В.1.Диаграммы состояния пропана и бутана.

Все основные характеристики пропана и бутана (плотность; удельный объём; теплоёмкость; энтальпия жидкости, насыщенных и перегретых паров) в зависимости от температуры могут быть легко и точно найдены по диаграммам состояния вещества. Здесь по оси абсцисс отложена энтальпия i, а по оси ординат- абсолютное давление р. Линия Ж-К-П состоит из двух частей: кривой Ж-К, которая характеризует состояние жидкости; кривой П-К, которая характеризует состояние насыщенного пара. Ж-К соответствует началу кипения, а П-К- сухому насыщенному пару (началу конденсации). Критическое состояние обозначено точкой К. Слева от Ж-К расположена однофазная система-жидкость. Правее кривой П-К находится пар. В области между этими кривыми расположена двухфазная система <жидкость-пар>. Следовательно здесь пар находится в насыщенном состоянии. Соотношение между количеством пара и жидкости отражают линии постоянной сухости х, которые показывают долю пара в системе (кривая К-Х). Удельные объёмы (v, кг/м3) показаны в области жидкости линиями ОБ, а в области пара кривой О’-Б’-В. Линии постоянной температуры показаны до критической зоны ниже точки К кривой ТЕМП, а в сверхкритической зоне выше точки К кривой Т’Е’. Линии постоянной энтропии (S, кДж/кгС) показаны кривой А-Д.

В.2.Состав и основные физико-химические свойства природного газа

Для газоснабжения городов и промышленных предприятий в настоящее время широко применяют природные газы. Их добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов метанового ряда. Природные газы не содержат водорода, оксида углерода и кислорода. Содержание азота и диоксида углерода обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат сероводород. Природные газы можно подразделить на три группы: 1)газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они в основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Тяжёлых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м3, и конденсата 10 см3/м3; 2)газы, выделяемые из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, часто называют попутными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжёлых углеводородов (обычно свыше 150 г/м3) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина; 3) газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжёлых углеводородов, содержащих С5 и выше(бензина, лигроина, керосина). Сухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зависимости от содержания тяжёлых углеводородов. Низшая теплота сгорания сухих газов, добываемых в России, составляет 31000,,,,38000 кДж/м3. Теплота сгорания попутных газов выше и изменяется от 38000 до 63000 кДж/м3. На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин, пропан и бутан, последние используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа. Сжиженные газы получают также из газов конденсатных месторождений. Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество примесей. К горючим газам относят углеводороды, водород и оксид углевода. Негорючие компоненты - это азот, оксид (II) углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива. К примесям относят водяные пары, сероводород и пыль.

Вопрос3.Гидравлический расчет тупиковых разветвленных систем газоснабжения низкого давления.

Разветвленные сети газопровода рассчитываются последовательно по расчетным участкам, т.е. участкам м/у 2-мя соседними разветвлениями (узловыми точками). Каждый участок разветвленной сети может иметь равномерно распределенную нагрузку и сосредоточенную в конце участка.

Расчетные расходы газа по участкам определяют как сумму эквивалентного расхода газа Qэкв от путевого расхода рассчитываемого участка и транзитного расхода Qтр, проходящего на все последующие участки. Qр=Qэкв+ Qтр [м3/ч], ,  меняется в зависимости от количества точек разбора газа и от отношения путевого расхода газа к сумме путевого и транзитного расходов.Для участков с кол-вом точек отбора 10 0,50,592. В практике принимают Qэкв=0,5*Qп,

q l-удельный путевой расход ,т.е. расход на 1м длины газопровода[м3/чм], lпр- длина уч-ка газопровода[м]. Qп-кол-во газа которое, разбирается с участка сети, при равномерно распределенной нагрузке. ql=Q/lпр, Q-общий расход газа всеми равномерно распределенными потребителями, подсоединенными к данной сети . lпр-суммарная длина сети,м. Транзитные расходы определяются как сумма всех путевых и сосредоточенных расходов, проходящих транзитом через рассчитываемый участок, т.е. как сумма всех путевых и сосредоточенных расходов всех последующих участков. Qт=(Qп+Qтр) послед уч-ов. Этой формулой удобно пользоваться для окончательной проверки расчета, однако она требует многократного сложения большого количества чисел. Значительно проще транзитный расход определяется как сумма путевых и транзитных расходов всех участков, присоединяемых к концу рассчитываемого участка, поскольку все остальные расходы входят в транзитные расходы этих участков. Qт=(Qп+Qтр) прис. уч-ов. При чисто сосредоточенных потребителях Qп=0 и Qэкв=0, а транзитный и расчетный расходы равны сумме расчетных расходов участков, присоединенных к концу рассчитываемого участка. Q=Qт=Qс=Qприс уч-ов. Так как расчетные расходы суммируются по участкам, то все расчеты для разветвленных сетей необходимо начинать с концевых участков.

Вопрос 4.Гидравлический расчёт кольцевых сетей низкого давления.

Р ассмотрим всю последовательность расчёта, начиная от определения расходов для участков сети до конечного результата - рассчитанных диаметров сети при выполнении всех ограничивающих условий. Гидравлический расчёт кольцевой сети низкого давления осуществляется в два этапа: 1.на первом этапе распределяют потоки газа и определяют расчётные расходы для всех участков сети; по заданному расчётному перепаду давления  подбирают диаметры участков; проверяют степень использования расчётного перепада давления и при необходимости корректируют отдельные диаметры; 2.вся последовательность расчёта по п.1 приводит к завершению гидравлического расчёта сети, т.е. к получению диаметров газопроводов для всех участков при удовлетворении всех ограничений на расчёт. Как правило не удаётся решить лишь одну задачу- взаимного резервирования участков сети для повышения надёжности газоснабжения. Её решают во втором этапе, в котором по изложенному ниже принципу уточняют диаметры основных колец для повышения надёжности сети. Первый этап расчёта: 1) на основании известных количеств потребляемого газа и принятой схемы газопроводов вычисляют сосредоточенные и удельные путевые расходы для всех контуров питания потребителей; 2)определяют путевые расходы для всех участков сети; 3) задают начальное распределение потоков в сети. Необходимо определить главные направления движения газа и установить связь между этими потоками. В результате формируется основная кольцевая сеть. Решение этой задачи тесно связано с разработкой схемы сети. По главным контурам направляют транзитные потоки. По второстепенным участкам транзитные расходы не направляют. Головные участки, примыкающие к точкам питания, должны быть взаимозаменяемыми, а их расчётные расходы примерно одинаковыми. Точки питания главных контуров выбирают так, чтобы потоки газа двигались к потребителям кратчайшим путём, а точки их встречи располагались диаметрально противоположно точкам питания. Целесообразно, чтобы один из контуров сети объединял точки питания её от ГРП. В результате выполнения изложенных выше общих принципов потокораспределения в определённой степени решается задача повышения надёжности газоснабжения. Экономический принцип кратчайшего пути газа к потребителям при построении системы выдержать удаётся только частично, так как требования взаимозаменяемости участков из условий надёжности часто приводят к необходимости удлинять путь движения газа; 4) в итоге решения задачи потокораспределения определяют расчётные расходы газа для всех участков сети; 5) подбирают диаметры для всех участков. При подборе используют принцип приоритетности направлений и колец, т.е. сперва подбирают диаметры для главных направлений и для основных колец. При подборе диаметров второстепенных направлений используют оставшиеся перепады давления; 6) производят гидравлическую увязку сети, в результате чего получают окончательное распределение потоков. При этом для замкнутых контуров сети алгебраическая сумма потерь давления будет равна нулю; 7) проверяют полноту использования расчётного перепада давления от точки питания до концевых точек. При необходимости расчёт уточняют. Второй этап расчёта: У сетей низкого давления транспортный резерв не рассчитывают, как это делают для кольцевых газопроводов высокого и среднего давлений. Вместе с тем, предварительно определённые диаметры участков кольцевой части сети могут по размерам сильно отличаться друг от друга. В таком случае кольцо перестаёт быть резервированным элементом системы, так как участки с малыми диаметрами не смогут пропустить необходимые потоки при аварийных ситуациях. На первом этапе были выделены главные кольца. Это кольца, объединяющие источники питания (ГРП), они несут основную нагрузку; кольца, непосредственно примыкающие к ГРП; возможны и другие контуры, объединяющие участки с большими расходами газа. Выделенные кольца следует располагать по их рангу в ряд. Основной принцип взаимного резервирования участков кольца состоит в проектировании кольца с постоянным диаметром. Если это не удаётся, тогда кольцо проектируют из двух ближних диаметров по ГОСТу. Первоначально определяют диаметр кольца первого ранга. Поскольку осреднённый диаметр кольца будет заключаться между двумя ближними диаметрами по ГОСТ, т.е. dб>dcр>dм, где dб и dм- больший и меньший диаметры по ГОСТу. При осреднении диаметра кольца второго ранга в сумму включают участки, принадлежащие кольцу первого ранга, но при осреднении диаметра кольца диаметры участков, принадлежащие кольцам более высокого ранга, не изменяют. Таким образом, конструируют кольцевую часть сети. После этого производят гидравлическую увязку и проверяют полноту использования перепада давления в сети.

В.5Гидравлический расчет кольцевых газовых сетей высокого (среднего) давления.

Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним иерархи­ческим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и боль­ших городов их проектируют кольцевыми (резервированными), и только для малых городов они могут выпол­няться в виде разветвленных тупиковых сетей. Все городские сети рассчитывают на заданный перепад давления. Такой подход к расчёту связан с тем, что в город газ поступает под определен­ным давлением и поддерживается не ниже заданной величины. При движе­нии газа по сетям высокого, среднего и низкого давления, а также при исте­чении из сопл газовых горелок все избыточное давление газа теряется. Городские системы не имеют нагнета­телей, поэтому давление газа в систе­ме не может увеличиваться. В связи с этим при технико-экономическом расчете городских сетей расход энер­гии на повышение давления газа не учитывают. Расчетный перепад давления для сетей высокого (среднего) давления определяют исходя из следующих со­ображений. Начальное давление при­нимают максимальным по СниП( Г/пр высокого давления Iкатегории рабочее давление 0,6-1,2Мпа,II категории 0.3-0.6Мпа, Г/пр среднего давления 0,3МПа до 5Кпа и Г/пр низкого давления до 5Кпа) Ко­нечное давление принимают таким, чтобы при максимальной нагрузке сети

было обеспечено минимально допус­тимое давление газа перед регуляторами. Величина этого давления скла­дывается из максимального давления газа перед горелками, перепада давле­ний в абонентском ответвлении при максимальной нагрузке и перепада в газорегуляторном пункте. В большин­стве случаев перед ГПР достаточно иметь избыточное давление примерно 0,15...0,2 МПа. Для разветвленных (нерезервиро­ванных) сетей потокораспределение однозначно определяется заданной схемой системы, а диаметры рассчи­тывают при полном использовании максимального перепада давления. При расчете кольцевых сетей необходимо оставлять резерв давления для увели­чения пропускной способности систе­мы при аварийных гидравлических режимах. Принятый резерв следует проверять расчетом при возникнове­нии наиболее неблагоприятных ава­рийных ситуаций, обычно возникающих при выключении головных участков сети. Для многокольцевой сети неблагоприятных режимов может быть несколько. Стопроцентное обеспечение потребителей газом при отказах элементов системы связано с дополнительными капитальными вложениями. Ввиду кратковременности ава­рийных ситуаций следует допускать снижение качества системы при отка­зах ее элементов. Снижение качества оценивают коэффициентом обеспечен­ности Коб, который зависит от категории потребителей. Таким образом, количество газа, подаваемого потреби­телям при аварийном гидравлическом режиме Qaв, не должно быть меньше предельного значения, определяемого соотношением Qaв= Коб*Qрасч. Коб,=0-1 Сети высокого (среднего) давления являются управляемыми, к ним присоединяют ограниченное число крупных потребителей, режимом подачи газа которым управляет диспетчерская служба. Следствием управляемости сети является и особая постановка задачи расчёта аварийного гидравлического режима , заключающаяся в том , что не только в расчётном режиме, но и в аварийных ситуациях узловые расходы газа являются заданными. Это положение позволяет вести расчёт аварийных режимов теми же методами, какими определяют диаметры газопроводов при расчётном режиме. Отличие состоит лишь в том, что меняется геометрия сети: выключают один или несколько элементов и уменьшают узловые нагрузки в соответствии с принятыми коэффициентами обеспеченности. Возможные значения коэффициентов обеспеченности: Коммунально-бытовых потребителей обычно питают от сети низкого давления после ГРП. Возможное уменьшение подачи газа ограничено нижним пределом, который устанавливают из соображений минимально допустимого давления газа перед приборами. Это минимальное давление определяется минимальной нагрузкой, которую принимаю равной 50 % расчётного значения. Половину нормы газообразного топлива будем получать примерно 20…30% потребителей, причём такое снижение подачи топлива существенно не отразится на приготовлении пищи. В основном это будет отражаться на качестве горячего водоснабжения. Как показывают исследования, при снижении давления после ГРП можно уменьшить максимальный расход примерно на 15-20%. Следовательно, для коммунально-бытовых потребителей Коб=0,7-0,75. Для промышленных предприятий: - имеющих резервное топливо Коб=0, -не имеющих резервного топлива Коб=1. Таким образом, Коб можно определить для всех сосредоточенных потребителей и на их основе рассчитывать гидравлические режимы. После обоснования Коб для всех потребителей решают вторую задачу, т.е определяют необходимый резерв пропускной способности сети. Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчёту, два: при включении головных участков слева и справа от точки питания. Каждый аварийный режим превращает кольцевую сеть в тупиковую. Рекомендуется следующий порядок расчёта однокольцевой газовой сети высокого (среднего) давления: 1.Производим предварительный расчёт диаметра кольца по приближённым значениям: , i=1 до n

Qр-расчётный расход газа; Qi- расчётные расходы газа потребителями; Pн,Pк- абсолютное давление газа вначале и в конце сети;Lк- протяжённость кольца (коэффициент 1,1 учитывает местные сопротивления); 0,59- приближённое значение коэф ,зависящего от соотношения м/у путевым и транзитными расходами и числа мелких потребителей, составляющих путевую нагрузку.Целесообразно применять постоянный диаметр кольца. Если такой диаметр подобрать не удаётся, то участки газопроводов, расположенные диаметрально противоположно точке питания, следует прокладывать меньшего диаметра,

но не менее чем 0,75 диаметра головного участка. 2.Выполняем два варианта гидравлического расчёта аварийных режимов при выключенных головных участках слева и справа от точки питания. Диаметры участков корректируем так, чтобы давление газа у последнего потребителя не понижалось ниже минимально допустимого значения. Для всех ответвлений рассчитываем диаметры газопроводов на полное использование перепада давления с подачей им Kобi*Qi газа. 3. Рассчитываем распределение потоков при нормальном режиме и определяем давление газа во всех узловых точках.

4.Проверяем диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при расчётном гидравлическом режиме. При недостаточности диаметров увеличиваем их до необходимых размеров.