Расчет систем газоснабжения района города

Годовой график потребления газа городом строят, учитывая среднестатистические данные потребления газа по месяцам года для различных категорий потребителей. Общий расход газа в течении года разбивается по месяцам. Расход газа для каждого месяца в общем газопотреблении определяется на основании следующего расчёта

Vi МЕС = Vi ГОД • qi / 100 где qi - доля данного месяца в общегодовом потреблении газа, %.

В таблице 5.1 [10] приведены данные для определения месячных расходов газа для различных категорий потребителей [3].

Доля годового расхода газа в каждом месяце отопительно-вентиляционной нагрузки определяется по формуле g i О.В =(t В - t СР.М)• n М / S (t В - t СР.М )• n М , t СР.М - среднемесячные температуры, (°С); n М - количество отопительных дней в месяце.

Расход газа в каждом месяце на горячее водоснабжение можно считать равномерным. Этот расход газа определяет минимальную нагрузку котельной в летний период.

Определённые по формуле месячные расходы газа изображают на графике годового потребления газа городом в виде ординат, постоянных для данного месяца. После построения всех ординат для каждого месяца для всех категорий потребителей производят построение общего годового расхода по месяцам. Этот осуществляется путём суммирования ординат всех потребителей в пределах каждого месяца.

Таблица 1.1.
|Потребитель |Процент от годового потребления газа в месяц |
| |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |
|1 Квартиры | | | | | | | | | | | | |
|2 Бани | | | | | | | | | | | | |
|3 Прачечные | | | | | | | | | | | | |
|4 Столовые и | | | | | | | | | | | | |
|кафе | | | | | | | | | | | | |
|5 Больницы | | | | | | | | | | | | |
|6 Хлебозаводы| | | | | | | | | | | | |
|7 Отопление и| | | | | | | | | | | | |
|вентиляция | | | | | | | | | | | | |
|8 Горячее | | | | | | | | | | | | |
|водоснабжение| | | | | | | | | | | | |
|9 Школы и д /| | | | | | | | | | | | |
|с | | | | | | | | | | | | |
|10 | | | | | | | | | | | | |
|Промышленност| | | | | | | | | | | | |
|ь | | | | | | | | | | | | |

|1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 |11 |12 |

Рис. 1 График годового потребления газа.

7. Выбор и обоснование системы газоснабжения.

Системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений.
На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов. Это прежде всего :размер газифицируемой территории, особенности ее планировки, плотность населения, число и характер потребителей газа, наличие естественных и искусственных препятствий для прокладки газопроводов (рек, дамб, оврагов, железнодорожных путей, подземных сооружений и т.п.).При проектировании системы газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для строительства применяют наивыгоднейший вариант.

В зависимости от максимального давления газа городские газопроводы разделяют на следующие группы: высокого давления 1 категории с давлением от 0,6 до 1,2 МПа; среднего давления от 5 кПа до 0.3 МПа; низкого давления до 5 кПа;

Газопроводы высокого и среднего давления служат для питания городских распределительных сетей среднего и низкого давления. По ним идет основная масса газа ко всем потребителям города. Эти газопроводы являются основными артериями, питающими город газом. Их выполняют в виде колец, полу колец иди лучей. Газ в газопроводы высокого и среднего давления подается от газораспределительных станций (ГРС).

Современные системы городских газовых сетей имеют иерархическую систему построения, которая увязывается с приведённой выше классификацией газопроводов по давлению. Верхний уровень составляют газопроводы высокого давления первой и второй категории, нижний газопроводы низкого давления.
Давление газа при переходе с высокого уровня на более низкий постепенно снижается. Это осуществляется с помощью регуляторов давления, установленных на ГРП.

По числу ступеней давления, применяемых в городских газовых сетях, они подразделяются на: двухступенчатые, состоящие из сетей высокого или среднего давления и низкого давления; трёхступенчатые, включающие газопроводы высокого, среднего и низкого давления; многоступенчатые, в которых газ подаётся по газопроводам высокого (1 и 2 категорий) давления, среднего и низкого давления.

Выбор системы газоснабжения в городе зависит от характера потребителей газа, которым нужен газ соответствующего давления, а также от протяженности и нагрузки газопроводов. Чем разнообразнее потребители газа и чем большую протяженность и нагрузку имеют газопроводы, тем сложнее будет система газоснабжения.

В большинстве случаев для городов с населением до 500 тысяч человек наиболее экономически целесообразной является двухступенчатая система. Для больших городов с населением более 1000000 человек и наличием крупных промпредприятии предпочтительной является трёх или многоступенчатая системы.

8.Определение оптимального числа ГРС и ГРП.

8.1 Определение числа ГРС.

Газораспределительные станции стоят во главе систем газоснабжения.
Через них идёт питание кольцевых газопроводов высокого или среднего давления. К ГРС газ поступает из магистральных газопроводов под давлением 6 ч 7 МПа. На ГРС давление газа снижается до высокого или среднего. Кроме того, на ГРС газ приобретает специфический запах. Его одоризируют. Здесь газ также подвергается дополнительной очистке от механических примесей и подсушивается.

Выбор оптимального числа ГРС для города является одним из важнейших вопросов. С увеличением числа ГРС уменьшаются нагрузки и радиус действия городских магистралей, что приводит к уменьшению их диаметров и снижению затрат на металл. Однако увеличение числа ГРС увеличивает затраты на их сооружение и строительство магистральных газопроводов, подводящих газ к
ГРС, увеличиваются эксплуатационные расходы за счет содержания обслуживающего персонала ГРС.

При определении числа ГРС можно ориентироваться на следующее: для небольших городов и посёлков с населением до 100 ч 120 тысяч человек наиболее рациональными являются системы с одной ГРС; для городов с населением 200 ч 300 тысяч человек наиболее рациональными являются системы с двумя и тремя ГРС; для городов с населением более 300 тысяч человек наиболее экономичными являются системы с тремя ГРС.

ГРС, как правило, располагаются за городской чертой. Если число ГРС более одной, то они располагаются с разных сторон города. ГРС соединяются как правило двумя нитками газопроводов, что обеспечивает более высокую надёжность газоснабжения города. Очень крупные потребители газа ( ТЭЦ, промпредприятия, металлургические заводы и т. п. ) питаются непосредственно от ГРС.

8.2 Определение оптимального числа ГРП.

Газорегуляторные пункты стоят во главе распределительных газовых сетей низкого давления, питающих газом жилые дома. Оптимальное число ГРП определяется из соотношения n ОПТ = V ЧАС / V ОПТ (шт), где V час - часовой расход газа на жилые дома, м3/ч.;

V ОПТ - оптимальный расход газа через ГРП, м3/ч.

Для определения V ОПТ необходимо вначале определить оптимальный радиус действия ГРП, который должен находиться в пределах 400 ч 800 метров. Этот радиус определяется по формуле:

R ОПТ = 249 • (?P0,081 / ?0,245 • (m • e)0,143) (м), где ?P - расчетный перепад давления в сетях низкого давления (1000 ч 1200 Па);

? - коэффициент плотностей сетей низкого давления, 1/м;

? = 0,0075 + 0,003 • m / 100 (1/м), m - плотность населения по району действия ГРП, чел/га; e - удельный часовой расход газа на одного человека, м3/чел.ч, который задаётся или вычисляется, если известно количество жителей (N), потребляющих газ, и известно количество газа (V), потребляемого ими в час e = V / N (м3/чел. ч)

Оптимальный расход газа через ГРП определяется из соотношения:

V ОПТ = m • e • R ОПТ 2/ 5000

Полученное оптимальное число ГРП используют при конструировании газовых сетей низкого давления. Сетевые ГРП размещают, как правило, в центре газифицируемой территории так, чтобы все потребители газа были расположены от ГРП примерно на одинаковых расстояниях. Максимальное удаление ГРП от проектируемых магистральных газопроводов высокого или среднего давления должно составлять 50 ч 100 метров.

? = 0,0075 + 0,003 • 270 / 100 = 0,0156 (1/м), e = 2627,33 / 48180 = 0,0545 (м3/чел.ч ),

R ОПТ = 249 • 10000,081 / [0,01560,245 • (270 • 0,0545)0,143] = 822
(м),

V ОПТ = 270 • 0,0545 • 8002 / 5000 = 1883,52 (м3 / ч), n ОПТ = 2627,33 / 1883,52 = 1,5 ? 2 (шт),

Откорректируем VКЧАС в соответствие с полученным числом ГРП:

VКЧАС = n ОПТ • V ОПТ (м3 / ч),

VКЧАС = 2 • 1883,52 = 3767,04 (м3 / ч).

9. Типовые схемы ГРП и ГРУ.

Газорегуляторные пункты (ГРП) размещают в отдельно стоящих зданиях из кирпича или железобетонных блоков. Размещение ГРП в населенных пунктах регламентируется СНиП [2]. На промышленных предприятиях ГРП размещаются на местах вводов газопроводов на их территорию.

Здание ГРП имеет 4 отдельных помещения (рис. 8.1) [10] : основное помещение 2, где размещается все газо-регулирующее оборудование; помещение 3 для контрольно-измерительных приборов; помещение 4 для отопительного оборудования с газовым котлом; помещение 1 для вводного и выводного газопровода и ручного регулирования давления газа.

В типовом ГРП, изображенном на рис. 8.1 [10] , можно выделить следующие узлы: узел ввода-вывода газа с байпасом 7 для ручного регулирования давления газа после ГРП; узел механической очистки газа с фильтром 1; узел регулирования давления газа с регулятором 2 и предохранительно- запорным клапаном 3; узел измерения расхода газа с диафрагмой 6 или счётчиком газа.

В помещении для контрольно-измерительных приборов размещаются самопишущие манометры, измеряющие давление газа до и после ГРП, расходомер газа, дифманометр, измеряющий перепад давления на фильтре. В основном помещении ГРП устанавливаются показывающие манометры, измеряющие давление газа до и после ГРП; термометры расширения, измеряющие температуру газа на вводе газа в ГРП и после узла измерения расхода газа.

Аксонометрическая схема газопроводов ГРП изображена на рис. 8.2. [ ] На схеме в условных изображениях в соответствии с ГОСТ 21.609-83 показаны трубопроводы, запорная арматура, регуляторы (2), предохранительно-запорные клапана (З), фильтр (1), гидроэатвор (5), свечи для сброса газа в атмосферу
(10,9,8), диафрагма (6) и байпас (7).

Газопровод от городской сети среднего или высокого давления подходит к
ГРП под землёй. Пройдя фундамент, газопровод поднимается в помещение (1).
Аналогично отводится газ из ГРП. На вводе и выводе газа в ГРП на газопроводе устанавливается изолирующие фланцы (11).

Газ высокого иди среднего давления проходит в ГРП очистку от механических примесей в фильтре (1). После фильтра газ направляется к линии регулирования. Здесь давление газа снижается до необходимого и поддерживается постоянным с помощью регулятора (2). Предохранительно- запорный клапан (3) закрывает линию регулирования в случаях повышения и понижения давления газа после регулятора более допустимых пределов. Верхний предел срабатывания клапана составляет 120 % от давления, поддерживаемого регулятором давления. Нижний предел настройки клапана для газопроводов низкого давления составляет 300 - 3000 Па; для газопроводов среднего давления - 0,003 - 0,03 МПа.

Предохранительно-сбросной клапан (ПСК) (4) защищает газовую сеть после
ГРП от кратковременного повышения давления в пределах 110 % от величины давления, поддерживаемого регулятором давления. При срабатывании ПСК избыток газа выбрасывается в атмосферу через газопровод безопасности (9).

В помещении ГРП необходимо поддерживать положительную температуру воздуха не менее 10 °С. Для этого ГРП оборудуется местной системой отопления или подключается к системе отопления одного из ближайших зданий.

Для вентиляции ГРП на крыше устанавливается дефлектор, обеспечивающий трёхкратный воздухообмен в основном помещении ГРП. Входная дверь в основное помещение ГРП в нижней её части должна иметь щели для прохода воздуха.

Освещение ГРП чаще всего выполняется наружным путем установки источников направленного света на окнах ГРП. Можно выполнять освещение ГРП во взрывобезопасном исполнении. В любом случае включение освещения ГРП должно осуществляться снаружи.

Возле здания ГРП оборудуется грозозащита и заземляющий контур.

9.2 Газорегуляторные установки.

Газорегуляторные установки (ГРУ) по своим задачам и принципу работы не отличаются от ГРП. Основное их отличие от ГРП заключается в том, что ГРУ можно размещать непосредственно в тех помещениях, где используется газ, или где-то рядом, обеспечивая свободный доступ к ГРУ. Отдельных зданий для ГРУ не строят. ГРУ обносят заградительной сеткой и вывешивают возле ее предупредительные плакаты. ГРУ, как правило, сооружаются в производственных цехах, в котельных, у коммунально-бытовых потребителей газа. ГРУ могут выполняться в металлических шкафах, которые укрепляются на наружных стенах производственных зданий. Правила размещения ГРУ регламентируются СНиП [2].

На рис. 8.3 [10] изображена аксонометрическая схема типового ГРУ.
Здесь приняты следующие обозначения :
1. фильтр для механической очистки газа;
2. стальные задвижки;
3. предохранительно-запорный клапан;
4. регулятор давления;
5.6.чугунные задвижки;
7. предохранительно-сбросной клапан;
8. расходомер газа;
9. самопишущие манометры;
10. показывающие манометры;
11. дифференциальный манометр на фильтре;
12. термометры расширения;
13. футляры;
14. диафрагма;
15. стальные вентили;
16. трехходовые краны;
17. пробковые краны на импульсных линиях;
18.19. пробковые краны.

К помещению, где расположено ГРУ, с точки зрения вентиляции и освещения предъявляются те же требования, что и для ГРП.

10. Выбор оборудования газорегуляторных пунктов и установок.

Выбор оборудования ГРП и ГРУ начинается с определения типа регулятора давления газа. После выбора регулятора давления определяются типы предохранительно-запорных и предохранительно-сбросных клапанов. Далее подбирается фильтр для очистки газа, а затем запорная арматура и контрольно- измерительные приборы.

10.1 Выбор регулятора давления.

Регулятор давления должен обеспечивать пропуск через ГРП необходимого кол-во газа и поддерживать постоянное давление его независимо от расхода.

Расчётное уравнение для определения пропускной способности регулятора давления выбираются в зависимости от характера истечения газа через регулирующий орган.

При докритическом истечении, когда скорость газа при проходе через клапан регулятора не превышает скорость звука, расчётное уравнение записывается в виде

VР = 5260 • K V • ? • ? ?P • P1 / ?О • T • Z

При сверх критическом давлении, когда скорость газа в клапане регулятора давления превышает скорость звука, расчётное уравнение имеет вид:

VР = 5260 • K V • ? КР • P1 • ? (?P / P1) КР/ ?О • T • Z

В формулах:

K V - коэффициент пропускной способности регулятора давления;

? - коэффициент, учитывающий неточность исходной модели для уравнений;

? = 1 - 0,46 • (?P / P1)

? КР = 1 - 0,46 • (?P / P1) КР

?P - перепад давлений в линии регулирования, МПа:

?P = P1 - P2 - ?P КР, (МПа), где P1 - абсолютное давление газа перед ГРП или ГРУ, МПа;

P2 - абсолютное давление газа после ГРП или ГРУ, МПа;

P 1 = 0,15 + 0,1 = 0,25 (МПа),

P 2 = 0,005 + 0,1 = 0,105 (МПа),

?P - потери давлении газа в линии регулирования, обычно равные
0,007 МПа;

(?P / P1) КР = 0,5

? КР = 1 - 0,46 • 0,5 = 0,77

?О = 0,73 -плотность газа при нормальном давлении, кг/м3;

Т - абсолютная температура газа равная 283 К;

Z - коэффициент, учитывающий отклонение свойств газа от свойств идеального газа (при Р1 ? 1,2 МПа Z = 1).

Расчётный расход VР должен быть больше оптимального расхода газа через
ГРП на 15,20%, то есть:

VР = (1,15 ч 1,2) • V ОПТ (м3/ч.),

VР = 1,2 • 1883,52 = 2260,224 (м3/ч.),

Определить режим истечения газа через клапан регулятора можно по соотношению

Р2 / Р1 = 0,105 / 0,25 = 0,42

Если Р2 / Р1 ? 0,5 , то течение газа будет докритическим и поэтому следует применять уравнение первое.

Так как Р2 / Р1 < 0,5 , то течение газа будет сверхкритическим и поэтому следует применять уравнение второе.

Из вышеуказанных уравнений для определения типа регулятора определяем его коэффициент пропускной способности K V.

K V = V Р / [ 5260 • ? КР • P1 • ? ((?P / P1) КР/ ?О • T • Z)]

K V = 2260,224 / [ 5260 • 0,77 • 0,25 • ? (0,5/ 0,73 • 283 • 1)] =
45,37

Определив K V по таблице 9.1 [ ] выбираем тип регулятора с K V ближайшим большим значением, чем получен по расчёту.

По расчёту получен K V = 45,37 Ближайший К V в таблице равен 50 и относится к регулятору РДУ-50. Следовательно, этот регулятор следует установить в ГРП.

10.2 Выбор предохранительно-запорного клапана.

Промышленность выпускает два типа ПЗК: ПКН и ПКВ. Первый следует применять в случаях, когда после ГРП или ГРУ поддерживается низкое давление, второй - среднее. Габариты и тип клапана определяются типом регулятора давления. ПЗК обычно выбирают с таким же условным диаметром, как и регулятор.

Определен тип регулятора РДУК-50. Этот регулятор имеет условный диаметр 50 мм. Следовательно, ПЗК будет или ПКН-50.

10.3 Выбор предохранительно-сбросного клапана.

Предохранительно-сбросной клапан подбирается по пропускной способности регулятора давления. Пропускная способность ПСК должна составлять не менее
10 % от пропускной способности регулятора давления или не менее пропускной способности наибольшего из клапанов. Выбираем ПСК-50Н/0,05.

10.4 Выбор фильтра.

Задачей фильтра в ГРП или ГРУ является отчистка от механических примесей. При этом фильтр должен пропускать весь газовый поток, не превышая допустимую потерю давления на себе в размере 10000 Па.

Промышленность выпускает два вида газовых фильтров: кассетные с литым корпусом типа ФВ-100 и ФВ-200; кассетные со сварным корпусом типа ФГ7-50-
6; ФГ9-50-12; ФГ15-100-6; ФГ19-10-12; ФГ36-200-6; ФГ46-200-12; ФГ80-300-6;
ФГ100-300-12.

Первый тип фильтров предназначен для небольших до 3800 м3/ч расходов газа. Второй тип фильтров предназначен для пропуска больших расходов газа.
Число после ФГ означает пропускную способность фильтра в тысячах кубических метров в час.

Для подбора фильтра необходимо определить перепад давления газа на нем при расчетном расходе газа через ГРП или ГРУ.

Для фильтров этот перепад давления определяют по формуле:

?Р = 0,1 • ?Р ГР • ( V Р / V ГР)2 • ? О / Р1 (Па), где ?Р ГР - паспортное значение перепада давления газа на фильтре, Па;

V ГР - паспортное значение пропускной способности фильтра, м3/ч;

? О - плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

Р1 - абсолютное давление газа перед фильтром, МПа;

VР - расчетный расход газа через ГРП иди ГРУ, м3/ч.

?Р ГР = 10000 (Па), V ГР = 7000 (м3/ч), ? О = 0,73 (кг/м3),

За исходный возьмем фильтр ФГ 7 - 50 - 6

?Р = 0,1 • 10000 • (2260,224 / 7000)2 • 0,73 / 0,25 = 304,43 (Па),

Перепад для фильтра ГРП не превышает допустимого значения 10000 Па , следовательно выбран фильтр ФГ 7 - 50 - 6.

10.5 Выбор запорной арматуры.

Запорная арматура (задвижки, вентили, пробковые краны), применяются в
ГРП и ГРУ должна быть рассчитана на газовую среду. Главными критериями при выборе запорной арматуры являются условный диаметр DУ и исполнительное давление РУ.

Задвижки применяются как с выдвижными, так и с не выдвижными шпинделем.
Первые предпочтительней для надземной установки, вторые - для подземной.

Вентили применяют в тех случаях, когда повышенной потерей давления можно пренебречь, например, на импульсных линиях.

Пробковые краны имеют значительно меньшее гидравлическое сопротивление, чем вентили. Их различают по затяжке конической пробки на натяжные и сальниковые, а по методу присоединения к трубам - на муфтовые и фланцевые.

Материалом для изготовления запорной арматуры служат: углеродистая сталь, легированная сталь, серый и ковкий чугун, латунь и бронза.

Запорная арматура из серого чугуна применяется при рабочем давлении газа не более 0,6 МПа. Стальная, латунная и бронзовая при давлении до 1,6
МПа. Рабочая температура для чугунной и бронзовой арматуры должна быть не ниже -35 С, для стальной не менее -40 С.

На входе газа в ГРП следует применять стальную арматуру, или арматуру из ковкого чугуна. На выходе из ГРП при низком давлении можно применять арматуру из серого чугуна. Она дешевле стальной.

Условный диаметр задвижек в ГРП должен соответствовать диаметру газопроводов на входе и выходе газа. Условный диаметр вентилей и кранов на импульсных линиях ГРП или ГРУ рекомендуется выбирать равным 20 мм или 15 мм.

11. Конструктивные элементы газопроводов.

На газопроводах применяются следующие конструктивные элементы: трубы; запорно-регулирующая арматура; линзовые компенсаторы; сборники конденсата; футляры; колодцы; опоры и кронштейны для наружных газопроводов; системы защиты подземных газопроводов от коррозии; контрольные пункты для измерения потенциала газопроводов относительно грунта и определения утечек газа.

Трубы составляют основную часть газопроводов, по ним транспортируется газ к потребителям. Все соединения труб на газопроводах выполняются только сварными. Фланцевые соединения допускаются только местах установки запорно- регулирующей арматуры.

11.1 Трубы.

Для строительства систем газоснабжения следует применять стальные прямошовные, спиральношовные сварные и бесшовные трубы изготавливаемые из хорошо свариваемых сталей, содержащих не более 0,25 % углерода, 0,056 % серы и 0,046 % фосфора. Для газопроводов, например, применяется сталь углеродистая обыкновенного качества, спокойная, группы В ГОСТ 14637-89 и
ГОСТ 16523-89 не ниже второй категории марок Ст. 2, Ст. 3, а также Ст. 4 при содержании в ней углерода не более 0,25 %.

Страницы: 1, 2, 3