем должно проводиться во взаимной увязке.

Приступая к выполнению проекта студентам, следует внимательно ознакомиться с заданием и материалами, изложенными в СП 62.13330.2011, СП 42-101-2003, СП 42-102-2004, ФЗ «О газоснабжении в РФ», Постановлении Правительства РФ № 870 от 29.10.2010, и настоящими методическими указаниями.

СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из графической и расчетно-пояснительной части, которые оформляются в соответствии с ГОСТ 2.105-95, ГОСТ Р 21.1101-2013, ГОСТ 21.609-2014 и ГОСТ 21.610-85. Пояснительная записка должна содержать следующие основные разделы:

1) исходные данные;

2) расчет параметров сложной газовой смеси;

3) определение расходов газа потребителями низкого, среднего (высокого) давления;

4) гидравлический расчет наружных сетей низкого, среднего (высокого) давления;

5) подбор оборудования газорегуляторного пункта ГРП или газорегуляторной установки ГРУ;

6) определение расходов газа жилым домом или промышленным цехом;

7) гидравлический расчет внутридомового или внутрицехового газопровода.

Графическую часть выполняется на листах формата А1 и А2. Содержание каждого листа в зависимости от комплекта и варианта приводится ниже.

Лист 1 - «Общие данные», включает в себя: ведомость комплектов рабочих чертежей, ведомость рабочих чертежей основного комплекта, ведомость ссылочных и прилагаемых документов, ситуационный план, условные обозначения, примечание и общие указания.

Лист 2 – «Генплан микрорайона или промышленного предприятия с нанесением сетей газоснабжения»;

Лист 3 – «Оборудование ГРП», содержит план, разрез и аксонометрическую схему ГРП.

Лист 4 – «План жилого дома (план котельной или промышленного цеха) на отм. …» (указывается относительная отметка чистого пола того этажа здания, где осуществляются вводы газопроводов);

Лист 5 – «Аксонометрическая схема внутреннего газопровода».

Лист 6 – «Газовое оборудование котельной или промышленного цеха», включающий фронтальные и боковые виды энергооборудования и ГРУ (для студентов направления 13.03.01).

При выполнении графической части студенты должны стремиться к наиболее полному заполнению листа. В случае если указанный показатель качества проекта при его предъявлении окажется меньше 80 %, руководитель может дополнить задание конструктивной проработкой узлов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ГАЗА

В соответствии с разработанной и действующей в настоящее время методикой, изложенной в [2], расчет часовых расходов газа следует проводить отдельно для групп потребителей, присоединяющихся к системе низкого и среднего (высокого) давления. Часовые расходы газа (м³/час) определяют по формуле

где - коэффициент часового максимума, принимаемый по таблице 2 (для коммунально-бытовых потребителей газа низкого давления), таблице 3 (для сосредоточенных потребителей газа среднего (высокого) давления) и таблице 4 (для промышленных предприятий) [4], а также рассчитываемый (для отопительных котельных) по формуле

, и - соответственно количество суток в отопительном периоде, средняя и максимальная за наиболее холодную пятидневку температуры наружного воздуха для проектирования отопления в ^оС, принимаемые по данным [5];

- температура воздуха внутри отапливаемых помещений (если нет других исходных данных, можно принять 20 ^оС);

- годовой расход газа (тыс. м³/год), в свою очередь определяемый исходя из значений годовых расходов теплоты

где теплота сгорания подставляется в кДж/м³, а годовые расходы теплоты рассчитываются с использованием норм расходов теплоты , представленных в приложении А [4] по нижеприведенным формулам.

Наибольший удельный вес в первой потребительской группе занимает использование газа в квартирах. Здесь выделяются следующие типы квартир: 1) при наличии газовой плиты и централизованного горячего водоснабжения; 2) при наличии газовой плиты и газового водонагревателя; 3) при наличии газовой плиты и отсутствии централизованного горячего водоснабжения и газового водонагревателя.

В соответствии с этим годовое потребление теплоты (МДж/год) выразится в виде

где - охват газоснабжением квартир (по заданию);

- количество жителей, проживающих на рассматриваемой территории (если нет других данных, можно рассчитать по площади кварталов и плотности их населения);

- доля квартир i-того типа от общего их числа (по заданию).

Для мелких коммунальных объектов (магазины, парикмахерские, мастерские и т. д.) можно ориентировочно принять 5 % от квартирного потребления, то есть

Потребление теплоты учреждениями здравоохранения и предприятиями общественного питания рассчитывается по формулам

где - количество коек в учреждениях, приходящихся на одну тысячу жителей (по заданию);

- доля людей, пользующихся услугами столовых, кафе, ресторанов и т.д. (по заданию).

К системе газопроводов низкого давления могут быть присоединены установки для теплоснабжения небольших и малоэтажных строений (малопроизводительные чугунные котлы и отопительные агрегаты). Расчет расхода для них сводится к определению суммарной нагрузки на отопление и вентиляцию таких зданий:

где - коэффициент, учитывающий затраты теплоты на отопление общественных зданий (если нет других данных можно принять равным 0, 25);

- то же на вентиляцию общественных зданий (если нет других данных, то в среднем он составляет 0, 4);

- число часов работы вентиляционных систем в сутки (если нет других данных, можно принять 16 часов);

и - соответственно средняя и максимальная за наиболее холодную пятидневку температуры наружного воздуха для проектирования вентиляции в ^оС, принимаемые по данным [5];

- площадь жилых и общественных зданий с долей от общего ее значения, м²;

- коэффициент полезного действия мелких отопительных установок (в отсутствии исходных данных принимается в диапазоне 0, 7¸ 0, 75);

- укрупненный показатель максимального часового расхода тепла на отопление 1 м² жилой площади, кДж/ч, принимаемый по табл. 1.

Таблица 1 – Укрупненный показатель максимального часового расхода тепла на отопление 1 м² жилой площади

Показатель Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ^оС

-10 -20 -30 -40

Укрупненный показатель , кДж/(ч× м²)

Расчет целесообразно выполнять в виде таблицы П1 (см. приложение 1).

В число потребителей газа среднего (высокого) давления могут входить бани, прачечные, хлебозаводы или хлебопекарни, промышленные предприятия, отопительные и производственно-отопительные котельные. Годовые расходы теплоты для них также могут быть рассчитаны по укрупненным нормам:

-бани ;

-прачечные ,

где - охват газоснабжением указанных общественно-коммунальных предприятий (по заданию);

- доля людей, пользующихся их услугами (по заданию). При использовании газа банно-прачечными комбинатами предварительно рассчитанные тепловые нагрузки необходимо сложить.

Хлебозаводы (хлебопекарни) за год потребляют теплоту в количестве

,

где т/сут. - норма выпуска готовой продукции (хлеб формовой; хлеб подовый, батоны булки, сдобы; кондитерские изделия).

Для крупных котельных принято отдельно рассчитывать характерные нагрузки:

-на отопление и вентиляцию

,

где от аналогичной формулировки для мелких отопительных установок будут отличаться значения и .

-на горячее водоснабжение

,

где , - температуры холодной воды соответственно в летний и зимний период времени года (если нет других исходных данных, следует принять соответственно 15 и 3¸ 5 ^оС);

- коэффициент, учитывающий снижение потребления горячей воды летом (если нет других исходных данных, можно принять );

- укрупненный показатель среднего расхода теплоты в час на одного человека, принимаемый по табл. 2.

Таблица 2 - Укрупненный показатель среднего расхода теплоты в час на одного человека

Показатель	Средние за отопительные периоды нормы расхода воды на горячее водоснабжение, л на 1 человека в сутки

Укрупненный показатель , кДж/(ч× чел.)

Для промышленных объектов (заводы и фабрики различного назначения) годовые расходы теплоты принимаются исходя из проектных мощностей применяемого оборудования и производственно-отопительных котельных, потребляющих газообразное топливо. При разработке настоящего проекта данные показатели задаются без расчета (по заданию). Результаты заносятся в таблицу П2 (см. приложение 1).

Важно отметить, что представленная выше методика расчета используется только при большом числе различных потребителей, когда произвести точный учет всех типов используемых газопотребляющих приборов и, тем более, их количество не представляется возможным. Если же потребители газа сконцентрированы в пределах одного квартала (группы зданий или же отдельного здания), то здесь необходимо использовать другой подход.

Непосредственно часовой расход газа можно рассчитать по формуле

где - количество типов приборов;

- количество приборов i-того типа;

- коэффициент одновременности действия приборов i-того типа, принимаемый в соответствии с таблицей 5 [4];

- номинальный расход газа, м³/час, одним прибором i-того типа, определяемый через номинальную (паспортную) тепловую мощность , кВт, данного прибора по формуле

Кроме того, если известны или могут быть вычислены тепловые нагрузки котельной , Вт, то часовой расход целесообразно и проще рассчитать с использованием формулы

где - тепловые нагрузки соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, кВт. Оформление по форме таблицы П3 приложения 1.

Общие положения

При проектировании трубопроводов для транспорта газа выбор размеров труб осуществляется на основании их гидравлического расчета, имеющего целью определить внутренний диаметр труб для пропуска необходимого количества газа, и что важно отметить, при допустимых для конкретных условий потерях давления. Основной особенностью газораспределительных сетей, отличающей их от других инженерных систем и, соответственно, определяющей специфику гидравлического расчета, является отсутствие на трассе нагнетателей давления. Транспортирование осуществляется лишь за счет энергии, полученной от компрессорных установок на магистральных сетях. В связи с этим потери давления в системах газоснабжения в пределах населенного пункта достаточно жестко регламентируются [4]. Таким образом, выполняя должным образом гидравлический расчет, проектировщик должен получить оптимальное решение: с одной стороны диаметры труб не должны создавать при движении чрезвычайно больших потерь давления, а с другой стороны нужно естественно стремиться к малой материалоемкости систем.

Другой особенностью газораспределительных систем является обязательный учет сжимаемости транспортируемой среды. Это несколько усложняет основные расчетные зависимости, вывод которых содержится в [2]. Так для отдельного расчетного участка газовой сети низкого давления потери давления (Па) вследствие трения определяются по формуле

где , - давление соответственно в начале и в конце расчетного участка сети, Па;

- коэффициент гидравлического трения;

- плотность газовой смеси при нормальных условиях, кг/м³;

- расход газа при нормальных условиях, м³/ч;

- внутренний диаметр газопровода, м;

-расчетная длина участка газопровода, м;

Расчетный участок сети среднего или высокого давления будет уже характеризоваться квадратичным перепадом давления (кПа²)

где , - абсолютное давление соответственно в начале и в конце расчетного участка сети, кПа;

- давление газа при нормальных условиях, кПа.

В представленных формулах естественно важна конкретизация расчетной зависимости для коэффициента гидравлического трения и величины абсолютной шероховатости внутренней поверхности.

Коэффициент гидравлического трения определяется в зависимости от режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса,

где м²/с - коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях,

и гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию

, (1)

где - эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных - 0, 01 см, для бывших в эксплуатации стальных - 0, 1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации - 0, 0007 см.

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения определяется:

- для ламинарного режима движения газа Re ≤ 2000

;

- для критического режима движения газа Re = 2000-4000

;

- при Re > 4000 - в зависимости от выполнения условия (1);

- для гидравлически гладкой стенки (неравенство (1) справедливо):

- при 4000 < Re < 100000 по формуле

;

- при Re > 100000

;

- для шероховатых стенок (неравенство (1) несправедливо) при Re > 4000

Расчетный внутренний диаметр газопровода, см, следует предварительно определять

где A, B, m, m₁ - коэффициенты, определяемые по [4] в зависимости от категории сети и материала газопровода;

- удельные потери давления (Па/м - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого давления)

- допустимые потери давления (Па - для сетей низкого давления, МПа/м - для сетей среднего и высокого давления);

L - расстояние до самой удаленной точки, м.

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда по ГОСТ 3262-75, ГОСТ 10704-91 и ГОСТ Р 50838-2009: ближайший больший - для стальных газопроводов и ближайший меньший - для полиэтиленовых.

Гидравлический расчет можно производить тремя способами. Первый из них основан на использовании номограмм [2], по которым для заданного диаметра и расхода можно весьма просто определить потери давления на рассматриваемом участке. Недостатком является низкая точность получаемых результатов. Второй способ, позволяющий получать более точные результаты, предполагает применение расчетных таблиц [3]. В них содержатся численные значения удельных потерь давления (Па/м, кПа²/м) для дискретных значений и . В связи с этим здесь возникает необходимость применения линейной интерполяции, что несколько усложняет процедуру расчета. Помимо этого для рассмотренных двух способов необходимо значения, взятые из расчетных таблиц или номограмм, умножать на коэффициент по плотности. Третий способ основан на непосредственном расчете по представленным выше формулам при использовании ЭВМ или программируемых калькуляторов, причем последние должны иметь возможность производить вычисления степенных выражений с вещественными показателями. Данный способ особенно полезен при больших объемах вычислений, но требует от проектировщика наличия хотя бы простейшей программы.

Помимо линейных потерь вследствие трения при движении газа в трубопроводах в определенных элементах систем, где характерно изменение скорости и направление потока, создаются местные сопротивления. Для наружных систем их учет производится достаточно просто путем увеличения длины расчетного участка на 10 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 5542-87. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 2004.

2. Ионин А. А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1989. 439 с.

3. Стаскевич Н. Л., Северинец Г. Н., Вигдорчик Д. Я. Справочник по газоснабжению и использованию газа. – Л.: Недра, 1990. – 762 с.

4. СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. М.: ЗАО «Полимергаз», ГУП ЦПП, 2003.

5. СП 131.13330.2012. Строительная климатология (Актуализированная версия СНиП 23-01-99^*). М.: Минрегион России, 2012.

6. Панов М. Я., Курганов А. М. Многоконтурные гидравлические сети: теория и методы расчета. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1989. 192 с.

Приложение 1

Попов Дмитрий Николаевич

Касимов Рашид Загирович

Газификация микрорайона (промышленного предприятия).

Часть 1. Наружные газораспределительные сети

Методические указания

по выполнению курсового проекта для студентов, обучающихся по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» профиль «Промышленная теплоэнергетика» при изучении дисциплины «Технологические энергоносители предприятий. Часть 2. Системы газоснабжения», 08.03.01 «Строительство» профили «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Водо- и теплоснабжение населенных мест» при изучении дисциплины «Газоснабжение»

В авторской редакции

ГАЗИФИКАЦИЯ МИКРОРАЙОНА (ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ). ЧАСТЬ 1. НАРУЖНЫЕ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ

Ижевск

УДК 696.2

Рецензент: Мошкин С.А., главный инженер проекта ОАО «Удмуртрегионгаз»

Составитель: Касимов Р.З., ст. преподаватель

Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Теплоэнергетика» (протокол № 5 от 29.01.2016 г.)

П	Попов Д.Н., Касимов Р.З. Газификация микрорайона (промышленного предприятия). Часть 1. Наружные газораспределительные сети: метод. указания по выполнению курсового проекта / сост. Р.З. Касимов. - Ижевск: ИжГТУ имени М.Т. Калашникова, - 2016. - 32 с.