Газоснабжение населенного пункта

метки: Газоснабжение, Населенный, Расход, Газопровод, Потребление, Житель, Выбор, Следовать

Выполнение курсового проекта имеет цель: закрепить теоретический материал по основным вопросам курса «системы Газоснабжение», приобрести навыки самостоятельной работы в области проектирования систем газоснабжения и опыт работы со справочной и специальной литературой.

В проекте разработана двухступенчатая система распределения газа с выполнением первой ступени газопроводами высокого давления, а второй — низкого давления. От сети высокого давления запроектировано снабжение газом сосредоточенных потребителей: газорегуляторных пунктов (ГРП), котельной, хлебозавода. От сети низкого давления проектируется газоснабжение хозяйственно-бытовых и коммунальных потребителей.

1. Расчет характеристик газообразного топлива

Для состава газа, определяемого из среднего компонентного состава природного газа в зависимости от месторождения, необходимо рассчитать характеристики газообразного топлива. Характеристики природного газа приводятся в таблице 1.

Таблица 1. Состав газа

Месторождение газа	Состав газа, % по объёму
	СН 4	С 2 Н6	С 3 Н8	С 4 Н10	С 5 Н12	СО 2	Н 2 S	N 2 + редкие
Ачакское	93,0	3,6	0,95	0,25	0,31	0,4	0	1,3

Практически при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются с другими продуктами сгорания, поэтому расчет можно вести по низшей теплотворной способности газа.

Теплота сгорания (высшая или низшая) сухого газообразного топлива (газа) определяется по формуле:

Q ^c =(Q₁ x₁ +Q₂ x₂ + … +Q_k x_k )/100, (1)

где Q ^c — теплота сгорания сухого газа, кДж/м³ ;

Q ₁ , Q₂ , Q_k — теплота сгорания компонентов, составляющих газообразное топливо, кДж/м³ ;

x ₁ , x₂ , x₃ ? — объемные доли компонентов, составляющих газообразное топливо, %.

Плотность сухого газа определяют как сумму произведений плотностей компонентов, составляющих газообразное топливо, на их объемные доли:

^c =(₁ x₁ +₂ x₂ + … +_k x_k )/100, (2)

где ^c — плотность сухого газа, кг/м³ ;

₁ , ₂ , …, _k — плотности компонентов, кг/м³ .

Относительная плотность сухого газа по воздуху равна:

^c _отн =^c /_в , (3)

где _в = 1,293 — плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м³ .

^c _отн =0,773/1,293=0,597

Таблица 2. Характеристики газообразного топлива при нормальных физических условиях (T=273,15 К, p=101,325 кПа)

Теплота сгорания Q с , кДж/м3	Плотность с , кг/м3	Относительная плотность с отн
37,25·10 3	0,773	0,597

Определение численности населения

Расход газа на коммунально-бытовые и теплофикационные нужды города или поселка зависит от числа жителей. Если число жителей точно неизвестно, то приближенно его можно определить следующим образом.

По плотности населения на один гектар газифицируемой территории

N = F _P

• m, чел.; (4)

где F _P — площадь района в га., полученная в результате замеров по плану застройки;

• m — плотность населения, чел./га.

Суммируя численность населения каждого квартала, определяют число жителей по зонам застройки и общую численность населения в населенном пункте.

Таблица 3. Результаты расчёта численности населения

№ зоны	№ квартала по генплану	Площадь по плану, мм 2	Площадь, га	Плотность населения, чел./га	Численность населения, чел.
1	1	718	28,72	75	2154
	2	1298	51,92		3894
	3	983	39,32		2949
	4	740	29,6		2220
	5	684	27,36		2052
	6	925	37		2775
	7	815	32,6		2445
	8	514	20,56		1542
	9	493	19,72		1479
	10	304	12,16		912
	11	616	24,64		1848
	12	652	26,08		1956
	17	866	34,64		2598
	18	638	25,52		1914
	19	681	27,24		2043
	24	559	22,36		1677
	26	191	7,64		573
	27	996	39,84		2988
	28	1243	49,72		3729
	29	282	11,28		846
	35	863	34,52		2589
	Итого по зоне		602,44		45183
2	13	632	25,28		1896
	14	674	26,96		2022
	15	617	24,68		1851
	16	646	25,84		1938
	20	660	26,4		1980
	21	705	28,2		2115
	22	644	25,76		1932
	23	675	27		2025
	25	973	38,92		2919
	30	566	22,64		1698
	31	865	34,6		2595
	32	609	24,36		1827
	33	636	25,44		1908
	34	744	29,76		2232
	36	1270	50,8		3810
	37	1215	48,6		3645
	38	1128	45,12		3384
	39	663	26,52		1989
	40	745	29,8		2235
	Итого по зоне		586,68		44001
Всего					89184

Расчет потребности газа

Городские системы газоснабжения не имеют аккумулирующих емкостей, расположенных у потребителей. А емкость самих газовых сетей очень мала (не более 3-4% от максимально часовой пропускной способности).

Поэтому пропускную способность газовых сетей необходимо рассчитывать на пиковые, максимальные часовые расходы газа, которые определяются как доля годового расхода по формуле:

Q _час ^max =K^h _max Q_г , м³ /час; (5)

где Q _г — годовое потребление газа, м³ /год;

K ^h _max — коэффициент часового максимума ( коэффициент перевода годового потребления к максимально часовому расходу газа).

K ^h _max =1/m; (6)

где m — число часов использования максимума и определяет количество часов, за которое весь годовой расход газа был бы израсходован с равномерным расходом, равным максимально часовому расходу.

Коэффициент часового максимума учитывает неравномерность потребления газа различными потребителями газа. Неравномерность потребления зависит от многих факторов и может быть сезонная, недельная, суточная. Так наибольшая суточная неравномерность бытовым и другим потребителям, использующим газ для приготовления пищи и горячей воды. Наименьшая — промышленным предприятиям с непрерывным технологическим процессом.

Для бытовых потребителей коэффициент часового максимума зависит от численности населения или газовых приборов. Чем больше число жителей, тем меньше вероятность совпадения единичных максимумов потребления, тем, следовательно, равномернее потребление газа, тем меньше коэффициент часового максимума.

Для бытового потребления газа K ^h _max следует принимать отдельно для каждого квартала в зависимости от численности населения квартала, коммунально-бытовых потребителей и промышленных предприятий в зависимости от сменности работы предприятия.

Годовые расходы газа на приготовление пищи и горячей воды в квартирах, а также на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды общественных зданий, предприятий общественного питания и предприятий определяется по нормам.

3.1 Определение годовых расходов теплоты

Точный расчет расхода газа на бытовые нужды сделать очень сложно, так как расход газа зависит от целого ряда факторов, которые не поддаются точному учету. Поэтому потребление газа определяют по усредненным нормам расхода теплоты, полученным на основании статистических данных. Обычно эти нормы определяются в расчете или на одного человека, или на один завтрак или обед, или на одну тонну белья, или на единицу выпускаемой продукции промпредприятием.

Определение годового расхода теплоты при потреблении газа

Расчетная формула для определения годового расхода теплоты (МДж/год) при потреблении газа в квартирах записывается в виде:

Q _K = Y_K

• N
• (g_K1

• Z₁ + g_K2

• Z₂ + g_K3

• Z₃ ), МДж/год; (7)

где Y _K — степень охвата газоснабжением города (определяется заданием);

• N — число жителей;

Z ₁ — доля людей, проживающих в квартирах с централизованным горячим водоснабжением;

Z ₂ — доля людей, проживающих в квартирах с горячим водоснабжением от газовых водонагревателей;

Z ₃ — доля людей, проживающих в квартирах без централизованного горячего водоснабжения и не имеющих газовых водонагревателей;

g _К1 ^, g_К2 ^, g_К3 — нормы расхода теплоты на одного человека в год в квартирах с соответствующим Z.

Для населения, пользующегося газом Z ₁ + Z ₂ + Z ₃ = 1.

Q _К =0,9589184·(280044001/89184+800045183/89184)= 460433460 МДж/год.

Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на

Расход теплоты для данных потребителей учитывает расход газа на стирку белья в прачечных, на помывку людей в банях, на санитарную обработку в дезкамерах. Очень часто в городах и поселках прачечные и бани объединяются в одно предприятие. Поэтому расход теплоты для них должен быть также объединен.

Расход теплоты в банях определяется по формуле:

Q _Б = Z _Б ·Y_Б

• N
• 52
• g _Б , (МДж/год), (8)

где Z _Б — доля населения города, пользующегося банями;

Y _Б — доля бань города, использующих газ в виде топлива;

g _Б — норма расхода теплоты на помывку одного человека.

В формуле заложена частота посещения бань, равная одному разу в неделю.

Z _Б = 0,5, Y_Б =0,4, g_Б = 50 МДж,

Q _Б =0,50,4891845250=46375680 МДж/год.

Расход теплоты на стирку белья в прачечных определяется по формуле:

Q _П = 100

• (Z_П

• Y_П

• N) / 1000
• g_П , (МДж/год), (9)

где Z _П — доля населения города, пользующегося прачечными;

Y _П — доля прачечных города, использующих газ в виде топлива;

g _П — норма расхода теплоты на 1 тонну сухого белья.

В формулу заложена средняя норма поступления белья в прачечные, равная 100 тоннам на 1000 жителей.

Z _П = 0,2, Y_П =0,4, g_П = 18800 (МДж),

Q _п =(100·(0,4·0,2·89184)/1000)Ч18800= 13413274 МДж/год.

Q _Б-П =59788954 МДж/год.

Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на

При выпечке хлеба и кондитерских изделий, составляющих основной вид продукции данных потребителей газа, следует учитывать разницу в потреблении тепла на разные виды продукции. Норма выпечки хлеба в сутки на 1000 жителей принимается в размере 0,6-0,8 тонны. В эту норму входит выпечка и чёрного и белого хлеба, а также выпечка кондитерских изделий. Точно определить, сколько какого вида продукции потребляют жители очень трудно. Поэтому общую норму 0,6-0,8 тонны на 1000 жителей можно условно поделить пополам, считая, что хлебозаводы и пекарни, поровну выпекают чёрный и белый хлеб. Выпечка кондитерских изделий может быть учтена отдельно, например, в размере 0,1 тонны на 1000 жителей в сутки.

При расчёте расхода газа следует учитывать охват газоснабжением хлебозаводов и пекарен.

Общий расход теплоты на хлебозаводы и пекарни определяется по формуле:

Q _ХЗ = Y_ХЗ ·N·[(0,3-0,4)·g_ЧХ +(0,3-0,4)·g_БХ +0,1·g_КИ ]·365/1000, (МДж/год), (10)

где Y _ХЗ — доля охвата газоснабжением хлебозаводов и пекарен;

g _ЧХ — норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны ч?рного хлеба;

g _БХ — норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны белого хлеба;

g _КИ — норма расхода теплоты на выпечку 1 тонны кондитерских изделий.

Y _ХЗ = 0,9, g_ЧХ = 2500 МДж, g_БХ = 5450 МДж, g_КИ = 7750 МДж,

Q _хз =0,9·89184·[0,4·2500+0,4·5450+0,1·7750]·365/1000= 115869414 МДж/год.

Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на предприятиях общественного питания

Расход теплоты на предприятиях общественного питания учитывает расход газа на приготовление пищи в столовых, кафе и ресторанах.

Считается, что на приготовление завтраков и ужинов расходуется одно и то же количество теплоты. Расход теплоты на приготовление обеда больше, чем на приготовление завтрака или ужина. Если предприятие общественного питания работает весь день, то расход теплоты здесь должен быть и на завтрак, и на ужин, и на обед. Если предприятие работает полдня, то расход теплоты составляется из расходов теплоты на приготовление завтрака и обеда, или обеда и ужина.

Расход теплоты на предприятиях общественного питания определяется по формуле:

Q П.ОП = 360

• Z П.ОП
• Y П.ОП
• N
• g П.ОП, (МДж/год), (11)

здесь Z _П.ОП — доля населения города, пользующегося предприятиями общественного питания (задается)

Y _П.ОП — доля предприятий общественного питания города, использующих газ в виде топлива (задается);

g _П.ОП — объедин?нная норма расхода теплоты на приготовление завтраков, обедов и ужинов, g _П.ОП = g З + g О + g У (МДж), где g З, g О, g У — нормы расхода теплоты на приготовление одного завтрака, обеда, ужина.

Считается, что из числа людей, постоянно пользующихся столовыми, кафе и ресторанами, каждый человек посещает их 360 раз в году.

Z П.ОП = 0,1, Y П.ОП = 0,3; g П.ОП = 2,1 + 4,2 + 2,1 = 8,4 МДж,

Q _П.ОП = 360·0,1·0,3·89184·8,4 = 8090772 МДж/год.

Определение годового расхода теплоты при потреблении газа в учреждениях здравоохранения

При расходе газа в больницах и санаториях следует учитывать, что их общая вместимость должна составлять 12 коек на 1000 жителей города или поселка. Расход теплоты в учреждениях здравоохранения необходим для приготовления пищи больным, для санитарной обработки белья, инструментов, помещений.

Он определяется по формуле:

Q ЗД = (12

• YЗД
• g ЗД) / 1000
• N, (МДж/год), (12)

здесь YЗД — степень охвата газоснабжением учреждений здравоохранения города;

• g ЗД — годовая норма расхода теплоты в лечебных учреждениях;
• g ЗД = g П + g Г, где g П, g Г — нормы расхода теплоты на приготовление пищи и приготовлении горячей воды в лечебных учреждениях.

YЗД = 0,5, g ЗД = 3200 + 9200 = 12400 МДж,

Q _ЗД = (12·0,5·12400)/1000·89184=6635290 МДж/год.

Определение годового расхода теплоты на отопление, вентиляцию,

Годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий вычисляют по формуле:

Q _ОВ =(g_ОВ ·F·n_О ^/ _О )·[(t_ВН -t_СР.О )/(t_ВН -t_РО )]·[24·(1+K)+Z·K₁ ·K], (МДж/год); (13)

t _ВН , t_СР.О , t_РО — температуры соответственно внутреннего воздуха отапливаемых помещений, средняя наружного воздуха за отопительный период, расчетная наружная для данного района строительства,.

К, К ₁ — коэффициенты, учитывающие расходы теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий (при отсутствии конкретных данных принимают К = 0,25 и K ₁ = 0,4);

• Z — среднее число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (Z=16);

n _О — продолжительность отопительного периода в сутках;

F — общая площадь отапливаемых зданий, м ² ;

g _ОВ — укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий, МДж/ч·м² ;

_О — коэффициент полезного действия отопительной котельной (_О =0,8-0,85);

t _ВН =18, t_СР.О =-8,1, t_РО =-37, n_О =221 сут, g_ОВ =0,62 МДж/ч.*м² .

Вычисляем F:

F=SN, где S — площадь на 1 человека, м ²

N — количество людей.

F= 15·89184= 1337760 м ² ,

Q _ОВ =(0,62·1337760·221/0,8)·[(18+8,1)/(18+37)]·[24 (1+0,25)+16Ч0,4Ч0,25]=3435872842 МДж/год.

Годовой расход теплоты на централизованное горячее водоснабжение от котельных и ТЭЦ определяют по формуле:

Q _ГВ =24·g_ГВ ·N_ГВ ·[n_О +(350-n_О )·(60-t_ХЛ )/(60-t_ХЗ )·]1/_О , (14)

где g _ГВ — укрупненный показатель среднечасового расхода теплоты на горячее, МДж/чел.·ч;

N _ГВ — число жителей города, пользующихся горячим водоснабжением от котельных или ТЭЦ, чел.;

• коэффициент учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период (=0,8);

t _ХЗ , t_ХЛ — температуры водопроводной воды в отопительный и летний периоды,°С (при отсутствии данных принимают t_ХЛ = 15, t_ХЗ = 5).

g _ГВ = 1,47 (МДж/(чел. * ч)), N_ГВ ⁼ 26786 чел.

Q _ГВ =24·1,47·44001·[221+(350-221)·(60-15)/(60-5)·0,8]

• (1/0,8)= 506914561 МДж/год.

Определение годового расхода теплоты при потреблении газа на нужды торговли, предприятий бытового обслуживания населения, школ и ВУЗов

В школах и вузах города газ может использоваться для лабораторных работ. Для этих целей принимают средний расход теплоты на одного учащегося иди студента в размере 50 МДж/(год * чел.):

Q Ш = 0,3

• N·50, (МДж/год), (15)

где N — количество жителей, (чел.), коэффициент 0,3 — доля населения школьного возраста и младше,

Q Ш = 89184·0,3·50 = 1337760 МДж/год.

Составление итоговой таблицы потребления газа городом

Годовые расходы газа на нужды мелких коммунально-бытовых потребителей следует принимать в размере до 5% суммарного расхода на жилые дома.

Таблица 4.? Итоговая таблица расхода газа городом

№ п/п	Потребитель	Годовой расход теплоты, Q ГОД 10 6 , МДж/год	Годовой расход газа, V ГОД 10 3 , м3 /год	Кол-во часов использования макс. нагрузки, m, час/год	Часовой расход газа V Ч м 3 /час
1	Квартиры	460,4	12360,6	2756	4485,0
2	Бани	46,4	1245,0	2700	461,1
3	Прачечные	13,4	360,1	2900	124,2
4	Предприятия общепита	8,1	217,2	2000	108,6
5	Учреждения здравоохранения	6,6	178,1	2700	66,0
6	Хлебозаводы	115,9	3110,6	6000	518,4
7	Отоп. и вент.	3435,9	92237,7	2517	36646,1
8	Горячее водоснабжение	506,9	13608,4	2517	5406,6
9	Котельная	3942,8	105846,1	2517	42052,7
10	Школы	1,3	35,9	2000	18,0

потребителями

Годовой расход газа в м ³ /год для любого потребителя города или района определяется по формуле:

Vi _год = Qi_год / Q^н _р (м³ /год), (16)

где Qi _год — годовой расход теплоты соответствующего потребителя газа;

Q ^н _р — низшая теплота сгорания (МДж/м³ ), определяется по химическому составу газа.

Пример расчёта для квартир.

V _ГОД =460,410⁶ /37,25=12360,610³ м³ /год

Результаты расч?тов годовых расходов газа по всем потребителям города вносят в таблицу 5.

Потребление газа в городе различными потребителями зависит от многих факторов. Каждый потребитель имеет свои особенности и потребляет газ посвоему. Между ними существует определенная неравномерность в потреблении газа. Учет неравномерности потребления газа осуществляется путем введения коэффициента часового максимума, который обратно пропорционален периоду, в течение которого расходуется годовой ресурс газа при максимальном его потреблении:

K _m = 1 / m, (17)

где m — количество часов использования максимума нагрузки в году, ч/год.

С помощью K _m определяется часовой расход газа для каждого потребителя города (м³ /ч):

Vi _час = Vi_год ·Km = Vi_год / m_I , (м³ /ч), (18)

Пример расчёта для квартир.

V _{i ЧАС} =12360,610³ /2756=4485 м³ /год

Кол-во часов использования максимума для отопительных котельных определяется по формуле:

m _кот = 24·n₀ ·[(t _вн — t_ср.о ) / (t _вн — t _р.о )], (ч / год), (19)

m _кот =24210·[(18+8,1)/(18+37)]=2517 ч/год

3.3 Построение графиков бытового газопотребления

Графики годового потребления газа являются основой как для планирования добычи газа, так и для выбора и обоснования мероприятий, обеспечивающих регулирование неравномерности потребления газа. Кроме того, знание годовых графиков газопотребления имеет большое значение для эксплуатации городских систем газоснабжения, так как позволяет правильно планировать спрос на газ по месяцам года, определять необходимую мощность городских потребителей — регуляторов, планировать проведение реконструкции и ремонтных работ на газовых сетях и их сооружениях.

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

Vi _мес = Vi_год ·qi / 100, (20)

где q _i — доля данного месяца в общегодовом потреблении газа, %.

Доля годового расхода газа в каждом месяце отопительно-вентиляционной нагрузки определяется по формуле:

g i _ов =((t_в — t_ср.м )·n_м /? (t_в — t_ср.м )·n_м )/100, (21)

где 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.

Определенные 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. Это осуществляется путем суммирования ординат всех потребителей в пределах каждого месяца.

Суммарный расход газа для данного района распределяется по месяцам года в следующих долях.

Таблица 5. Расход газа по месяцам года, % годового потребления

Потребитель	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Отопление и вентиляция	19,4	16,7	14,5	8,4	0,6	0,0	0,0	0,0	0,6	8,5	13,5	17,8
ГВС	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33	8,33
Квартиры	10,30	9,60	10,00	9,30	8,60	7,00	5,00	5,20	7,00	8,70	9,40	9,90
Учреждения комм.-быт. обслуживания	10,6	9,6	9,8	9,2	9	7,8	4,6	4,8	7,3	8,8	8,9	9,6
Общепит.	9,5	8,6	9,5	8,6	8,2	7,7	6,8	6,8	7,7	8,5	8,6	9,5
Хлебозаводы	10,2	8,7	9,8	8,7	7,6	7,2	6,4	6,6	7,1	8,5	8,8	10,4
Бани	11,5	10,4	10	9,2	6,6	6,1	5,4	4,9	6,1	8,2	9,6	12
Прачечные	9,4	8,5	8,9	8,5	7,4	8	7,5	7,5	8,3	8,5	8,2	9,3

Рисунок 1. Годовое потребление газа

4 . 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, полуколец или 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 приведенной 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;
• трехступенчатые, включающие газопроводы высокого, среднего и низкого давления;
• многоступенчатые, в которых газ подается 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 трех или многоступенчатая системы.

Трассы газопроводов проектируют из условия минимальной протяженности сети. При этом газопроводы высоких давлений стараются прокладывать по окраинным районам города, где небольшая плотность населения и меньшее число подземных сооружений.

Сети низкого давления состоят из уличных распределительных газопроводов, абонентских ответвлений, подводящих газ к зданию и внутридомовых газопроводов, которые распределяют газ между отдельными приборами внутри здания. Плотность распределительных газопроводов принимают такой, чтобы длина абонентских ответвлений до вводов в здания была 50-100 м. Жилые и общественные здания, коммунально-бытовые потребители, а также мелкие предприятия присоединяют непосредственно к распределительным газопроводам.

Для повышения надежности газоснабжения сети кольцуют. При трассировке сетей низкого давления необходимо на генплане определить главный проезд района. Затем, учитывая, что газопроводы по главным проездам не прокладывают, по соседним параллельным проездам (через один) наметить трассы газопроводов. Точно также наметить трассы и в перпендикулярном к главному проезду направлении. После анализа лишние трассы газопроводов убирают.

Число газорегуляторных пунктов (ГРП) определяют технико-экономическим расчетом. ГРП располагают в центрах зон, которые они питают. Зона действия одного ГРП не должна перекрываться зоной действия другого ГРП. Точки встречи потоков газа в системе с несколькими ГРП назначают на границе зон соседних ГРП.

4.1 Определение оптимального числа ГРП

Газораспределительные станции стоят во главе систем газоснабжения. Через них идет 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 поселков 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 надежность газоснабжения города. Очень крупные потребители газа (ТЭЦ, промпредприятия, металлургические заводы и т.п.) питаются непосредственно от ГРС.

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.), (22)

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·(?P ^0.081 /ц^0.245 ·(m·e)^0.143 ), (м), (23)

где ? P — расчетный перепад давления в сетях низкого давления (1000…1800 Па);

• ц — коэффициент плотностей сетей низкого давления, 1/м;

ц= 0,0075 + 0,003·m / 100, (1/м), (24)

m — плотность населения по району действия ГРП, чел./га;

e — удельный часовой расход газа на одного человека, м ³ /чел. ч., который зада?тся или вычисляется, если известно количество жителей (N), потребляющих газ, и известно количество газа (V), потребляемого ими в час:

e = V / N, (м ³ /чел. ч), (25)

Оптимальный расход газа через ГРП определяется из соотношения:

V опт = m

• e
• Rопт ² / 5000, (26)

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

• 75 / 100 = 0,0096 1/м, e = 4485/ 89184= 0,0531 м ³ /чел. ч,

R ОПТ ⁼ 249

• (1000^0,081 / 0,0096^0,245

• (75
• 0,0531)^0,143 ) =1027 м,

V ОПТ ⁼ 75

• 0,0531
• 1027² / 5000 = 784 м³ / ч, n ОПТ ⁼ 4485/784 =5,64?6 шт.

Откорректируем V _КЧАС в соответствие с полученным числом ГРП:

VКЧАС = n ОПТ

• V ОПТ (м ³ /ч),

VКЧАС = 6·784 = 4704 м ³ /ч.

Таблица 6. Распределение жилых кварталов по номерам ГРП

№ГРП	№ кварталов	Площадь кварталов, га	Численность жителей	Годовой расход газа, 10 3 м3 /год	Часовой расход газа, м 3 /ч
I	Банно-прачечный комбинат	—	—	1605,1	585,3
II	3,4,5,13,14,15	173,2	12990	1800,4	653,3
III	6,7,16,23,24,25	183,72	13779	1909,7	692,9
IV	1,2,8,9,10,11,12	183,8	13785	1910,6	693,2
V	17,18,19,20,26,27,28,35	245,52	18414	2552,1	926,0
VI	21,22,29,30,36,37	187,28	14046	1946,7	706,4
VII	31,32,33,34,38,39,40	215,6	16170	2241,1	813,2
VIII	Хлебозавод	—	—	3110,6	518,4
IX	Котельная	—	—	105846,1	42052,7

4.2 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. На промышленных предприятиях ГРП размещаются на местах вводов газопроводов на их территорию.

Здание ГРП имеет 4 отдельных помещения:

1. основное помещение, где размещается все газо-регулирующее оборудование;

2. помещение для контрольно-измерительных приборов;

3. помещение для отопительного оборудования с газовым котлом;

4. помещение для вводного и выводного газопровода и ручного регулирования давления газа.

В типовом ГРП, можно выделить следующие узлы:

узел ввода-вывода газа с байпасом для ручного регулирования давления

газа после ГРП;

• узел механической очистки газа с фильтром;
• узел регулирования давления газа с регулятором и предохранительнозапорным клапаном;
• узел измерения расхода газа с диафрагмой или сч?тчиком 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.

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.

В помещении ГРП устанавливается дефлектор, обеспечивающий трехкратный воздухообмен в основном помещении ГРП.

Входная дверь в основное помещение ГРП в нижней ее 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 молниезащита и заземляющий контур.

Газорегуляторные установки

4.3 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.

Выбор регулятора давления

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

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

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

V _р = 5260·K _V ·е·v(?P·P₁ /с₀ ·T·Z), (27)

При сверхкритическом давлении, когда скорость газа в клапане регулятора давления превышает скорость звука, расчетное уравнение имеет вид:

V _р = 5260·K _V ·е_кр ·P₁ ·v(?P/P₁ ) кр /с₀ ·T·Z), (28)

где K _V — коэффициент пропускной способности регулятора давления;

• е — коэффициент, учитывающий неточность исходной модели для уравнений;

е = 1 — 0,46

• (?P / P ₁ ), (29)

е _кр = 1 — 0,46

• (?P / P₁ )_кр , (30)

где ?P — перепад давлений в линии регулирования, МПа.

?P = P ₁ — P₂ — ?P_кр, (МПа), (31)

где P ₁ — абсолютное давление газа перед ГРП или ГРУ, МПа;

P ₂ — 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 _кр — потери давления газа в линии регулирования, обычно равные 0,007 МПа;

(?P / P ₁ )_кр ⁼ 0,5

о _кр = 1 — 0,46·0,5 = 0,77?

р ₀ = 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 Р ₁ Ј—1,2—МПа Z = 1).

Расчетный расход V _р должен быть больше оптимального расхода газа через ГРП на 15…20%, то есть:

V _р = (1,15 ё 1,2)

• V_опт (м³ /ч.),

V _р ⁼ 1,2

• 784 = 940,8 м³ /ч.,

Определить режим истечения газа через клапан регулятора можно по соотношению

Р ₂ / Р₁ = 0,105 / 0,25 = 0,42

Если Р ₂ / Р₁ і 0,5—-,—то течение газа будет докритическим и поэтому следует применять уравнение (27).

Так как Р ₂ / Р₁ ? 0,5 то течение газа будет сверхкритическим и поэтому следует применять уравнение (28).

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

K _V = 940,8 / (5260·0,77·0,25·Ц—(_,5/—_,773·283·1)] = 18,86

По расчету получен К _V = 18,86. Ближайший К_V в таблице равен 50 и относится к регулятору РДБК-50. Следовательно, этот регулятор следует установить в ГРП.

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 РДБК-50. Этот регулятор имеет условный диаметр 50 мм. Следовательно, выбираем предохранительно-запорный клапан КПЗ-50Н.

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/20, при этом необходимо предусмотреть суживающий участок трубы.

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.

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_{_} / Р₁ , (Па) (32)

DР _ГР = 10000 Па, V_ГР = 7000 м³ /ч, r_{_} = 0,728 кг/м³ ,

За исходный возьмем фильтр ФГ 7-50-6

DР = 0,1·10000·(940,8 /7000) ² ·0,773/0,25 = 526,7 Па,

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

Выбор запорной арматуры

Запорная арматура (задвижки, вентили, пробковые краны) применяется в ГРП и ГРУ должна быть рассчитана на газовую среду. Главными критериями при выборе запорной арматуры являются условный диаметр D _у и давление р_у .

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 использовать 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.

4.4 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; систем 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 в местах установки запорно-регулирующей арматуры.

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%.

А — нормирование (гарантия) механических свойств;

• Б — нормирование (гарантия) химического состава;
• В-нормирование (гарантия) химического состава и механических свойств;
• Г — нормирование (гарантия) химического состава и механических свойств на термообработанных образцах;
• Д — без нормируемых показателей химического состава и механических свойств.

Рекомендуется применять трубы следующих групп поставки:

• при расчетной температуре наружного воздуха до — 40°С — группу В;
• при температуре — 40°С и ниже — группы В и Г.

При выборе труб для строительства газопроводов следует применять, как правило, трубы, изготовленные из более дешевой углеродистой стали по ГОСТ 380-88 или ГОСТ 1050-88.

Детали газопроводов

К деталям газопроводов относятся: отводы, переходы, тройники, заглушки. Отводы устанавливаются в местах поворотов газопроводов на углы 90°, 60° или 45°. Переходы устанавливаются в местах изменения диаметров газопроводов. Тройники служат для закрытия и герметизации торцевых частей тупиковых участков газопроводов. Их применяют в местах подключения к газопроводам потребителей. Заглушки служат для закрытия и герметизации торцевых частей тупиковых участков газопроводов. Заглушки представляют собой круг соответствующего диаметра, выполненный из стали тех же марок, что и газопровод.

5. Гидравлический расчет газопроводов

Основная задача гидравлических расчетов заключается в том, чтобы определить диаметры газопроводов. С точки зрения методов гидравлические расчеты газопроводов можно разделить на следующие типы:

• расчет кольцевых сетей высокого и среднего давления;
• расчет тупиковых сетей высокого и среднего давления;
• расчет многокольцевых сетей низкого давления;
• расчет тупиковых сетей низкого давления.

Для проведения гидравлических расчетов необходимо иметь следующие исходные данные:

• расчетную схему газопровода с указанием на ней номеров и длин участков;
• часовые расходы газа у всех потребителей, подключенных к данной сети;
• допустимые перепады давления газа в сети.

Расчетная схема газопровода составляется в упрощенном виде по плану газифицируемого района. Все участки газопроводов как бы выпрямляются и указываются их полные длины со всеми изгибами и поворотами. Точки расположения потребителей газа на плаке определяются местами расположения соответствующих ГРП или ГРУ.

5.1 Гидравлический расчёт кольцевых сетей высокого и среднего давления

Гидравлический режим работы газопроводов высокого и среднего давления назначается из условий максимального газопотребления.

Расчёт подобных сетей состоит из трёх этапов:

• расчёт в аварийных режимах;
• расчёт при нормальном потокораспределении;
• расчёт ответвлений от кольцевого газопровода.

Расчё…