2. Характеристика города и потребителей газа

В городе Бресте, для которого проектируется система газоснабжения, t_н.о=-20°C, преобладающее направление ветра – восточное.

Так как город средних размеров и в нем имеются потребители, которые требуют различных давлений , то принимаем двухступенчатую схему газоснабжения с газопроводом среднего (до 0,3МПа) и низкого (до 5кПа) давления. В данном случае газопровод среднего давления проектируется кольцевым, т.к. он является основной артерией питающей газом город. К сети среднего давления присоединяются крупные потребители газа: промышленное предприятие, больница, хлебозавод, две районные котельные, банно-прачечный комбинат, квартальная котельная, сетевые ГРП.

Сети низкого давления состоят из тупиковых газопроводов и отдельных ответвлений.

Связь между газопроводами среднего и низкого давления осуществляется через сетевые ГРП, где давление снижается до необходимой величины, и поддерживается постоянным автоматически.

В городе 32 квартала, исключая квартальную котельную, две районные котельные, хлебозавод, больницу, промпредприятие и банно-прачечный комбинат.

Жилые дома в 5 этажей составляют половину жилого фонда, другая половина имеет этажность 7-9. В пятиэтажных домах установлены газовые плиты и водоподогреватели, в 7-9-этажных домах только газовые плиты.

В городе 2 районные и одна квартальная котельные. Районные котельные расположены на северной и юго-западной окраине города, что вызвано преобладающим направлением ветра.

Согласно расчету в городе проживает 57380 жителей, которые используют основную часть газа на коммунально-бытовые нужды.

3. Определение свойств газа

Плотность газового топлива в нормальных условиях ρ_осм, кг/м³ определяется по формуле [3]

(3.1)

где у_i – объемное процентное содержание i-го компонента в газовой смеси, %;

ρ_оi – плотность i-го компонента смеси при нормальных условиях, кг/м³, принимается по справочным данным [3] или определяется из выражения

(3.2)

где М_i – молекулярная масса i-го компонента в газовой смеси, кг/кмоль;

V_Mi – объем одного киломоля i-го компонента, м³/кмоль;

Низшая объемная теплота сгорания Q_нсм, кДж/м³, рассчитывается по составу газообразного топлива и теплоте сгорания компонентов [3]

(3.3)

где Q_нi – объемная низшая теплота сгорания i-го компонента, кДж/м³.

Концентрационные пределы воспламенения для смесей горючих газов, не содержащих балластных примесей, определяются по правилу аддитивности по формуле Ле Шателье:

, (3.4.1)

Где L^Г_см – нижний или верхний предел воспламенения смеси горючих газов в газовоздушной среде, об. %

L_i – нижний или верхний предел воспламенения i-го компонента в газовоздушной смеси, об. %

При наличии в газе балластных примесей пределы воспламенения могут быть определены по формуле:

(3.4.2)

Где L^Б_см – нижний или верхний предел воспламенения смеси с балластными примесями, об. %

L^Г_см – нижний или верхний предел воспламенения смеси горючей части смеси, об. %

Б – содержание балластных примесей (СО₂ и N₂) в газообразном топливе, доли единицы.

Состав газа:

СН₄=86,8%;

С₂Н₆=6,0%;

С₃Н₈=1,3%;

С₄Н₁₀=0,6 %;

C₅Н₁₂ = 1,3%;

СО₂=1,2%;

N₂=2,8%

Основные характеристики сведем в таблицу 3.1

Таблица 3.1 – Основные характеристики газов

Показатель	метан	этан	пропан	бутан	пентан	углекислый газ
Молекулярная масса М, кг/кмоль	16	30	44	58	72	44
Молекулярный объем Vм, м3/кмоль	22,38	22,17	22,99	21,5	20,87	22,62
Плотность при н.у. ρо, кг/м3	0,717	1,356	2,004	2,702	3,457	1,977
Теплота сгорания, кДж/м3: низсшая Qн	35760	63650	91140	118530	146180
Пределы воспламенения нижний Lн верхний Lв	5 15	3 12,5	2 9,5	1,7 8,5	1,35 8,0

Определим плотность газовой смеси при нормальных условиях по формуле (3.1)

Определим низшую теплоту сгорания газовой смеси по формуле (3.3)

Определяем пределы воспламенения газовой смеси (нижний и верхний) по формуле (3.4)

Б=СО₂+ N₂=1,2+2,8=4,0%;

Нижний предел воспламенения газовой смеси

Верхний предел воспламенения газовой смеси

Нижний предел воспламенения при наличии в газе балластных примесей:

Верхний предел воспламенения при наличии в газе балластных примесей:

Количество воздуха теоретически необходимого для сжигания газа 1 м³ газа:

V_o=0,0476[Σ(n+(m/4))C_nH_m] м³возд/ м³газа, (3.5)

где C_nH_m – объемный процент содержания углеводородов в смеси;

n,m – соответственно число атомов С и H;

С учетом влажности воздуха, его количество составит:

V_o^вл=V_o+0,00124d_вV_o, (3.6)

где d_в – влагосодержание воздуха, определенное по I-d диаграмме. При t=20 ^оС и φ=60%, d_в=10 г/ м³

V_o^вл=10,25+0,00124∙10∙10,25=10,38 м³вл.возд/ м³газа.

Действительное количество воздуха, необходимое для сжигания 1 м³ газа:

V_д=α∙ V_o^вл, (3.7)

где α=1,1; α –коэффициент избытка воздуха

V_д=1,1∙10,38=11,4 м³

В состав продуктов сгорания входят углекислый газ, водяные пары, азот, кислород. Количество углекислого газа Vсо₂, образующегося при сгорании 1 м³ газа определяется по [3]

Vсо₂=0,01(ΣnC_nH_m+CO₂), м³СО₂/ м³газа, (3.8)

где СО₂ –объем процентного содержания СО₂ в газовом топливе, %

Vсо₂=0,01(86,8∙1+2∙6,0+3∙1,3+4∙0,6+5∙1,3+1,2)=1,13 м³СО₂/ м³газа.

Содержание водяных паров в продуктах сгорания определяется по формуле:

Vн₂о=0,01[Σ(m/2) C_nH_m+H₂S+0,00124(d_г+αd_вV_o)], (3.9)

где d_г – влагосодержание газа ( принимаем, что газ осушен,d_г=0).

Vн₂о=0,01[86,8∙2+6∙3+1,3∙4+0,6∙5+6∙1,3+0,00124∙(1,1∙10∙10,25)=2,08 м³Н₂О/ м³газа.

Количество азота в продуктах сгорания определяется по формуле:

V_N2=0,79α∙ V_o+0,01N₂; (3.10)

V_N2=0,79∙1,1∙10,25+0,01∙2,8=8,94 м³N₂/ м³газа.

Количество кислорода в продуктах сгорания определяется по формуле: Vо₂=0,21(α-1)V_o; (3.11)

Vо₂=0,21∙(1,1-1)∙10,25=0,22 м³O₂/ м³газа.

Полный объем продуктов сгорания составит:

V_пр.сг.= Vсо₂+ Vн₂о + V_N2+ Vо₂=1,13+2,08+0,22+8,94=12,37 м³/м³.