Методическое пособие 399

УДК 696.2.003.3(07) ББК 38.763я73

К 614

Рецензенты:

В.М. Попов, д.т.н., профессор кафедры электротехники, теплотехники и

гидравлики Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова;

Р.А. Гнеушев, заместитель директора по производству филиала ОАО «Газпром газораспределение Воронеж» в г. Воронеже

Колосов, А.И.

К614 Расчет газовых сетей населенных пунктов : учебно– методическое пособие для студентов бакалавриата направлений подготовки 08.03.01 «Строительство», 21.03.01 «Нефтегазовое дело», 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» всех форм обучения / А.И. Колосов, Г.Н. Мартыненко, С.В. Чуйкин; ВГТУ. – Воронеж, 2017 – 93 с.

ISBN 978-5-7731-0513-8

Представлен материал для определения состава, объема и последовательности выполнения курсового проекта и технологической части выпускных квалификационных работ по газоснабжению населенных пунктов.

Приводятся краткие теоретические сведения, методики выполнения необходимых расчетов и таблицы оформления результатов вычислений.

Учебное пособие составлено в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по дисциплинам «Газоснабжение», «Газопроводы», «Теплогазоснабжение», «Газораспределительные системы».

Ил. 50. Табл. 28. Библиогр.: 10 назв.

УДК 696.2.003.3(07) ББК 38.763я73

Печатается по решению учебно-методического совета ВГТУ

СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В задании на курсовой проект указываются:

1)климатический район газифицируемого населенного пункта;

2)размеры селитебной территории на одного человека;

3)наружный строительный объем жилых зданий на одного человека;

4)источник газоснабжения;

5)давление газа в точке подключения (после газораспределительной станции (ГРС));

6)расстояние от ГРС до городской газовой сети;

7)расположение ГРС относительно района города;

8)процент охвата газоснабжением хозяйственно-бытовых, коммунальных

исосредоточенных потребителей.

К заданию на курсовой проект прилагается: генеральный план проекти-

руемого района с указанием этажности каждого квартала; план расчетного квартала.

Курсовой проект состоит из двух разделов:

1.Газоснабжение населенного пункта.

2.Газоснабжение внутриквартального газопровода.

В содержание проекта входит:

1.Расчетно-пояснительная записка (объем 20-40 с.), которая включает: а) введение; б) содержание;

в) расчет характеристик газообразного топлива; г) расчет численности населения проектируемого района по идентичным

зонам застройки; д) расчет потребления газа по зонам застройки;

е) трассировку газопроводов и определение оптимального количества газораспределительных пунктов (ГРП);

ж) определение путевых и расчетных расходов газа по участкам кольцевой сети; з) гидравлический расчет газопроводов;

и) расчет внутриквартального газопровода; к) список используемых источников.

2. Графическая часть проекта (объем 2 листа формата А1) включает:

а) генеральный план проектируемого района города (М1:5000) с нанесением газопроводов высокого (среднего) и низкого давлений;

б) расчетные схемы газопроводов высокого (среднего) и низкого давлений с указанием расчетных расходов газа, длин расчетных участков и наружных диаметров газопроводов;

в) план расчетного квартала (М1:2000) с трассировкой газопроводов низкого давления;

г) продольный профиль участка газопровода; д) принципиальную схему проектируемого ГРП.

4

В проекте необходимо разработать двухступенчатую систему распределения газа с выполнением первой ступени газопроводами высокого (среднего) давления, а второй – низкого давления. От сети высокого (среднего) давления запроектировать сосредоточенные потребители: ГРП, котельную, хлебозавод, баню, прачечную, промышленные предприятия. От сети низкого давления проектируются хозяйственно-бытовые и коммунальные потребители. Сеть низкого давления рекомендуется выполнить кольцевой, а высокого (среднего) давления

– тупиковой.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Современные распределительные системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений, состоящих из следующих основных элементов:

1)газовых сетей высокого, среднего и низкого давлений;

2)газораспределительных станций (ГРС);

3)газорегуляторных пунктов (ГРП) и установок (ГРУ).

Газопроводы систем газоснабжения в зависимости от величины давления транспортируемого газа подразделяются на следующие группы [1]:

1)газопроводы низкого давления – при рабочем давлении газа до 0,005 МПа (0,05 кг/см2) включительно;

2)газопроводы среднего давления – при рабочем давлении газа свыше

0,005 МПа (0,05 кг/см2) до 0,3 МПа (3 кг/см2);

3)газопроводы высокого давления II категории – при рабочем давлении газа свыше 0,3 МПа (3 кг/см2) до 0,6 МПа (6 кг/см2);

4)газопроводы высокого давления I категории – при рабочем давлении газа свыше 0,6 МПа (6 кг/см2) до 1,2 МПа (12 кг/см2) включительно для природного газа и газовоздушных смесей и до 1,6 МПа (16 кг/см2) для сжиженных

иуглеводородных газов (СУГ).

Газопроводы низкого давления служат для подачи газа в жилые, общественные здания и предприятия бытового обслуживания.

Газопроводы среднего и высокого (I категории) давлений служат для питания городских распределительных сетей низкого и среднего давлений через ГРП. Они также подают газ в газопроводы промышленных и коммунальных предприятий.

Городские газопроводы высокого (II категории) давления являются основными для газоснабжения крупных городов. По ним газ подают через ГРП в сети среднего и высокого давлений, а также промышленным предприятиям, нуждающимся в газе высокого давления.

Связь между газопроводами различного давления осуществляется через ГРС и ГРП.

5

Современная схема городской системы газоснабжения имеет ярко выраженную иерархичность в построении, связанную с классификацией газопроводов по давлению. Верхний уровень составляют газопроводы высокого давления, они являются главным стержнем городской газовой сети. Сеть высокого давления должна быть резервированная, т.е. закольцованная. Сеть высокого давления гидравлически соединяется с остальной частью системы через регуляторы давления, оснащенные предохранительными устройствами, предотвращающими повышение давления после регуляторов.

Газопроводы крупных населенных пунктов (в том числе и городские) можно разделить на три группы:

1)распределительные – для подачи газа к промышленным потребителям, коммунальным предприятиям и в районы жилых домов. Эти газопроводы могут быть высокого, среднего и низкого давлений, кольцевые и тупиковые;

2)абонентские ответвления, подающие газ от распределительных сетей к отдельным потребителям;

3)внутридомовые газопроводы.

Для поселков и небольших городов рекомендуется одноступенчатая система газоснабжения.

Для средних городов принимают двухступенчатую систему газоснабжения. Газ от ГРС по сети среднего или высокого давления подается к крупным потребителям и к газорегуляторным пунктам, а от последних – в распределительную сеть города.

Для крупных городов рекомендуется трехступенчатая система газоснабжения. Для крупных и средних городов газовые сети должны проектироваться кольцевыми, а для мелких городов и поселков рекомендуется как высокая ступень давления, так и низкая, может быть запроектирована тупиковой. Окончательный вариант применяется после технико-экономического обоснования.

Для крупных городов и центров промышленных районов целесообразно применять дополнительное кольцо с давлением до 2,5 МПа, которое получает газ из магистрального газопровода, распределяет его вокруг города и подает в городские сети высокого давления и в магистрали к промышленным районам, городам-спутникам и в подземные хранилища газа.

Из магистральных газопроводов газ через ГРС поступает в городские распределительные сети разного давления. Крупные города имеют несколько независимых точек питания и несколько ГРС, что повышает надежность системы газоснабжения и гибкость ее в эксплуатации. Газопроводы высокого давления необходимо прокладывать по окраинам города. ГРС размещают в местах подвода магистральных газопроводов за территорией города, не подлежащей застройке. ГРП, питающие сеть высокого и среднего давлений, также стараются располагать вокруг города с разных его сторон. Расположение этих ГРП должно выбираться таким, чтобы обеспечить после них подачу газа по кратчайшему пути к центрам нагрузок каждого района города. ГРП, питающие сеть низкого давления, располагают в центре нагрузок (кварталов и микрорайонов). Такие

6

ГРП имеют пропускную способность 1000…3000 м3/ч, радиус действия –

400…800 м.

Принципиальная схема многоступенчатой распределительной системы газоснабжения крупного населенного пункта представлена на рисунке.

Схема трехступенчатой системы газоснабжения:

ГРС - газораспределительная станция, ГРП - газорегуляторный пункт, ПП - промышленное предприятие, МГ - магистральный газопровод,

1 - сеть высокого давления, 2 - сеть среднего давления, 1 - сеть низкого давления

Газ из магистральных газопроводов поступает в городские, поселковые и промышленные системы газоснабжения через газораспределительные станции. На ГРС давление газа снижают до величины, необходимой для потребителя, и поддерживают его постоянным. Все оборудование ГРС рассчитывают на рабочее давление 7,5 МПа и 5,5 МПа, т.е. на максимально возможное давление газа в магистральном газопроводе. ГРС характеризуется большими пропускными способностями (20…200 тыс. м3/ч и более), поэтому дросселирование газа на них осуществляется в нескольких нитках, на каждой из которых устанавливают соответствующий регулятор давления. На ГРС газ подвергается дополнительной очистке на фильтрах и одоризации, а при необходимости и подогреву, что позволяет исключить гидратообразование при дросселировании. Температура подогрева должна быть такой, чтобы влагосодержание насыщенного газа было выше влагосодержания газа, поступающего на ГРС. Расход газа на ГРС определяется с помощью диафрагмы или расходомера, представляющего собой дифманометр. Кроме того, на ГРС предусматривается защитная автоматика. На ГРС устанавливают регуляторы как прямого, так и непрямого действия, которые автоматически поддерживают постоянное давление в точках отбора независимо от интенсивности потребления газа. Эти приборы являются основными на газораспределительных станциях.

7

ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Все необходимые исходные данные для проектирования выбираются по

приложениям данного учебно-методического пособия.

Приложение 1. По двум последним цифрам зачетной книжки выбираем номер генерального плана (М1:10000) населенного пункта для выполнения первого раздела курсового проекта. Если такого номера варианта нет в приложе-

нии, то он определяется путем сложения двух последних цифр зачетной книжки. Приложение 2. По последней цифре зачетной книжки выбираем состав

газообразного топлива, которым будет снабжаться населенный пункт. Приложение 3. По двум последним цифрам зачетной книжки выбираем

город, в котором проектируется система газоснабжения, а его климатические параметры необходимо принять согласно [2].

Для выполнения проекта необходимы:

∙tр.о. – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, 0С (температура воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92; графа 5 [2]);

∙tр.в. – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, 0С (температура воздуха, с обеспеченностью 0,94; графа 6 [2]);

∙tср.о. – средняя температура наружного воздуха за отопительный период,

0С (средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8 0С; графа 12 [2])

∙ nо – продолжительность отопительного периода со средней суточной

температурой воздуха ≤ 8 0С, сут. (графа 11 [2]).

Приложение 4. По последней цифре зачетной книжки определяем этаж-

ность зданий в проектируемых кварталах.

Приложение 5. По последней цифре зачетной книжки определяем сте-

пень охвата газоснабжением населенного пункта.

Приложение 6. По двум последним цифрам зачетной книжки определяем годовое потребление газа промышленными предприятиями, теплосодержание технологического пара и суммарная паропроизводительность котлоагрегатов,

вырабатывающих пар для технологических нужд.

Приложение 11. По двум последним цифрам зачетной книжки выбираем номер схемы жилого квартала (М 1:5000) населенного пункта с исходными данными для выполнения второго раздела курсового проекта. Если такого номера варианта нет в приложении, то он определяется путем сложения двух последних цифр зачетной книжки

8

1. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Теплота сгорания газа определяется количеством тепла, выделяющимся при сжигании единицы веса или единицы объема данного вещества. Теплота сгорания газов выражается в кДж/кг и кДж/м3 и является основным теплотехническим показателем, характеризующим газ. Теплота сгорания (высшая или низшая) сухого газообразного топлива (газа) определяется как сумма произведений величин теплоты сгорания горючих компонентов на их объемные доли по формуле

Q1, Q2 ,..., Qn – теплота сгорания горючих компонентов, составляющих газообразное топливо, кДж/м3, определяется по [3, табл. 1.3];

– объемные доли компонентов, составляющих газообразное топливо, %, определяется по прил. 2.

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

ρ = ρ1x1 + ρ2x2 + ..... + ρn xn ,

где ρв = 1,293 – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3. Подсчет объема воздуха, необходимого для сгорания газа, производят на

основе уравнения горения компонентов, входящих в его состав. Для газообразного топлива, состоящего из предельных углеводородов, уравнение реакции горения представляют в виде:

где m, n – число атомов углерода и водорода в углеводородных соедине-

ниях;

Q – тепловой эффект реакции горения (теплота сгорания).

9

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ НАСЕЛЕНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО НАСЕЛЕННОГО ПУНКТА

Общая численность населения района подсчитывается исходя из плотности жилого фонда (этажности застройки), размеров селитебной территории (жилой площади) на одного человека и площади каждого квартала.

Плотность жилого фонда S, м2/га, (м2 общей площади на 1 га территории микрорайона) принимается с учетом этажности зданий по [4].

Плотность жилого фонда зависит от зоны расположения территории:

1.Центральная зона – в диапазоне географических широт 58-480 с.ш.

2.Северная зона – севернее 580 с.ш.

3.Южная зона – южнее 480 с.ш.

Зону расположения территории проектируемого населенного пункта определяем согласно [4].

Плотность жилого фонда S, м2/га представлена в табл. 2.1.

10