Курсовая: Расчет систем газоснабжения района города

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),

За исходный возьмем фильтр ФГ 7 - 50 - 6

DР = 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:

1.трубы;

2.запорно-регулирующая арматура;

3.линзовые компенсаторы;

4.сборники конденсата;

5.футляры;

6.колодцы;

7.опоры и кронштейны для наружных газопроводов;

8.системы защиты подземных газопроводов от коррозии;

9.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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6