курсач. Расчет кольцевых газопроводов низкого давления (3) — копия. 1. Виды систем отопления 1 Характеристика систем отопления
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
1.4. Теплоносители в системах отопления Движущаяся среда в системе отопления - теплоноситель - аккумулирует теплоту и затем передает ее в обогреваемые помещения. Теплоносителем для отопления может быть любая, достаточно подвижная и дешевая, жидкая или газообразная среда, соответствующая требованиям, предъявляемым к системе отопления. Для отопления зданий и сооружений в настоящее время преимущественно используют, как уже известно, воду, водяной пар, атмосферный воздух, нагретые газы. В северных районах страны применяют воду с добавками во избежание замерзания теплоносителя в трубах (например, 27%-ный раствор хлористого кальция). Органические теплоносители, температура кипения которых при атмосферном давлении превышает 250 0С (например, жидкое топливо), используются в специальных высокотемпературных установках. Этиленгликоль, как вещество 3-го класса опасности, применяют для отопления только тех сооружений, в которых люди не присутствуют. Сопоставим основные свойства горячих газов, воды, пара и воздуха, характерные при использовании их в качестве теплоносителей в системах отопления. Газы, образующиеся при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, имеют сравнительно высокую температуру и применимы для отопления в тех случаях, когда в соответствии с санитарно-гигиеническими требованиями удается ограничить температуру теплоотдающей поверхности приборов. При транспортировании горячих газов имеют место значительные попутные теплопотери (обычно бесполезные для обогревания помещений). Высокотемпературные продукты сгорания топлива можно выпускать непосредственно в помещения или сооружения, но при этом способе отопления ухудшается состояние их воздушной среды, что в большинстве случаев недопустимо. Удаление же продуктов сгорания наружу по каналам усложняет и понижает КПД системы отопления. Область использования горячих газов ограничена отопительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками. Наибольшее распространение в качестве теплоносителей в системах отопления имеют вода, пар и воздух. Они используются многократно и без загрязнения окружающей здания среды. Вода представляет собой практически несжимаемую жидкую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Вода изменяет плотность, объем и вязкость в зависимости от температуры, а температуру кипения в зависимости от давления, способна сорбировать и выделять газы при изменении температуры и давления. Пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью. Температура и плотность пара зависят от давления. Пар значительно изменяет объем и энтальпию при фазовом превращении. Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малыми вязкостью, плотностью и теплоемкостью, изменяющей плотность и объем в зависимости от температуры. Сравним эти три теплоносителя по показателям, важным для выполнения требований, предъявляемых к системе отопления. Одним из санитарно-гигиенических требований является поддержание в помещениях равномерной температуры. По этому показателю преимущество перед другими теплоносителями имеет воздух. При использовании горячего воздуха - малотеплоинерционного теплоносителя - можно постоянно поддерживать равномерной температуру каждого отдельного помещения, быстро изменяя температуру подаваемого воздуха, т. е. проводя так называемое эксплуатационное регулирование. Одновременно с отоплением можно обеспечить вентиляцию помещений. Применение в системах отопления горячей воды также позволяет поддерживать равномерную температуру помещений, что достигается регулированием температуры подаваемой в приборы воды. При таком регулировании температура помещений все же может несколько отклоняться от заданной (на 1-2 °С) вследствие тепловой инерции масс воды, труб и приборов. При использовании пара температура помещений неравномерна, что противоречит гигиеническим требованиям. Неравномерность температуры возникает из-за неравенства теплопередачи приборов при неизменной температуре пара (при постоянном давлении) изменяющимся теплопотерям в течение отопительного сезона. В связи с этим приходится уменьшать количество подаваемого пара и даже периодически выключать приборы во избежание перегревания помещений при уменьшении теплопотерь. Другое санитарно-гигиеническое требование - ограничение температуры поверхности приборов - вызвано явлением разложения и сухой возгонки органической пыли на нагретой поверхности, сопровождающимся выделением вредных веществ в частности окиси углерода. Разложение пыли начинается при температуре 65-70 СС и интенсивно протекает на поверхности, имеющей температуру более 80 °С. При использовании пара в качестве теплоносителя температура поверхности большинства отопительных приборов и труб постоянна и близка или выше 100 °С, т. е. превышает гигиенический предел. При отоплении горячей водой средняя температура нагревательной поверхности, как правило, ниже, чем при применении пара. Кроме того, температуру воды в системе отопления планомерно понижают для снижения теплопередачи приборов по мере уменьшения теплопотерь помещений. Поэтому при теплоносителе воде средняя температура поверхности приборов в течение отопительного сезона практически не превышает гигиенического предела. Важным экономическим показателем при применении различных теплоносителей является расход металла на теплопроводы и отопительные приборы. Расход металла на теплопроводы возрастает с увеличением площади их поперечного сечения. Вычислим соотношение площади поперечного сечения теплопроводов, по которым подаются различные теплоносители для передачи в помещения одинакового количества теплоты. Примем, что для отопления используются вода, температура которой понижается с 150 до 70 °С, пар давлением 0,17 МПа (температура 130 °С) и воздух, охлаждающийся с 60 СС до температуры помещения (например, 15 °С). Результаты расчетов, а также характерные параметры теплоносителей (плотность, теплоемкость воды и воздуха, удельная теплота конденсации пара) сведем в табл. 1.1. отопление водяное теплопровод теплоноситель Таблица 1.1. Сравнение основных теплоносителей для отопления.
Видно, что площади поперечных сечений водоводов и паропроводов относительно близки; сечение воздуховодов в сотни раз больше - это объясняется, с одной стороны, значительной теплоаккумуляционной способностью воды и свойством пара выделять большое количество теплоты при конденсации, с другой стороны - малыми плотностью и теплоемкостью воздуха. При сравнении расхода металла следует также учесть, что площадь поперечного сечения труб для отвода конденсата от приборов конденсатопроводов значительно меньше площади сечения паропроводов, так как объем конденсата примерно в 1000 раз меньше объема той же массы пара. Можно сделать вывод, что расход металла как на водоводы, так и на паро и конденсатопроводы будет значительно меньшим, чем на воздуховоды, даже если последние выполнить со значительно более тонкими стенками. Кроме того, при большой длине воздуховодов малотеплоемкий теплоноситель (воздух) сильно охлаждается по пути. Этим объясняется, что при дальнем теплоснабжении в качестве теплоносителя используют не воздух, а воду или пар. Расход металла на отопительные приборы, обогреваемые паром, меньше, чем на приборы, нагреваемые горячей водой, вследствие уменьшения площади приборов при более высоких значениях температуры нагревающей их среды. Конденсация пара в приборах происходит без изменения температуры насыщенного пара, а при охлаждении воды в приборах понижается средняя температура (например, до 110°С при температуре воды, входящей в прибор, 150 СС и выходящей из прибора 70 °С). Так как площадь нагревательной поверхности приборов обратно пропорциональна температурному напору, то при температуре пара 130 СС (см. табл. 1.1) площадь паровых приборов приблизительно (считая коэффициенты теплопередачи равными) составит (110-20) : (130-20)-0,82 площади водяных приборов (20°С - температура помещений). В дополнение к известным эксплуатационным показателям следует отметить, что из-за высокой плотности воды (больше плотности пара в 600-1500 раз и воздуха в 900 раз) в системах водяного отопления многоэтажных зданий может возникать разрушающее гидростатическое давление. В связи с этим в высотных зданиях в США применяют системы парового отопления. Воздух и вода могут перемещаться в теплопроводах бесшумно (до определенной скорости движения). Частичная конденсация пара вследствие попутных теплопотерь через стенки паропроводов (появление, как говорят, попутного конденсата) вызывает шум (щелчки, стуки и удары) при движении пара. В заключение перечислим преимущества и недостатки основных теплоносителей для отопления. При использовании воды обеспечивается довольно равномерная температура помещений, можно ограничить температуру поверхности отопительных приборов, сокращается по сравнению с другими теплоносителями площадь поперечного сечения труб, достигается бесшумность движения в трубах. Недостатками применения воды являются значительный расход металла и большое гидростатическое давление в системах; тепловая инерция воды замедляет регулирование теплопередачи приборов. При использовании пара сравнительно сокращается расход металла за счет уменьшения площади приборов и поперечного сечения конденсатопроводов, достигается быстрое прогревание приборов. Гидростатическое давление пара в вертикальных трубах по сравнению с водой минимально. Однако пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям, его температура высока и постоянна при данном давлении, что не обеспечивает регулирования теплопередачи приборов, движение его в трубах сопровождается шумом. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение или равномерность температуры помещений, избежать установки отопительных приборов, совмещать отопление с вентиляцией помещений, достигать бесшумности его движения в каналах. Недостатками являются его малая теплоаккумулирующая способность, значительные площадь поперечного сечения и расход металла на воздуховоды, относительно большое понижение температуры по длине воздуховодов. 2.Краткая информация о Оренбургском нефтегазоконденсатном месторождении Восточный участок (ВУ ОНГКМ) является нефтяной оторочкой уникального по запасам Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения и самым крупным активом «Газпром нефти» в Оренбуржье. Запасы составляют свыше 100 млн тонн нефти и порядка 66 млрд кубометров газа. История открытия Оренбургское НГКМ открыто в 1966 году. Восточный участок Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения доразведан в 1993 году, опытно промышленная эксплуатация начата с марта 1994 года. Расположение Участок расположен в 40 км к юго-западу от г. Оренбурга на территории Оренбургского района, является действующим активом с растущей добычей и одним из крупнейших месторождений по запасам жидких углеводородов в Волго-Уральском регионе. Технологии Практически все запасы Оренбургского газоконденсатного месторождения трудноизвлекаемы: сложность разработки обусловлена низкими фильтрационно-емкостными свойствами, большим газовым фактором и высоким содержанием сероводорода. Нефть здесь добывается в основном газлифтным методом, то есть путем «выталкивания» на поверхность за счет энергии подаваемого в скважину газа. Инфраструктура и экология В связи с содержанием в пластах Оренбургского месторождения сероводорода «Газпромнефть-Оренбург» реализует программу «Щит». Она нацелена на мониторинг состояния воздуха вокруг месторождения, мгновенное выявление и нейтрализацию источников газовой угрозы. «Щит» объединяет передовые практики, применяемые на сероводородосодержащих месторождениях по всему миру. Сегодня ежедневный мониторинг осуществляют 3 передвижные автомобиля — эколаборатории, 10 стационарных станций контроля в населенных пунктах вокруг ВУ ОНГКМ, а также более 500 датчиков по периметру месторождения. Реализация проекта «Щит» будет завершена в 2022 году. Всего на проект выделяется 2,3 млрд рублей. Благодаря строительству современной газовой инфраструктуры, в 2020 году предприятие добилось максимального уровня полезного использования попутного нефтяного газа (ПНГ) — 98%. ПНГ — побочный продукт нефтедобычи. Нередко его сжигают на факельных установках при отсутствии объектов газоподготовки. «Газпромнефть-Оренбург» направляет прошедший подготовку ПНГ по специально построенному газопроводу на Оренбургский газоперерабатывающий завод. 3.Расчет кольцевых газопроводов низкого давления Задание: Разработать схему газоснабжения рабочего поселка, представленного генеральным планом на рисунке 1, по указанным далее исходным данным.  Рисунок 1 – Генеральный план Поселок снабжается газом Оренбургского месторождения через ГРС, расположенную в 600 м от него. Избыточное давление газа на выходе из ГРС – 0,6 МПа. Застройка поселка – 3- и 5-этажная с плотностью населения 560 чел./га. На территории поселка имеются сосредоточенные потребители газа: фабрика с расходом газа низкого давления 180 м3/ч и котельная с расходом газа 490 м3/ч. Поселок расположен в климатическом поясе с расчетной отопительной температурой наружного воздуха -20 С. Расход газа на бытовые и коммунальные цели принять из расчета: на приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд газ используют 70% населения; бани посещает 15 % населения; столовыми и ресторанами пользуется 30 % населения; в больницах на 1000 жителей имеется 7 коек; механизированные прачечные обслуживают 25 % населения (при норме 100 кг сухого белья на 1 жителя в год); хлебозаводы выпекают на 1000 жителей 0,7 т/сут хлебобулочных изделий. Отопление жилых и общественных зданий за счет местных отопительных установок на газе составляет 25 % от их общей кубатуры. При этом на одного жителя приходится 40 м3 жилых зданий и 12 м3 общественных. Длины участков газопроводов, м: l1-2=550, l2-3=250, l3-4=300, l4-5=250, l5-6=550, l6-7=850, l7-8=350, l8-9=140, l9-1=240, l2-10=180, l10-11=290, l11-6=390, l10-5=190, l8-11=190 Площади участков, га: А – 5, Б – 2, I – 8, II – 11, III – 4, IV – 10. Решение: Определяем низшую теплоту сгорания исходного газа. Химический состав горючей части ставропольского газа, % по объему: метан - 81,7; этан - 4,5; пропан - 1,8; бутан - 1,0; пентан – 3,55. Плотность газа  = 0,68 кг/м3.Qн = (35,88CH4+64,3C2H6+93,18C3H 8+123,5C4H10+156,6C5H12) 0,01 = = (35,88*81,7+64,3*4,5+93,18*1,8+123,5*1+156,6*3,55)0,01 = 40,679 МДж/м3. Определяем численность населения N,чел., которая зависит от площади поселка и плотности населения. В нашем случае N=(5+2+8+11+4+10)560=22 400 чел. Определяем годовую потребность газа в тепловых единицах по нормам расхода, указанным в СП 42-101–2003. На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно- гигиенических нужд расход. Qбыт = 22 400 0,7 10 000 = 156,8 106 МДж/год. Расход газа на бани определяем, предусматривая еженедельное посещение их каждым посетителем, т. е. из расчета 52 помывок на 1 чел. в год: Qб = 22 400 0,15 52 40 = 7 106 МДж/год. На столовые и рестораны расход газа Qст = 22400 0,3 (4,2 + 2,1) 365 = 15,45 106 МДж/год. На больницы расход газа определяем из расчета расхода на приготовление пищи и горячей воды для хозяйственно-бытовых нужд и лечебные процедуры: Qбол =  7 (3200 9200) 1,94106 МДж/год.На механизированные прачечные расходы: Qпр 10,52106 МДж/год. На хлебозаводы расход газа определяем, принимая, что выпекается хлеба формового 0,4; батонов, булок и сдобы 0,2; и кондитерских изделий 0,1 т/сут на 1000 жителей: Qхл.ф 0,4*365 2500 8,17 106 МДж/год;Qбул 0,2*365 5450 8,91 106 МДж/год;Qконд.изд. 0,1*365 7750 6,36106 МДж/год;Итого Qхл = (8,17 + 8,91 + 6,36)106 = 23,44 106 МДж/год. Расход газа на бытовые и коммунальные нужды в итоге можно записать в виде табл. 1. Таблица1 - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||