Проектирование и расчет многоступенчатых систем газоснабжений. Расчетно-графическая работа. Расчетнографическая работа 1 по дисциплине Проектирование и расчет многоступенчатых систем газоснабжения промышленных объектов

• Название: Расчетнографическая работа 1 по дисциплине Проектирование и расчет многоступенчатых систем газоснабжения промышленных объектов
• Анкор: Проектирование и расчет многоступенчатых систем газоснабжений
• Дата: 19.10.2022
• Размер: 111.14 Kb.
• Имя файла: Расчетно-графическая работа.docx
• Тип: Документы; #742675

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого

Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ)

Институт Строительства и архитектуры

Кафедра/департамент Теплогазоснабжения и вентиляции (ТГиВ)


Расчетно-графическая работа №1
по дисциплине «Проектирование и расчет многоступенчатых систем газоснабжения промышленных объектов»

Студент: ___Измоденов А.Е.___________________

(ФИО) (подпись)
Группа: _____________ СТМ-110703_______

Екатеринбург

2022
Оглавление

1.Исходные данные 3

В задании к расчетно-графической работе необходимо рассчитать систему газоснабжения котельной заданной мощности и подобрать необходимое оборудование ГРПШ. 3

Исходные данные: 3

- давление на выходе из ГРПШ – 2,5 кПа; 3

- давление в точке присоединения к газопроводу – 0,6 МПа; 3

- давление на входе в котельную – 2,6 кПа; 3

- давление перед котлом – 2,3 кПа; 3

- мощность первого котла – 1000 кВт; 3

- мощность второго котла – 800 кВт; 3

- мощность третьего котла – 950 кВт; 3

- плотность газа – 0,7 кг/м³; 3

- плотность воздуха – 1,29 кг/м³; 3

- КПД первого котла – 92 % 3

- КПД второго котла – 94 % 3

- КПД третьего котла – 93 % 3

2.Расчет внутреннего газопровода низкого давления 4

2.1Определение расхода газа 4

2.2Гидравлический расчет внутреннего газопровода 4

2. Определение конечного давления по формулам СП 42-101-2003 5

3. Расчет наружного газопровода 8

3.1Определение расхода газа 8

3.2 Гидравлический расчет наружного газопровода 8

4.Выбор оборудования ГРПШ 11

4.1 Назначение ГРПШ 11

4.2 Выбор регулятора давления 11

4.3 Выбор ПЗК 12

4.4 Выбор ПСК 13

4.5 Выбор фильтра 14

4.6 Счётчик газовый 14

4Библиографический список. 16

1. 
   Исходные данные
   

В задании к расчетно-графической работе необходимо рассчитать систему газоснабжения котельной заданной мощности и подобрать необходимое оборудование ГРПШ.

Исходные данные:

- давление на выходе из ГРПШ – 2,5 кПа;

- давление в точке присоединения к газопроводу – 0,6 МПа;

- давление на входе в котельную – 2,6 кПа;

- давление перед котлом – 2,3 кПа;

- мощность первого котла – 1000 кВт;

- мощность второго котла – 800 кВт;

- мощность третьего котла – 950 кВт;

- плотность газа – 0,7 кг/м³;

- плотность воздуха – 1,29 кг/м³;

- КПД первого котла – 92 %

- КПД второго котла – 94 %

- КПД третьего котла – 93 %

2. 
   Расчет внутреннего газопровода низкого давления
   
   1. 
      Определение расхода газа
      

Внутри цеха установлены котлы, работающие на газе низкого давления. Начальное давление газа, заходящего в цех Рнач=2600 Па, давление у каждого агрегата Ркон=2300 Па. Определим необходимый расход газа:









где: – расход газа в каждом из трех котлов 

– суммарный расход газа в котлах.

 – тепловая мощность каждого из трех котлов,

=1000 Вт, =800 Вт, =950 Вт

=2750 Вт – суммарная тепловая мощность всех котлов.

=33,4 МДж/м³ – низшая теплотворная способность газа;

η = 0,92 – КПД первого котла.

η = 0,94 – КПД второго котла.

η = 0,93 – КПД третьего котла.

2. 
   Гидравлический расчет внутреннего газопровода
   

1. Для выполнения гидравлического расчета газопроводов определим предварительный внутренний диаметр газопровода на участке 5–1:



где d_p — расчетный диаметр, см;

А; В = 0,022, m = 2, m₁ = 5 - коэффициенты, определяемые по таблицам 6-7 [СП 42-101-2003] в зависимости от категории сети (по давлению) и материала газопровода. В нашем случае сеть низкого давления и стальной газопровод;

— расчетный расход газа при нормальных условиях, м³/ч;

Р_уд — удельные потери давления (МПа/м — для сетей низкого давления).

Определим коэффициент А:



Определим удельные потери давления:



где: L – длина участка, L=10,662+1,925+2,074+2,18=16,84 м

9,06 см

По таблице 2.1 принимаем диаметр стального газопровода D108 5.

Таблица 2.1

Газопроводы из стальных труб низкого, среднего и высокого давления
Диаметр D, мм	32	38	45	57	76	89	108	133	159	194	219	273	325	375	426	530	630
Толщина стенки , мм	2,5	2,5	2,5	3,0	3,0	3,5	5,0	5,5	5,5	6,0	7,0	9,0	5,0	6,0	6,0	6,0	6,0

2. Определение конечного давления по формулам СП 42-101-2003

Определим число Рейнольдса:



где: v=14∙10^-6 м²/с – коэффициент кинематической вязкости газа.

Определим коэффициент гидравлического трения λ при 4000 < Re < 100 000 по формуле:

= .

.

Падение давления на участке газовой сети для сетей низкого давления:

= 0,7 =139,7 Па

где: =1,1∙L=1,1∙10,662=11,728м– расчетная длина газопровода.

₀ — плотность газа при нормальных условиях, кг/м³

Конечное давление на участке составит:

Рк =2600-139,7=2460,3 Па

3. 
   Аналогичным образом производим расчет остальных участков и ответвлений. Полученные значения сводим в таблицу 2.2
   
4. 
   На участке газопровода, имеющих подъемы и опуски учитывается возникающее в сети гидростатическое давление , Па.
   

Потери давления на вертикальных участках посчитаны по формуле:



Где h- разность отметок высот в начале и в конце участка, м;

-плотность воздуха при нормальных условиях, 1,29 кг/м³;

-плотность природного газа, 0,7 кг/м³

Знак выбран с учетом подъема (знак минус) или опуска (знак плюс) газа.

В качестве примера приведем расчет гидростатического давления на участке 5-4:






Таблица 2.2

№ участка	Длина участка, м	Расчётная длина участка, м	Расчетный расход газа, м3/ч	Диаметр газопровода, мм	Удельные потери давления на участке, Па/м	Потери давления на участке, Па	Гидростатическое давление, Па	Давление газа в начале участка, Па	Давление газа в конце участка, Па
Основная магистраль
5-4	10,662	11,728	320	108х5	13,38	156,9	+8,1 -8,7	2600	2443,7
4-3	1,925	2,118	210	108х5	6,43	13,7	-	2443,7	2430
3-2	2,074	2,281	118	108х5	7,45	17	-	2430	2413
2-1	2,18	2,4	118	76х3	12,22	29,3	+6,8	2413	2376,9
Ответвления
3-6	2,18	2,4	92	76х3	12,67	30,4	+6,8	2376,9	2339,7
4-7	2,18	2,4	110	76х3	12,42	29,8	+6,8	2339,7	2303,1

3. Расчет наружного газопровода

1. 
   Определение расхода газа
   

Наружный газопровод низкого давления проложен от ГРПШ до котельной. Начальное давление газа Рнач=3100 Па. Конечное давление газа, заходящего в цех Ркон=2600 Па.

3.2 Гидравлический расчет наружного газопровода

1. Для выполнения гидравлического расчета газопроводов определим предварительный внутренний диаметр газопровода на участке 1-2:



где d_p — расчетный диаметр, см;

А; В = 0,022, m = 2, m₁ = 5 - коэффициенты, определяемые по таблицам 6-7 [СП 42-101-2003] в зависимости от категории сети (по давлению) и материала газопровода;

Q₀ — расчетный расход газа, м³/ч, при нормальных условиях;

Р_уд — удельные потери давления (МПа/м — для сетей низкого давления).

Определим коэффициент А:



Определим удельные потери давления:



где: L – длина газопровода.

=19,65 см

По таблице 3.1 принимаем диаметр наружного газопровода D219х7,0.

Таблица 3.1

Газопроводы из стальных труб низкого, среднего и высокого давления
Диаметр D, мм	32	38	45	57	76	89	108	133	159	194	219	273	325	375	426	530	630
Толщина стенки , мм	2,5	2,5	2,5	3,0	3,0	3,5	5,0	5,5	5,5	6,0	7,0	9,0	5,0	6,0	6,0	6,0	6,0

2. Определим число Рейнольдса:



где: v=14∙10^-6 м²/с – коэффициент кинематической вязкости газа.

Определим коэффициент гидравлического трения λ для шероховатой стенки при Re > 100000 по формуле:

.

Падение давления на участке газовой сети для сетей низкого давления:



где: L_р=1,1∙L=1,1∙167,5=184,25– расчетная длина участка.

₀ — плотность газа при нормальных условиях, кг/м³;

Конечное давление на участке составит:


3. Аналогичным образом проводим расчет остальных участков и ответвлений. Полученные значения сводим в таблицу 3.2

Таблица 3.2

№ участка	Длина участка, м	Расчётная длина участка, м	Расчетный расход газа, м3/ч	Диаметр газопровода, мм	Удельные потери давления на участке, Па/м	Потери давления на участке, Па	Гидростатическое давление, Па	Давление газа в начале участка, Па	Давление газа в конце участка, Па
Основная магистраль
4-3	11,5	12,65	908	219х7,0	1,28	16,1	-	3100	3083,9
3-2	94	103,4	438	219х7,0	0,34	35	-	3083,9	3048,9
3-6	21,5	23,65	470	133х5,5	4,26	100,7	-	3083,9	2983,2
Ответвления
2-1	62	68,2	118	76х3,0	6,58	369	-	3048,9	2679,9
2-5	13,5	14,85	320	89х3,5	30,2	217,5	-	3048,9	2831,4
6-7	60	66	310	133х5.5	5,8	88,6	-	2983,2	2894,6
6-8	13	14,3	160	76х3,0	26,8	131,8	-	2983,2	2851,4

4. 
   Выбор оборудования ГРПШ
   

4.1 Назначение ГРПШ

ГРПШ предназначены для снижения давления газа и поддержания его на необходимом в эксплуатации уровне независимо от изменения расхода. На территории предприятия расположен ГРПШ для снижения давления с высокого 0,55 МПа до низкого 3,1 кПа. Обвязка ГРПШ приведена в графической части.

В состав ГРПШ входят:

• 
  регулятор давления;
  
• 
  предохранительный запорный клапан для прекращения подачи газа при изменении выходного давления сверх заданных величин;
  
• 
  предохранительное сбросное устройство (гидравлического или пружинного типа), предназначенное для сброса в атмосферу части газа при незначительном превышении выходного давления с целью предупреждения срабатывания ПЗК;
  
• 
  фильтр, обеспечивающий очистку газа от механических примесей (ржавчины, окалины, пыли и т.п.);
  
• 
  отключающие устройства (задвижки или краны);
  
• 
  контрольно-измерительные приборы (КИП), обеспечивающие замер, а при необходимости и регистрацию температуры газа на входе и выходе ГРПШ.
  

ГРПШ должно иметь две ветки редуцирования: основная и резервная.

4.2 Выбор регулятора давления

Выбор оборудования ГРПШ начинают с выбора регулятора давления. Подобрать регулятор давления по следующим исходным данным:

• 
  расход газа V=908 м³/ч;
  
• 
  абсолютное давление до регулятора Р₁=0,55+0,1013=0,6513 МПа;
  
• 
  абсолютное давление после регулятора Р₂=0,0031+0,1013=0,1044 МПа;
  
• 
  плотность газа ρ=0,7 кг/м³.
  

Газификация промышленного предприятия происходит от проектируемого газопровода низкого давления 0,55 МПа. Для снижения давления газа до нужных параметров (0.0031 МПа) на территории предусмотрена установка ГРПШ с регулятором давления типа РДНК-400. Проверим подходит ли данный регулятор для проектирования. Пропускную способность определим по таблице, представленной на рисунке:



Пропускная способность регулятора при входном давлении 0,55 МПа составит около 270 м3/ч. Расчётный расход равен 908 м3/ч.

Проверим, устраивает ли полученное значение:



что не удовлетворяет значений в допустимом пределе (10%…80%). Поэтому необходимо выбрать другой регулятор давления

4.3 Выбор ПЗК

В ГРПШ для предотвращения недопустимого повышения или понижения давления газа устанавливают быстродействующий предохранительно-запорный клапан (ПЗК).

Настройка ПЗК осуществляется на отклонение выходного давления газа от заданных параметров на В качестве ПЗК выбираем клапан КПЗ-32. Его характеристики приведены в таблице.

Таблица 4.1

Характеристики ПЗК КПЗ-32

Тип клапана	Диаметр соединительного патрубка, мм	Максимальное рабочее давление, МПа	Пределы настройки контролируемого давления, МПа		Габаритные размеры ДхВхШ, мм	Точность срабартывания
			нижний	верхний
КПЗ-32	32	1,2	0,003-0,03	0,03-0,6	230х244х 312	

4.4 Выбор ПСК

Предохранительно сбросное устройство (ПСК), предназначено для сброса в атмосферу части газа при незначительном превышении выходного давления (+15%) с целью предупреждения срабатывания предохранительного запорного клапана ПЗК.

Работает клапан следующим образом.

Газ из сети через входное отверстие поступает в надмембранную полость. Давление газа уравновешивается настроенной пружиной. При повышении давления газа в сети выше настроенного, мембрана преодолевает усилие настроенной пружины и открывает выход газа через сбросное отверстие выходного патрубка. При снижении давления клапан возвращается в первоначальное положение и перекрывает сбросное отверстие.

Выберем к установке клапан ПСК-50Н/5 со следующими характеристиками:

• 
  диапазон настройки: 2 ÷ 5 кПа;
  
• 
  пропускная способность: 79 м3/ч.
  

Пропускная способность составляет 10.5% от мощности сети, что является удовлетворительным.

4.5 Выбор фильтра

Фильтры газовые предназначены для очистки газа от пыли, ржавчины, смолистых веществ и других твердых частиц.

Выбираем кассетный газовый фильтр ФГ-32.

Технические характеристики подобранного фильтра приведены в табл. 4.2.

Таблица 4. 2

Характеристики газового фильтра ФГ-32

Марка	Пропускная способность (при плотности газа 0,7-0,73 кг/м3 и указанном давлении в скобках, МПа), м3/ч	Максимальное рабочее давление, МПа		Диаметр соединительного патрубка, мм
Сетчатый фильтр
ФГ-32	2500 (1,6)	1,6	25

4.6 Счётчик газовый

Для учёта газопотребления установим турбинный счётчик СГ 16МТ-1000 со следующими характеристиками [6]:

• 
  измеряемый расход: 50 ÷ 1000 м3/ч;
  
• 
  рабочее давление: не свыше 1.2 МПа;
  
• 
  диапазон измерений: 1:30;
  
• 
  потери давления при 1000 м3/ч: 600 Па;
  
• 
  температура окружающей среды: -40°С ÷ +70°С;
  
• 
  температура рабочей среды: -20°С ÷ +50°С;
  
• 
  погрешность измерения: не более ±1.
  

4. 
   Библиографический список.
   

1. 
   СП 42-101-2003 Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб.
   
2. 
   СП 62.13330.2011* Газораспределительные системы.
   
3. 
   ГОСТ 5542-87. Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия.