Расчет распределительных сетей района города

tv – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, равная температуре в холодный период года (параметры А) [1, табл. 1]: tv = – 16°С;

Р' – процент охвата газоснабжением отопления, вентиляции жилых и общественных зданий: Р' = 0,8.

 м3/год.

Годовые расходы газа на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий:

, м3/год (13)

где    1,2 – коэффициент, учитывающий возможность повышения потребления горячей воды вследствие неравномерности в сутки наибольшего водопотребления;

а – норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55°С на одного человека в сутки, проживающего в здании с горячим водоснабжением, принимаемая в зависимости от степени комфортности зданий по [6, прил. 3], л. Для жилых домов квартирного типа с центральным горячим водоснабжением с ваннами от 1500 до 1700 мм, оборудованными душами:

а = 120 л/сут. на 1 чел.;

b – норма расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях, при температуре 55°С, принимаемая по [5, прил. 1]:

b = 25 л/сут. на 1 чел.;

tс – температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период, при отсутствии данных принимаем по [5, прил. 1]:

tс = 5°С;

с – удельная теплоёмкость воды, кДж/(кг∙ºС). Принимаем в расчётах:

с = 4,187 кДж/(кг∙ºС);

tsс – температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период при отсутствии данных принимаем по [5, прил. 1]:

tsс = 15°С;

β – коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимаемый при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,6;

350 – число суток в  году работы системы горячего  водоснабжения;

Р' – процент охвата газоснабжением потребителей, имеющих центральное горячее водоснабжение: Р' = 0,8.

 

1.2.8 Годовой расход газа  на водогрейную котельную установку

, м3/год                                    (14)

 м3/год.

 

1.2.9 Промышленное потребление

 

Расход газа на промышленные нужды определяем в зависимости от мощности предприятия, его технологии производства по фактическим нормам расхода условного топлива с соответствующими поправками на изменение при работе на газовом топливе.

В данном районе города расположено электротехническое предприятие, имеющее собственную производственно-отопительную котельную установку с 3 паровыми котельными агрегатами типа ДКВр – 4,5 – 13. Котельная вырабатывает тепловую энергию в виде пара для технологических нужд и горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения цехов и зданий предприятия.

Расход газа на паровую котельную установку определяем по формуле:

, м3/ч     (15)

Где D – номинальная выработка пара котельными агрегатами, кг/ч:

D = NКА ∙ DКА, кг/ч                                             (16)

D = 3 ∙ 4500 = 13500 кг/ч;

hн.п. – энтальпия насыщенного пара, кДж/кг. При абсолютном давлении в котлоагрегате 1,4 МПа: hн.п. = 2789 кДж/кг;

hп.в. – энтальпия питательной воды, кДж/кг:

hп.в. = с ∙ tп.в., кДж /кг                                                                                  (17)

hп.в. = 4,187 ∙ 100 = 418,7 кДж/кг;

hк.в. – энтальпия котловой воды, кДж/кг. При абсолютном давлении в котлоагрегате 1,4 МПа: hк.в. = 826 кДж/кг;

р – величина непрерывной продувки, %: р = 3%;

ηКА – КПД котельного агрегата; ηКА = 0,91.

 м3/ч =

= 7808664 м3/год

Расход газа промышленными печами предприятия принимаем в % от ВКУ:

, м3/год                                                                                     (18)

 м3/год

Расход газа промышленным предприятием:

, м3/год                                                                                 (19)

 м3/год.

 

2. Определение расчетных часовых расходов газа

Систему распределения газа рассчитываем на максимальный часовой расход, определяемый по совмещенному суточному часовому графику потребления всеми потребителями.

Расчетный часовой расход газа на бытовые, коммунальные и промышленные нужды можно определить в долях от годового расхода газа по формуле:

, м3/ч                                                 (20)

где    Км – коэффициент часового максимума; коэффициент перехода от годового расхода к максимальному часовому расходу газа [3, табл. 2 и 3];

Вгод – годовой расход газа.

Расходы газа на коммунально-бытовые нужды рассчитываем по каждому объекту отдельно. Результаты сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Расчётные часовые расходы газа на коммунально-бытовые нужды.

Потребители газа	Расчётная единица потребления	Нормы расхода		Годовые расходы В, м3/год	Коэффициент часового максимума kм	Расчётный часовой расход газа Врч, м3/час
		Qi, МДж/год	Вi, м3/год
1. Бытовые потребители
ГП без ЦГВ	на 1 чел.	6000	0,00597
ГП и ГВ	на 1 чел.	10000	0,003582	981720,7	1/2142	458,32
ГП и ЦГВ	на 1 чел.	4100	0,008737
2. Бани	на 1 помывку	40	0,896	29854,41	1/2700	11,06
3. Больницы	на 1 койку	12400	0,0029	11127,36	1/3500	3,18
4. Хлебозаводы и  кондитерские	на 1 тонну продукции	5450	0,00657	249912,5	1/6000	41,65
5. Предприятия общественного  питания	на 1 обед (завтрак)	8,4	4,26	137566,53	1/2000	68,78
6. Мелкие потребители	-	-	-	101157, 5	1/2429	41,64

 

Максимальный часовой расход газа на отопление жилых и общественных зданий при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления tо (обозначения те же, что и в формуле (10)):

, м3/ч                                               (21)

 м3/ч

Максимальный часовой расход газа на вентиляцию жилых и общественных зданий при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования вентиляции tv (обозначения те же, что и в формуле (12)):

, м3/ч                                             (22)

 м3/ч

Максимальный часовой расход газа на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий (обозначения те же, что и в формуле (13)):

, м3/ч                                 (23)

 м3/ч

Суммарный расчётный расход газа на водогрейную котельную:

, м3/ч   (24)

 м3/ч.

 

3. Режим потребления газа

Всем категориям потребителей газа характерны неравномерность его потребления. В зависимости от периода, в течении которого потребление принимают постоянным, различают: 1) сезонную неравномерность, или неравномерность по месяцам года; 2) суточную неравномерность, или неравномерность по дням недели, месяца или года; 3) часовую неравномерность, или неравномерность по часам суток или часам года.  

 Знание режимов потребления  во все указанные периоды даёт  возможность выявить с наибольшей  достоверностью расчётные нагрузки  на распределительные сети.

Режим расхода газа городом зависит от режима отдельных категорий потребителей и их удельного веса в общем потреблении. Теоретический учёт факторов, влияющих на равномерность потребления, оказывается в большинстве случаев невозможным и поэтому методика определения расходов в различные периоды времени базируется на опытных данных.

Неравномерность потребления оказывает большое влияние на экономические показатели систем газоснабжения. Наличие пиков и провалов в потреблении газа приводит к неполному использованию мощностей газовых промыслов и пропускной способности магистральных газопроводов, что повышает себестоимость газа; приводит к необходимости строительства подземных газохранилищ и создания потребителей-регуляторов, которым сбрасывают излишки в летний период, что связано с дополнительными капитальными вложениями в газотранспортные системы и во вторые топливные хозяйства потребителей.

Городские системы газоснабжения не имеют аккумулирующих ёмкостей, расположенных у потребителей, а ёмкость самих газовых сетей очень мала. Для каждой ступени давления она составляет 3 – 4 % максимально-часовой их пропускной способности, следствием этого является жёсткая связь, существующая между подачей газа в город и расходом его потребителями. Отсюда, чтобы система нормально функционировала, ежечасная подача газа в городскую сеть должна строго соответствовать потреблению. Если потребление окажется меньше подачи, сети не примут лишний газ; а если оно будет больше подачи, тогда начнёт падать давление газа в сетях и будет нарушено нормальное газоснабжение.

Основным следствием жёсткой связи в городской системе распределения газа является то, что пропускную способность газовых сетей и элементов системы необходимо рассчитывать на пиковые, максимально часовые расходы газа. Поскольку система газоснабжения имеет высокую стоимость и большую металлоёмкость, максимально-часовые (расчётные) расходы газа должны быть тщательно обоснованы.

4. Выбор системы газоснабжения

Для данного города применяем двухступенчатую закольцованную систему газоснабжения. От ГРС магистрального газопровода газ транспортируется по сети среднего давления до ГРП, где редуцируется на низкое и направляется по газопроводам низкого давления к бытовым и коммунально-бытовым потребителям. Промышленные и крупные коммунальные предприятия (хлебозаводы, прачечные), районные и квартальные котельные подключаем к закольцованному газопроводу среднего давления.

Количество ГРП определяем по формуле:

, шт                                                               (25)

где      – часовой расход газа сети низкого давления, м3/ч:

, м3/ч       (26)

 м3/ч

 – оптимальная часовая нагрузка на ГРП, м3/ч:

, м3/ч      (27)

где    ρ – плотность населения, чел./га: ρ = 400 чел./га.

е – удельный часовой расход газа на одного человека, м3/(чел.∙ч);

, м3/(чел.∙ч)                                     (28)

 м3/(чел.∙ч)

Rопт – оптимальный радиус действия одного ГРП, м. Принимаем Rопт = 250 м;

 м3/ч

 шт.

Принимаем к установке 2 ГРП.

5. Гидравлический расчет газапроводов

Гидравлические режимы работы распределительных газопроводов низкого, среднего и высокого давления должны приниматься из условий создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей устойчивость работы ГРП и газорегуляторных установок (ГРУ), а также работы горелок потребителей в допустимых диапазонах давления газа.

В общем случае движение газа в газопроводах является нестационарным, что приводит к переменному во времени режиму давления в газопроводе и изменению количества газа, находящегося в нём, поэтому расчетные внутренние диаметры газопроводов необходимо определять гидравлическим расчетом из условия обеспечения бесперебойного газоснабжения всех потребителей в часы максимального потребления газа.

В основу расчёта должен быть положен расчётный перепад давления ΔРдоп, т.е. тот допустимый напор газа на выходе из ГРП, который может быть израсходован на преодоление линейных и местных сопротивлений трубопровода на участке от ГРП до любой конечной точки распределительного газопровода. Так в газопроводах низкого давления расчетные суммарные потери давления газа (от источника газоснабжения до наиболее удаленного прибора) принимаются не более 180 даПа, в том числе в распределительных газопроводах 120 даПа, в газопроводах-вводах и внутренних газопроводах — 60 даПа. На сети высокого и среднего давления расчётный перепад принимается в зависимости от выходного и требуемого давления в начале и в конце рассчитываемой магистрали.

При расчёте движения газа в трубопроводах следует учитывать изменение его плотности. Это связано с тем, что давление по длине трубопровода падает и соответственно уменьшается плотность газа. Только газопроводы низкого давления можно рассчитывать, считая, что по ним движется несжимаемая жидкость. При расчёте газопроводов высокого и среднего давления вводят коэффициент сжимаемости, который учитывает отклонения в поведении природных газов от законов идеальных газов. В [3] приведены основные рабочие формулы, которые также учитывают изменение коэффициента гидравлического трения λ в зависимости от режима движения газа, материала газопровода, способов изготовления труб и их соединения, качества монтажа и эксплуатации газопроводов.

1. Расчет газопроводов низкого давления

Закольцованную и пронумерованную по кольцам газовую сеть разбиваем на участки и находим расчётные длины. Длины участков определяем по границам изменения расходов (обычно длина квартала), а при большой протяжённости (более 250 м) разбиваем участки и в пределах неизменяющихся расходов.

Определяем удельный расход газа на сеть для одного ГРП:

, м3/(ч ∙ м)        (29)

где    Σlр – суммарная длина расчетных участков сети, м;

n – количество ГРП.

Расчётные длины на участках в зависимости от условий питания потребителей принимаем:

lр = lд – при двухстороннем отборе газа;

lр = 0,5 ∙ lд – при одностороннем отборе газа;

lд – действительная длина участка газопровода, м;

Суммарный (путевой) расход газа, равномерно расходуемый на участке, определяем по формуле:

, м3/ч                                                             (30)

Расчет бытовых потребителей характерен тем, что на каждом участке распределения газа проходит равномерный отбор газа. Для упрощения расчета переменные по длине магистрали расходы газа могут быть условно заменены одним постоянным расходом Вэкв, эквивалентным им по величине вызываемых суммарных линейных потерь давления. Следовательно, эквивалентный расход на участке будет составлять некоторую долю путевого расхода газа Впут. Эквивалентный расход принимаем в размере 50% от путевого.

Вэкв = 0,5 ∙ Впут, м3/ч                                (31)

Для неконцевых участков сети учитываем транзитные расходы Втр. Величина транзитного расхода зависеть от принятого потокораспределения. Он находится последовательно от нулевых точек до ГРП.

На участках при разделении потоков транзитный расход составит сумму путевых расходов следующих по ходу газа участков:

Втр = ΣВпут, м3/ч                                                    (32)