Лекции ОСД-2011-88-Л-печ. Конспект лекций по курсу введение в строительное дело
 Скачать 4.42 Mb.
|
|
Контрольные вопросы Какие параметры микроклимата называют комфортными или оптимальными. Перечислите метеорологические факторы, которые влияют на комфортное пребывание людей в помещении. Что такое микроклимат. Что такое тепловой баланс организма человека. Какие системы отопления вы знаете. Дайте краткую характеристику всех систем отопления. Назначение расширительного сосуда в системах водяного отопления. Требования, предъявляемые к системам отопления. Требования, предъявляемые к отопительным приборам. Какова роль запорно-регулирующей арматуры в системах отопления. 33 ЛЕКЦИЯ 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МОНТАЖ СИСТЕМ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ 2.1. СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ 2.1.1. Основные свойства и состав газообразного топлива Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащих некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и окись углерода. Негорючие компоненты— это азот, двуокись углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива. примесям относят водяные пары, сероводород, пыль. Искусственные газы могут содержать аммиак, цианистые соединения, смолу и пр. От вредных примесей газообразное топливо очищают. По ГОСТ 5542—50* содержание вредных примесей в граммах на 100 м3 газа, предназначенного для газоснабжения городов, не должно превышать: –сероводорода — 2 г; –аммиака — 2 г; – цианистых соединений в пересчете на синильную кислоту (HCN)—5 г; –смолы и пыли—0,1 г; –нафталина—10 г (летом) и 5г (зимой). Природный газ не содержит аммиака, цианистых соединений и нафталина. Для газоснабжения применяют как влажные, так и сухие газы. Если газ транспортируют на большие расстояния, то его предварительно осушают, так как содержание влаги в газе при его транспортировании часто вызывает серьезные эксплуатационные затруднения. При определенных внешних условиях (температуре и давлении) влага может конденсироваться, образовывать ледяные пробки и кристаллогидраты, а в присутствии 34 сероводорода и кислорода вызывать коррозию трубопроводов и оборудования. Во избежание перечисленных затруднений газ осушают, снижая температуру точки росы на 5 – 7 0С ниже рабочей температуры в газопроводе. Внешне кристаллогидраты похожи на белую снегообразную кристаллическую массу, а при уплотнении напоминают лед. Это неустойчивые соединения, которые при определенных условиях сравнительно легко разлагаются на составные части. Состав кристаллогидратов углеводородов следующий: СН4 6Н2О или СН4 7Н2О; С2Н6 7Н2О; С3Н8 18Н2О.Природный газ вода представляют собой многокомпонентную систему, которая дает смешанные кристаллогидраты. Большинство искусственных газов имеет резкий запах, что облегчает обнаружение утечек газа на трубопроводах и запорной арматуре. Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т. е. придают ему резкий неприятный запах, который должен ощущаться при концентрации в воздухе, равной 1%. Влагосодержание насыщенного газа в зависимости от его температуры приведено в табл. 2.1. Таблица 2.1 - Зависимость влагосодержания насыщенного газа от температуры
Запах токсичных газов должен ощущаться при концентрациях, допускаемых санитарными нормами. Сжиженный газ, используемый коммунально-бытовыми потребителями, по ГОСТ 10196—62 не должен содержать сероводорода более 5 г на 100 м3 газа, а его запах должен ощущаться при содержании в воздухе при 0,5%. Концентрация кислорода в газообразном топливе не должна превышать 1%. При использовании для газоснабжения смеси сжиженного газа с воздухом концентрация газа в смеси составляет не менее удвоенного верхнего предела воспламеняемости. Физические характеристики и теплота сгорания некоторых газов приведены в табл. 2.2 и 2.3. 35 Таблица 2.2 - Физические характеристики газов
Таблица 2.3 - Теплота сгорания чистых горючих газов
Используя данные этих таблиц, можно рассчитать теплоту сгорания, плотность и другие характеристики газообразного топлива. 36 2.1.2.Природные газы Для газоснабжения городов и промышленных предприятий в настоящее время широко применяют природные газы. Их добывают из недр земли. Они представляют смесь различных углеводородов метанового ряда. Природные газы не содержат водорода, окиси углерода и кислорода. Содержание азота и углекислого газа обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат в небольших количествах сероводород. Природные газы можно подразделить на три группы. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они в основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м3. Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторождений, совместно с нефтью, часто называют попутными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м3) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина. Газы, которые добывают 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 тяжелых углеводородов, содержащих С5 и выше (бензина, лигроина, керосина). Сухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зависимости от содержания тяжелых углеводородов. Низшая теплота сгорания сухих газов, добываемых из недр земли, составляет 31000—38000 кДж/м3. Теплота сгорания попутных газов выше и изменяется от 38 000 до 63 000 кДж/м3. На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин пропан-бутановую фракцию, которую используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа. 37 2.1.3. Искусственные газы При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой перегонки и генераторные газы. Как те, так и другие в настоящее время весьма редко применяют для газоснабжения городов и промышленных предприятий. Сухая перегонка твердого топлива представляет собой процесс его термического разложения, протекающий без доступа воздуха. При сухой перегон-ке топливо проходит ряд стадий физико-химических преобразований, в результате которых оно разлагается на газ, смолу и коксовый остаток. Характер преобразо-ваний, претерпеваемых топливом, определяется его природой и температурой процесса. Сухую перегонку топлива, происходящую при высоких температурах (900—1100° С), называют коксованием, в результате которого получают кокс и коксовый газ с низшей теплотой сгорания Qн= 16 000—18 000 кДж/м3 и с=0,45—0,5 кг/м3. Газификация — процесс термохимической переработки топлива. В результате реакции углерода топлива с кислородом и водяным паром образуются горючие газы: окись углерода и водород. Одновременно с процессом газификации протекает частичная сухая перегонка топлива. Продуктами газификации топлива являются горючий газ, зола и шлаки. Аппараты, в которых осуществляют газификацию топлива, называют газогенераторами. При подаче в газогенератор паровоздушной смеси получают генераторный газ, называемый смешанным. Низшая теплота сгорания смешанного газа Qн=5,5 МДж/м3; плотность р.= 1,15 кг/мя. Водяной газ получают путем периодической продувки газогенератора воздухом и паром. При подаче воздуха слой топлива аккумулирует тепло, выде-ляющееся при частичном его сгорании, а при поступлении водяного пара послед-ний взаимодействует с углеродом, используя аккумулированное тепло и образуя водяной газ. Горючими компонентами будут являться водород и окись углерода. 38 2.1.4. Происхождение углеводородных газов Происхождение углеводородных газов связано главным образом с биохимическими процессами, в результате которых происходило разложение и преобразование органических веществ, состоявших из остатков отмерших животных организмов и растительности. Материнским веществом, послужившим основой для образования нефти и газа, явился органический осадок застойных водных бассейнов, содержавший преимущественно примитивные водоросли и погибшие животные организмы. По данным И. М. Губкина, при образовании из осадка жидкого или газообразного топлива процесс с самого начала носил анаэробный (бескислородный) характер. Окислительные процессы протекали лишь за счет кислорода, содержавшегося в самих органических веществах. Среда была восстановительной. В осадке под действием анаэробных бактерий происходило энергичное брожение. Анаэробные бактерии выделяли ферменты, которые являлись хорошими катализаторами и ускоряли процесс разложения осадка, Даже после захоронения осадка ферменты оказывали каталитическое воздействие на процесс его преобразования. Интенсивное разложение органического вещества, протекавшее под преобладающим влиянием бактериального мира, которое начиналось уже во время накопления осадка, составляет первую стадию его преобразования, называемую биохимической. Вторая диагенетическая стадия соответствует периоду после захоронения погружения органического осадка, когда на процесс его преобразования начинают оказывать влияние повышенная температура и давление. Образование нефти происходит в этот период. Основным геологическим условием, обеспечивающим развитие процесса образования нефти и газа, является длительное и устойчивое опускание осадка вместе с земной корой и захоронение его под плохо проницаемыми отложениями. Образовавшиеся в результате разложения и преобразования органического материала жидкие и газообразные продукты не могли покидать осадок. 39 Третья и последняя стадия преобразования органического осадка-метаморфическая.— соответствует периоду, когда осадок попадал в условия еще более высоких температур и давлений (в результате дальнейшего опускания земной коры на глубину, измеряемую километрами), и весь процесс протекал преимущественно под влиянием этих двух факторов. Следовательно, процессы, второй и третьей стадии преобразования органического осадка определялись геологическими условиями. В третьей стадии протекало термическое разложение жидких углеводородов с образованием газа и углистого остатка. В зависимости от степени термического разложения газ состоял или только из метана, или из метана и некоторого количества более тяжелых углеводородов: этана, пропана и др. Образовавшиеся в различных точках земной коры углеводороды при благоприятных условиях перемещались под действием различных факторов (физических, геологических), образуя скопления нефти и газа (залежи). Залежи нефти и газа, как правило, не совпадают с местами накопления органических материалов, в результате преобразования которых они получились. Залежь нефти или газа представляет скопление углеводородов, которые заполняют поры проницаемых пород. Если скопление велико и его эксплуатация экономически целесообразна, залежь считают промышленной. Залежи, занимающие значительные площади, образуют месторождения. 2.1.5. Городские системы газоснабжения распределительных системах газоснабжения газ транспортируют к потребителям в трубах. Газопроводы классифицируют в зависимости от их назначения и давления газа. По назначению газопроводы подразделяют на магистральные, городские (поселковые) и промышленные. Городские газопроводы в свою очередь делят на: –распределительные газопроводы, по которым газ транспортируют по снабжаемой газом территории и подают его промышленным потребителям, 40 коммунальным предприятиям и в жилые дома. Распределительные газопроводы бывают высокого, среднего и низкого давления, кольцевые и тупиковые, а их конфигурация зависит от характера планировки города; –абонентские ответвления, подающие газ от распределительных сетей к отдельному потребителю или группе потребителей; –внутридомовые газопроводы, транспортирующие газ внутри здания и распределяющие его по отдельным газовым приборам. зависимости от максимального рабочего давления газопроводы подразделяются на: –газопроводы низкого давления; при непосредственном присоединении потребителей к газовым сетям давление газа в них не должно превышать 2000 Па при подаче искусственных газов, 3000 Па при подаче природных газов и 4000 Па при подаче сжиженных газов. Давление может быть повышено до 5000 Па при условии присоединения бытовых и коммунально-бытовых потребителей через групповые или индивидуальные регуляторы давления; –газопроводы среднего давления с давлением газа от 5000 Па до 0,3 МПа; –газопроводы высокого давления с давлением газа от 0,3 до 0,6 МПа; –газопроводы высокого давления с давлением газа от 0,6 до 1,2 МПа. городах газопроводы более высокого давления могут быть применены при обосновании их необходимости и безопасности после согласования с органами надзора. Газопроводы низкого давления служат для транспортирования газа в жилые и общественные здания, а также мелким коммунальным потребителям. К газопроводам низкого давления могут быть присоединены небольшие отопительные котельные. Крупные коммунальные потребители не присоединяют к сетям, низкого давления, так как транспортировать по ним большие сосредоточенные количества газа неэкономично. Газопроводы среднего и высокого давления (до 0,6 МПа) служат для питания городских распределительных сетей низкого и среднего давления через газорегуляторные пункты (ГРП). Они также подают газ через ГРП и 41 местные газорегуляторные установки (ГРУ) в газопроводы промышленных и коммунальных предприятий. Городские газопроводы высокого давления (0,6—1,2 МПа) являются основными артериями, питающими крупный город, их выполняют в виде кольца, полукольца или в виде лучей. По ним газ подают через ГРП в сети среднего и высокого (до 0,6 МПа) давления, а также крупным промышленным предприятиям, технологические процессы которых нуждаются в газе давлением свыше 0,6 МПа. Питание газом жилых и общественных зданий, коммунально - бытовых и промышленных потребителей, а также котельных от сетей среднего и высокого давления осуществляют только через ГРП. Связь между газопроводами различного давления также осуществляется только через ГРП. Современные городские распределительные системы представляют собой сложный комплекс сооружений, состоящий из следующих основных элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давления, газораспределительных станций, контрольно-регуляторных пунктов, газорегуляторных пунктов и установок, В указанных станциях и установках давление газа снижают до необходимой величины и автоматически поддерживают постоянным. Они имеют автоматические предохранительные устройства, которые исключают возможность повышения давления газа в сетях сверх нормы, а также системы связи и телемеханизации. Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную подачу газа потребителям, быть безопасной в эксплуатации, простой и удобной в обслуживании, должна предусматривать возможность отключения отдельных элементов или участков газопроводов для производства ремонтных и аварийных работ. Сооружения, оборудование и узлы в системах газоснабжения следует применять однотипные. Принятый вариант системы должен иметь максималь-ную экономическую эффективность и предусматривать строительство и ввод в эксплуатацию системы газоснабжения по частям. 42 Основным элементом городских систем газоснабжения являются газовые сети. По числу ступеней давления, применяемых в газовых сетях, системы газоснабжения подразделяются на: –двухступенчатые, состоящие из сетей низкого и среднего или низкого и высокого (до 0,6 МПа) давления; –трехступенчатые, включающие газопроводы низкого, среднего и высокого (до 0,6 МПа) давления; –многоступенчатые, в которых газ подается по газопроводам низкого, среднего и высокого (до 0,6 и до 1,2 МПа) давления. Совместное применение нескольких ступеней давления газа в городах объясняется следующими причинами: –в городе имеются потребители, которые требуют различных давлений. Так, в жилых и общественных зданиях, у коммунально-бытовых потребителей разрешают только низкое давление газа, а многим промышленным предприятиям необходимо среднее или высокое давление. –необходимость в среднем или высоком давлении возникает также вследствие значительной протяженности городских газопроводов, несущих большие газовые нагрузки. –в центральных районах городов со старой застройкой ширина улиц и проездов небольшая и прокладка газопроводов высокого давления может оказаться неосуществимой. Кроме того, при высокой плотности населения из условий безопасности и удобства эксплуатации прокладка газопроводов высокого давления нежелательна. Наличие нескольких ступеней давлений газа объясняется еще тем, что системы газоснабжения больших городов строили, расширяли и реконструировали в течение многих лет и газопроводы в центральной части города были запроектированы на меньшие давления, чем те, которые необходимы в настоящее время. Системы газоснабжения городов и поселков могут также отличаться: 43 а) принципами, заложенными в схемы распределительных газовых сетей, которые могут быть кольцевыми, тупиковыми, разветвленными или комбинированными; б) характером питания городской распределительной сети, осуществляемым от газопроводов, выполненных в виде лучей полукольца или кольца, окружающего город, через различное количество ГРС; в) типом оборудования и сооружений, применяемых на сетях, системами связи и телемеханизации. На выбор системы газоснабжения города оказывает влияние ряд факторов. Перечислим основные из них: –характер источника газа, свойства газа, степень его очистки, наличие в нем влаги; –размеры города, особенности его планировки и застройки, плотность населения; –количество и характер промышленных потребителей и электростанций; –наличие больших естественных или искусственных препятствий для прокладки, газопроводов (рек, озер, железнодорожных узлов и пр.). При проектировании системы газоснабжения разрабатывают ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. Для строительства применяют наивыгоднейший вариант. крупных городах с высокой, плотностью населения, применяют многоступенчатую систему газоснабжения (рис. 2.1). Газ подходит к городу по нескольким магистральным газопроводам, которые заканчиваются газораспределительными станциями (ГРС). В ГРС давление газа снижается до 2 МПа и он поступает в сеть высокого давления, которая в виде кольца окружает город. К кольцу через контрольно-регуляторный пункт (КРП) присоединено подземное хранилище газа. Кольцо высокого давления (2 МПа) ГРС, КРП и подземное газохранилище относятся к системе эксплуатации магистральных газопроводов. Городская система газопроводов включает пять ступеней давления. Так как городские сети выполнены в виде кольца и соединяются 44 между собой через ГРП, то газ постепенно перетекает из одной ступени в другую через регуляторы и его давление снижается.  Рис. 2.1 - Принципиальная схема газоснабжения большого города: 1 — магистральные газопроводы; 2 — газораспределительные станции (ГРС); 3 — контрольно-регуляторные пункты (КРП); 4 — газгольдерные станции: 5 — газорегуляторные
среднего давления — 0,1 МПа; 11 -- подземное хранилище газа Для выравнивания суточного графика потребления газа в городе имеются газгольдерные станции. Часть газгольдерных станций работает на перепаде давления (1,2—0,3 МПа) с коэффициентом использования газгольдерной емкости 0,69, а одна — на перепаде (1,8—0,6 МПа) с коэффициентом использования 0,63. центральной части города, имеющей высокую плотность населения, проложены распределительные газопроводы среднего давления с давлением, не превышающим 0,1 МПа. Промышленные предприятия, электростанции, 45 отопительные котельные и крупные коммунальные предприятия присоединены сетям среднего и высокого давлений. Жилые дома, общественные здания и коммунально-бытовые потребители присоединены к сети низкого давления. Система газоснабжения, показанная на рис. 2.1, является надежной и гибкой в эксплуатации, В ней выдержан принцип многостороннего питания городских газовых сетей, кольцевание основных линий сетей. Предусмотрено выравнивание суточного графика и покрытие неравномерности потребления газа с помощью потребителей-регуляторов, газохранилищ и использования в качестве аккумулирующих емкостей концевых участков магистральных газопроводов.  Рис 2.2 - Двухступенчатая система газоснабжения 1 — магистральные газопроводы; 2 — ГРС: 3 — газопроводы среднего или высокого (до 0,6 МПа) давления: 4 — сетевые ГРП; 5 — объектовые ГРП; 6 — сеть низкого давления; 7— переход газопровода через железную дорогу в футляре; 8 —подводный дюкер; 9 —промышленные предприятия 46 На рис. 2.2 показана двухступенчатая система газоснабжения, характерная для средних городов. Основные газопроводы выполнены высоким давлением и закольцованы. Газ подают в город по двум магистральным газопроводам через ГРС. В качестве аккумулирующих емкостей используют концевые участки магистральных газопроводов. Жилые дома и мелкие потребители получают газ от кольцевой сети низкого давления. На газопроводах среднего давления перед ГРП установлены отключающие устройства. Пересечение газопроводом железнодорожных путей осуществлено в футляре, а пересечение рек — дюкером, проложенным по дну реки. По мосту газопроводы проложены в две нитки. Системы газоснабжения малых городов и поселков обычно бывают двухступенчатыми. Распределительные сети низкого давления в зависимости от характера планировки жилых массивов и плотности населения выполняют из газопроводов, прокладываемых по проездам и улицам почти со сплошным кольцеванием, или из газопроводов, которые прокладывают преимущественно внутри кварталов с кольцеванием только основных линий. Первая схема характерна для районов города со старой планировкой, когда кварталы имеют сплошную застройку по периметру и состоят из отдельных замкнутых владений. В этом случае газопроводы прокладывают по каждой улице, переулку и проезду; пересекаясь между собой, они образуют кольца. От уличных газопроводов в каждое владение идут вводы. Вторая схема свойственна городским районам с новой планировкой. В этом случае жилые здания располагают равномерно по всей площади кварталов с соблюдением необходимых разрывов, а отдельные кварталы группируют в жилые массивы. При такой планировке микрорайонов внутри кварталов преимущественно прокладывают разветвленные тупиковые сети. Закольцовывать целесообразно только основные линии, так чтобы получить единую сеть с несколькими точками питания, число которых равно числу ГРП. газораспределительным сетям низкого давления потребителей присоединяют непосредственно. Количество ГРП, питающих сеть низкого 47 давления, определяют технико-экономическим расчетом. Газорегуляторные пункты располагают в центрах зон, которые они питают. Зона действия одного ГРП не должна перекрывать зону действия другого. Трассы газопроводов проектируют, выбирая кратчайший путь транспортирования газа, что обеспечивает минимальную протяженность сети. Точки встречи потоков газа намечают на границах зон соседних ГРП, причем их следует располагать таким образом, чтобы возможность возвратного движения газа к ГРП была исключена. Распределительные сети низкого давления состоят из основных, кольцевых тупиковых газопроводов и абонентских ответвлений. Основные газопроводы проектируют при разработке технического проекта, а ответвления — при рабочем проектировании. Плотность основных газопроводов принимают такой, чтобы длина абонентских ответвлений до вводов в здания была не более 100 м. городах и поселках, имеющих большую разность геодезических отметок, т.е. расположенных в холмистой и гористой местностях, при расположении ГРП и трассировке газопроводов необходимо учитывать гидростатическое давление. Если используемый газ легче воздуха, ГРП и основные линии распределительных газопроводов следует прокладывать по проездам с наименьшими геодезическими отметками. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||