Реферат: Расчет систем газоснабжения района города

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 ¸ 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 ¸ 120 тысяч человек наиболее рациональными являются системы с одной ГРС;

*              для городов с населением 200 ¸ 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 ¸ 800 метров. Этот радиус определяется по формуле:

R ОПТ = 249 • (DP0,081 / j0,245 • (m • e)0,143) (м),

где DP - расчетный перепад давления в сетях низкого давления (1000 ¸ 1200 Па);

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

j = 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 ¸ 100 метров.

j = 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 • e • Ö DP • P1 / rО • T • Z

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

VР = 5260 • K V • e КР • P1 • Ö (DP / P1) КР/ rО • T • Z

В формулах:

K V - коэффициент пропускной способности регулятора давления;

e - коэффициент, учитывающий неточность исходной модели для уравнений;

e = 1 - 0,46 • (DP / P1)

e КР = 1 - 0,46 • (DP / P1) КР

DP - перепад давлений в линии регулирования, МПа:

DP = P1 - P2 - DP 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),

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

     (DP / P1) КР = 0,5

     e КР = 1 - 0,46 • 0,5 = 0,77

     rО = 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 ¸ 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 ³ 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 • e КР • P1 • Ö ((DP / P1) КР/ rО • T • Z)]

K V = 2260,224 / [ 5260 • 0,77 • 0,25 • Ö (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:

DР = 0,1 • DР ГР • ( V Р / V ГР)2 • r О / Р1 (Па),

где DР ГР - паспортное значение перепада давления газа на фильтре, Па;

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

       r 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.

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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6