Конструктивный расчёт общезаводского газопровода

Введение

Исходные данные

1. Построение годового графика потребления газа и определение его расчетных часовых расходов

2. Выбор общей схемы подачи газа заданным потребителям и составление расчетной схемы

3. Гидравлический расчет межцехового газопровода низкого давления

4. Гидравлический расчет газопровода среднего давления от ввода до ГРП (с подбором фильтров и регуляторов давления)

4.1 Гидравлический расчет газопровода среднего давления (от ввода до ГРП)

4.2 Выбор фильтров и определение давления газа р1 перед регулятором давления РД

4.3 Выбор регулятора давления для ГРП Заключение Список справочных и нормативных материалов

Требуется произвести конструктивный расчёт общезаводского газопровода, определив диаметры труб на каждом участке. От газопровода осуществляется газоснабжение пяти производственных цехов завода, работающих в три смены и питающихся газом от центрального заводского ГРП. В систему газоснабжения входит также обеспечение газом от ГРП коммунально-бытовых потребителей с расходом В_к/б, нм³ газа в год, подача газа среднего давления (не менее 0,1 ати) с отводом перед регулятором давления общезаводского ГРП на отопительную котельную. Расход газа на котельную составляет B_от, нм³ за отопительный сезон.

Значения В_к/б, В_от, а также В₁, В₂, В₃, В₄ и В₅ часовых зимних расходов газа цехами приведены в исх. данных. В этой же таблице заданы начальное давление газа, давление его в месте отвода к наиболее удалённому цеху. Указаны вид газа и количество местных сопротивлений для каждого участка межцехового газопровода.

газопровод фильтр давление гидравлический

Исходные данные

1. Построение годового графика потребления газа и определение его расчётных часовых расходов

Для определения суммарного годового расхода газа в целом по объекту газоснабжения нужно подсчитать также годовой расход газа на производственные нужды. Такой расход подсчитывается исходя из заданных зимних и летних часовых расходов газа цехами и числа часов их работы в каждом месяце года. Расчет выполняем в соответствии с таблицей 1.

Часовой расход газа на производство в зимние месяцы[1]

Часовой расход газа в летние месяцы (май-август) [1]

Таблица1 Расход газа по цехам (в пятидневной рабочей неделе)

Всего рабочих дней-257, всего рабочих часов-6168.

Расчётный расход газа по месяцам на производственные нужды:

январь: нм³/час;

февраль:нм³/час;

март:нм³/час;

апрель:нм³/час;

май:нм³/час;

июнь:нм³/час;

июль:нм³/час;

август:нм³/час;

сентябрь:нм³/час;

октябрь:нм³/час;

ноябрь:нм³/час;

декабрь:нм³/час;

Годовой расход газа на производственные нужды по цехам, [1]:

Суммарный расход газа по объекту, [1]:

Расчётный расход газа по месяцам на коммунально-бытовые (к/б) нужды и отопление определяем в соответствии с данными таблицы 2 .

Таблица 2 Распределение по месяцам годового количества газа, расходуемого на отопление и коммунально-бытовые нужды включая горячее водоснабжение)

Расход газа по месяцам на коммунально-бытовые (к/б) нужды:

нм³;

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

нм³

Расчётный расход газа по месяцам на отопление,

нм³;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

нм³ ;

Таблица3 суммарный расход газа объектом газоснабжения по месяцам, нм³

На основании таблицы 3 строим годовой график расхода газа объектом газоснабжения (рис.1)

Рис. 1 Годовой график расхода газа Пользуясь данными таблицы 3 определяем расчетный максимально-часовой расход газа в зимний и летний период.

Максимально-часовой расход газа на отоплении рассчитывается для самых холодных зимних суток года

;

— месячный расход газа на отопление для месяца максимального расхода газа;

— средняя температура внутри отапливаемого помещения, =18 ⁰С;

— число дней в месяце (январь), n=31;

— минимальная рассматриваемая температура наружного воздуха для данного зимнего месяца, =-24 ⁰С;

— средняя температура наружного воздуха в расчетном месяце, =-7 ⁰С;

Минимальный расчётный часовой расход газа на отопление, [1]:

;

Максимально-часовой расход газа зимой на к/б нужды, [1]:

где:

— месячный расход газа соответственно на к/б нужды для месяца максимального расхода газа (из табл.3);

— число дней в месяце (январь), n=31;

— коэффициент, определяющий долю максимального суточного расхода газа на к/б нужды в пределах недели;

— коэффициент, определяющий долю максимального суточного расхода газа на к/б нужды в пределах зимних суток;

Минимальный расчётный часовой расход газа на к/б нужды, [1]:

где:

— месячный расход газа на к/б нужды для месяца минимального расхода газа (из табл.3);

— число дней в месяце (август), n=31;

— коэффициент, определяющий долю минимального суточного расхода газа на к/б нужды в пределах недели (суббота);

— коэффициент, определяющий долю минимального суточного расхода газа на к/б нужды в пределах летних суток.

Результаты расчета сводим в таблицу 4:

Таблица 4 Сводная таблица расхода газа по объекту

2. Выбор общей схемы подачи газа заданным потребителям и составление расчетной схемы

Составляем схему расположения ГРП и газопровода на основании исходных данных задания, на которую впоследствии нанесем полученные в ходе расчета диаметры участков. На схеме указываем территорию завода, расположение цехов, промразводки, каналы и другие подземные сооружения, присоединяемые к системе заводского газоснабжения коммунальные и коммунально-бытовые потребители газа (столовые, ясли, школы и т. п.). На основании этого производим правильный выбор места ввода газа на территорию промышленного предприятия, определяем необходимость и месторасположение центральных и цеховых ГРП, сгруппировываем для присоединения к ним потребителей газа, выбираем трассу общезаводского газопровода, размещаем на ней водоотделители, задвижки и т. п. Система газопровода тупиковая, низкого давления.

Определяем часовое количество газа, проходящее через рассматриваемое сечение. Участок до ГРП рассчитывается с запасом в 25%, имея ввиду перспективу увеличения потребления газа, в связи с этим

V_доРД= нм³/ч;

нм³/ч;

нм³/ч;

нм³/ч;

нм³/ч;

нм³/ч;

Сводная таблица 3 для построения расчётной схемы:

Таблица 3

По результатам расчетов и в соответствии с исходными данными строим расчетную схему рис. 2.

Рис. 2 Форма расчетной схемы

3. Гидравлический расчет межцехового газопровода низкого давления

Из расчетной схемы видно, что расчетный расход газа V_до ГРП убывает в направлении от первого к последнему рассматриваемому участку. Соответственно, диаметр участков должен либо уменьшаться (при сохранении задаваемой скорости газа) или оставаться неизменным. Во втором случае будет наблюдаться уменьшение скорости газа по его ходу к последнему расчетному участку.

Расчет участков газопровода после ГРП сводиться к подбору их диаметров с тем, чтобы при этом наиболее полно выполнялись условия:

а) значение всех участков после ГРП не должно превышать ;

б) общий перепад давления должен, по возможности, равномерно распределяться между отдельными участками межцехового газопровода и в) диаметры смежных участков нужно уменьшать в направлении от ГРП (без значительных скачков).

Имея таблицы (см. Н. Л. Стаскевич «Справочное руководство по газоснабжению», стр.554−574, I960) и задаваясь разными диаметрами при расходе, величина которого выбирается из схемы рис. 2 для соответствующих участков, находят для каждого из участков значения h. В качестве L следует брать не фактическую длину расчетного участка Lф, а приведенную Lпр :

где — приведенная длина рассчитываемого участка газопровода, м, определенная с учетом местных сопротивлений на этих участках, (здесь, в свою очередь,

— фактическая длина участка, -сумма коэффициентов местного сопротивления.

Значения берем из таблицы 6,[1]. Далее находим .

Результаты расчетов представлены в таблице 4

Таблица 4 Определение приведенной длины участков газопровода (после ГРП) и расчет потерь давления на них

Правильность расчёта межцехового газопровода низкого давления проверяется при выполнении соотношения, [1]:

35,9+36+52,5+31,8+112,8? 0,5· 588, т. е. 269? 294, где

— давление у последнего цеха Таким образом, можно сделать вывод, что расчёт выполнен верно.

Давление за регулятором давления:

4. Гидравлический расчет газопровода среднего давления (от ввода до ГРП), а также подбор фильтров и регуляторов давления

4.1 Гидравлический расчет газопровода среднего давления (от ввода до ГРП)

При подборе диаметра газопровода на участке до ГРП особых ограничений по перепаду давлений нет. Однако с целью поддержания максимальной скорости газа и экономии металла будем выбирать минимально возможный диаметр. Необходимый запас давления перед РД создадим исходя из требуемого значения давления за ним и учитывая вероятность снижения в эксплуатации начального давления по сравнению с заданным. Такой запас можно считать достаточным, если давление перед РД будет равно, [1]:

.

Известно, что отношение

[1], для определенного вида газа и характера движения зависит только от объема проходящего газа и диаметра газопровода.

При расчете значения, А для области гидравлической шероховатости используем формулу, предварительно задавшись диаметром газопровода d=100…200 мм, взяв d=200 мм:

где A — величина, характеризующая гидравлическую шероховатость.

Зная расчетный расход газа и задаваясь диаметром газопровода, с помощью номограммы рис. 12.10 стр.578[2] также можно найти значение коэффициента, а затем и

где — приведенная длина рассчитываемого участка газопровода от ввода до ГРП, м, определенная с учетом местных сопротивлений на этом участке,

гдефактическая длина участка, -сумма коэффициентов местного сопротивления; условная длина прямолинейной трубы, при = 1 м;

Значения приводятся в таблице 6[1](выбираем по приведенным ранее значениям в зависимости от диаметра: =0,49 — при повороте и =0,46 — на задвижках.

Значение для ПЗК принимаем равным 5(для диаметров более 50 мм). Для конденсатоотводчиков считаем =2. 1]

Таким образом значение суммарного коэффициента местных сопротивлений

Значения для области гидравлической шероховатости для газопроводов среднего и высокого давления зависит только от условного диаметра, таблица 6а. При мм -=8,7; при мм -=13,0. Расчет сводим в таблицу 5

Таблица 5 Определение приведенных длин участка газопровода от ввода до ГРП и расчет потерь давления на этом участке

Расчет показал, что принятый диаметр, мм, является оптимальным и удовлетворяет ранее отмеченным условиям.

К дальнейшему расчету принимаем =1,45

4.2 Выбор фильтров и определение давления газа р₁ перед регулятором давления РД

Как указывалось выше, при определении сопротивления газопровода от ввода до ГРП не учитывалось сопротивление фильтра и измерительной диафрагмы.

Значение абсолютного давления газа перед РД определится:

Др_ф — сопротивление чистого фильтра (рис.2), кгс/см².

Сопротивление измерительной диафрагмы может быть принято

40 — принимаемый перепад по ртутному дифманометру, мм;

0,75- коэффициент, учитывающий потери давления при дросселировании;

13,6· 10^-4 — перевод показания ртутного дифманометра в мм вод.ст. (или кгс/см²).

Сопротивление 2Дp_ф представляет собою перепад давления в загрязненном фильтре (фильтре, находящемся в эксплуатации).

По условиям механической прочности перепад давления по обе стороны сетки фильтра не должен превышать 1000 кгс/м² для волосяных и 500 кгс/м² — для сетчатых фильтров. Не следует допускать слишком малый перепад Др_ф, так как это указывает на выбор фильтра завышенного типоразмера, что несомненно скажется на стоимости сооружения системы газоснабжения. Нужно стремиться к тому, например для волосяных фильтров, чтобы перепад Др_ф (чистый фильтр) был 500 кгс/м² ± 20%.

Таким образом, выбор фильтра состоит в выборе типа и его типоразмepa, сопротивление которого в чистом состоянии не превышало бы для волосяных фильтров 500−600 кгс/м², а для сетчатых — 250 — 300 кгс/м² ,

Др_ф , кГ/м²

V_т , нм³/час

Рисунок 2 — Потери давления в фильтрах Зная из расчетной схемы (рис.1) количество газа, проходящего через фильтр, размер фильтра (условный диаметр его подводящего патрубка) выбирают в соответствии с графиками, рис. 2. Характеристики фильтров (рис.2) приведены для газа с удельным весом 1,0 кг/нм³ и для абсолютного давления после фильтра (р_nф)_т= l ати. В действительных (реальных) условиях эти параметры иные.

Значение Др_ф при действительном расходе газа через фильтр (характеристики фильтра, изображенные на рис.2) и его параметрах определится Действительное расчетное (абсолютное) давление газа после фильтра р_пф может быть найдено из выражения р_пф = р_к — 0,15=1,28−0,15=1,14 ати считая предварительно, что в эксплуатации сопротивление фильтра и диафрагмы вместе могут составить 1500 кгс/м².

Подобранный типоразмер фильтра обеспечивает условие Др_ф = 500 кгс/м² ± 20%.

4.3 Выбор регулятора давления для ГРП

В настоящее время для расходов газа больше 800 нм³/час на ГРП промышленных предприятий повсеместно используются регуляторы давления типа РДУК-2 с пилотом Казанцева:

Выбираем регулятор давления РДУК-2−200: d_кл=140мм; пропускная способность =12 000нм³/час.

Регулятор РДУК-2 пригоден для установки на любое давление за собой в интервале 0,005−6 ати.

Для нахождения расчётной пропускной способности намеченного к установлению РД используем формулу, [1]:

где Где табличные значения=1, =1,01, [1]; давление перед регулятором давления и за ним, а также перепад давления

=1,54−0,995=0,545ата.

Эта формула справедлива при условии;

Регулятор давления должен быть подобран так, чтобы максимальная загрузка была не более 85%, мининальная не менее 10% от.

Загрузка в часы максимального потребления газа

;

что не превышает 85% от .

Загрузка регулятора в часы минимального потребления газа

; - что не менее 10% от .

Через РД проходит газ, направляемый промышленным и коммуально-бытовым потребителям, следовательно:

Таким образом, выбранный нами регулятор давления пригоден для установки в ГРП.

Заключение

Был произведен расчет общезаводского газопровода с заданными нагрузками: В_к/б=3· 10⁶ нм³ (на коммунально-бытовые нужды), В_от=6· 10⁶ нм³ (на отопление), В₁=70 нм³/ч, В₂=700 нм³/ч, В₃=400 нм³/ч, В₄=100 нм³/ч, В₅=1700 нм³/ч (по цехам завода соответственно) и давлениями вначале газопровода и у последнего цеха. В результате расчета мы определили расходы газа по объекту газоснабжения:

, , н, а также общий расход газа по объекту. Далее был предложен ситуационный план (согласно заданию), на котором указаны месторасположение цехов, расчетные участки, отводы, задвижки, конденсатоотводчики и т. д. Согласно ситуационному плану, строилась общая расчетная схема, на которой указывались длины участков и расходы газа (объемные), проходящие через определенные сечения газопровода.

После этого расчета был произведен гидравлический расчет межцехового газопровода низкого давления. В результате этого расчета были подобраны диаметры труб газопровода (уч. № 1; уч. № 2−4; уч. № 5), с учетом условий равномерного распределения потерь по участкам газопровода, постепенным уменьшением диаметров при продвижении к последнему потребителю тупикового газопровода и суммы всех потерь, не превышающей половины конечного давления в газопроводе. Расчётное давление за ГРП составило 99 507,4 Па.

Окончанием расчета является гидравлический расчет газопровода среднего давления (от ввода до ГРП), а также подбор регулятора давления. В результате этого расчета определили диаметр трубопровода до ГРП (), с учетом условия ограничения по давлению. Конечное значение давления перед ГРП: P_к =154 235Па. Был произведен выбор фильтра: волосяной фильтр увеличенной пропускной способности. Затем приступили к выбору регулятора давления для ГРП. При подборе РД была определена его пропускная способность, также в соответствии с ограничением по загрузке был выбран РД РДУК-2−200 и просчитаны его максимальные и минимальные загрузки.

На этом расчет газопровода был закончен.

Список справочных и нормативных материалов

1.Методическое пособие.

2.Н. Л. Стаскевич. Справочное руководство по газоснабжению.-Л.: Недра, 1960.-871с.