2. Характеристика города и потребителей газа.

В городе находящемся в Архангельской области, для которого проектируется система газоснабжения, t_н.о= -31°C, преобладающее направление ветра юго-восточное.

Так как город средних размеров и в нем имеются потребители, которые требуют различных давлений, то принимаем двухступенчатую схему газоснабжения с газопроводом среднего (5кПа-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, районные котельные, банно-прачечный комбинат, квартальная котельная, сетевые ГРП. Газопровод прокладывается по окраинам города, в районах с малой плотностью населения и меньшим количеством подземных коммуникации.

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 поддерживают постоянным автоматически.

Газораспределительная станция находится на северо-западе города на расстоянии 400 м.

В городе 29 кварталов, включая квартальную котельную, две районные котельные, хлебозавод, больница, промышленное предприятие и банно-прачечный комбинат.

В пятиэтажных домах установлены газовые плиты и водоподогреватели, в 7-9 этажных домах только газовые плиты.

Согласно расчету в городе проживает 75426 жителей, которые используют основную часть газа на коммунально-бытовые нужды.

3. Определение физико-химических свойств газового топлива.

Состав газа, используемого для газоснабжения города:

СН₄=90 %;

С₂Н₆=1,5%;

С₃Н₈=6,5 %;

С₄Н₁₀= 0,7%;

C₅Н₁₂ = 0,5 %;

СО₂=0,7 %;

N₂=0,1 %.

Почти все теплофизические характеристики газового топлива могут быть определены, если известен состав его по свойствам простых газов–компонентов смеси.

Плотность газового топлива в нормальных условиях определяется по следующей зависимости:

ρ _см = 0,01 ∑ yiρi, кг/м³,

где уi – объёмное содержание i-го компонента, %;

ρi – плотность i-го компонента при нормальных условиях, кг/м³;

ρi – принимаем по справочным данным или определяем по формуле:

ρi = Мi/V_Mi, кг/м³ ,

где Мi–молекулярная масса i-го компонента, кг/кмоль;

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

V_M (СН₄)=22,38 м³/кмоль ; М=16,043 кг/кмоль ; ρ =16,043/22,38=0,717 кг/м³ ;

V_M (С₂Н₆)=22,174 м³/кмоль; М=30,068 кг/кмоль ; ρ =30,068/22,174=1,356 кг/м³;

V_M (С₃Н₈)=21,997 м³/кмоль; М=44,097 кг/кмоль ; ρ =44,097/21,997=2,005 кг/м³;

V_M (С₄Н₁₀)=21,50 м³/кмоль ; М=58,124 кг/кмоль ; ρ =58,124/21,50=2,703 кг/м³;

V_M (C₅Н₁₂)=20,87 м³/кмоль; М=72,146 кг/кмоль ; ρ =72,146/20,87=3,457 кг/м³;

V_M (СО₂)=22,268 м³/кмоль ; М=44,011 кг/кмоль ; ρ =44,011/22,268=1,976 кг/м³;

V_M (N₂)=22,395 м³/кмоль ; М=28,043 кг/кмоль ; ρ =28,043/22,395=1,252 кг/м³ .

Таким образом:

ρ_см=0,01·(90·0,717+1,5·1,356+6,5·2,005+0,7·2,703+0,5·3,457+0,7·1,976+0,1·1,252)=0,847 кг/м³.

Низшая теплота сгорания смеси горючих газов определяется по выражению:

QН см=0,01∑уi·QHi, кДж/ м³

где QHi- низшая теплота сгорания i-го компонента, кДж/ м³.

Согласно справочнику Стаскевича:

QH (СН₄)=35760 кДж/ м³.

QH (С₂Н₆)= 63650кДж/ м³.

QH (С₃Н₈)= 91140кДж/ м³.

QH (С₄Н₁₀)= 118530кДж/ м³.

QH (C₅Н₁₂)= 146180кДж/ м³.

QHcм=0,01· (90·35760+1,5·63650+6,5·91140+0,7·118530+0,5·146180)=40623,46 кДж/м³.

Концентрационные пределы воспламенения для смеси горючих газов с балластом определяется по следующей зависимости:

L_см^Б= [(100-Б)/∑(y_i/L_i)],%

где L_i– предел воспламенения (нижний или верхний) i-го компонента горючей смеси, %

Б–содержание балласта в смеси:

Б= СО₂+N₂+ H₂S,% Б=0,7+0,1+0= 0,8 %

	Нижний	Верхний
L(СН4)	5	15
L(С2Н6)	3	12,5
L(С3Н8)	2	9,5
L(С4Н10)	1,7	8,5
L(C5Н12)	1,35	8,0

Пределы воспламенения отдельных компонентов горючей смеси, %

При наличии в газе балластных примесей пределы воспламенения определяются:

,%

Б – балласт газообразного топлива:

Б= СО₂+N₂+ H₂S,% Б=0,7+0,1+0= 0,8 %

Состав горючей части газа без балластных примесей находится по формуле:

Таким образом:

Нижние и верхние пределы воспламенения с учетом балластных примесей:

Количество воздуха теоретически необходимое для полного сжигания 1 м³ природного газа определяется по выражению:

V_о=0,0476∑(n+m/4)·C_nH_m + 1,5Н₂ S, м³_возд./м³_газа ,

где C_nH_m–объёмное процентное содержание соответствующего углеводорода в смеси;

n и m– соответствующее число атомов углерода и водорода в рассматриваемом углеводороде.

Таким образом:

V_о=0,0476· ((1+4/4)·90+(2+6/4)·1,5+(3+8/4) ·6,5+(4+10/4) ·0,7+(5+12/4) ·0,5)=10,77 м³_возд/м³_газа.

С учётом влажности воздуха его количество определяется по следующей формуле:

V_о^вл.= V_о+0,00124·d_в·V_о, м³_возд./м³_газа

где d_в–влагосодержание воздуха в г/м³, определяется по I-d диаграмме при температуре 20^оС и

φ=60%;

d_в=10 г/м³;

0,00124–удельный объём водяного пара,

V_о^вл.=10,77+0,00124·10·10,77 =10,9 м³_возд./м³_газа .

Действительное количество воздуха подаваемого в топку определяется по формуле:

V_д=α ·V_о^вл., м³_возд./м³_газа ,

где α–коэффициент избытка воздуха, зависящий от типа горелки, принимаем α =1,1 ;

V_д=1,1·10,9=12 м³_возд./м³_газа .

Объём продуктов сгорания газообразного топлива определяется по формуле:

V_пр.сг.= V_CO2 +V_N2 +Vo₂ +Vн₂о + Vн₂s, м³_пр.сг./м³_газа,

где V_CO2 ,V_N2 ,Vo₂ ,Vн₂о, Vн₂s – соответственно объём углекислого газа, водяного пара, азота и кислорода, сернистого андегрида,м³.

Объём углекислого газа зависит от состава газа и содержания СО₂ в самом топливе:

V_CO2=0,01(∑n C_nH_m+ СО₂), м³ _CO2/м³_газа ,

V_CO2=0,01(∑(1·90+2·1,5+3·6,5+4·0,7+5·0,5+0,7)=1,18 м³ _CO2/м³_газа .

_{При наличии в газе сероводорода объем сернистого ангидрида:}

V_H2S=0,01·H₂S, м³ _H2S/м³_газа ,

где H₂S _{– объемное процентное содержание сероводорода в газовой смеси.}

В данном случае V_H2S =0.

Содержание водяных паров зависит от состава газа и влагосодержания газа и воздуха

Vн₂о=0,01[∑m/2· C_nH_m+ Н₂S +0,00124(d_г+ α·V_о·d_в)], м³ н₂о/м³_газа ,

где d_г–влагосодержание газа, принимаем осушенный газ – d_г=0 (т.к. газ сухой);

Vн₂о=0.01{((4/2·90)+(6/2·1,5)+(8/2·6,5)+(10/2·0,7)+(12/2·0,5)+0+0.00124(0+10·1.1·10,9)}=

=2,17 м³ н₂о/м³_газа

Содержание N₂ в продуктах сгорания зависит от содержания его в топливе и воздухе (79% N₂ содержится в воздухе), от коэффициента избытка воздуха и определяется по формуле:

V_N2=0,79α·V_о+0,01N₂, м³ _N2/м³_газа,

V_N2=0,79·1,1·10,9+0,01·0,1=9,473 м³ _N2/м³_газа.

Содержание кислорода в продуктах сгорания зависит от коэффициента избытка воздуха (21%– в воздухе кислорода) и находится из выражения:

Vo₂=0,21(α -1)·V_о, м³ _CO2/м³_газа,

Vo₂=0,21(1,1-1)·10,9=0,23 м³ _CO2/м³_газа.

Тогда V_пр.сг.=1,18+9,47+0,23+2,17+0=13,05 м³_пр.сг./м³_газа.

Проверка: V_д+1= V_пр.сг , 12+1≈13,05.