Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет 
 

Кафедра теплогазоснабжения 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

 

Газоснабжение промышленного предприятия 
 
 
 
 

Выполнил:

студент гр. ПТз-06                                                                           М.А. Буренина 

Проверил:

Преподаватель                                                                                     Н.Т. Пузиков 
 
 

Нижний  Новгород

2011

 

Содержание:

1.Исходные  данные……………………………………………………3

2. Расчет диаметров межцеховых газопроводов…………………….3

3.Общие требования  к помещениям ГРП……………………………7

4.Подбор и  описание оборудования на ГРП…………………………8

  4.1.Подбор  регулятора давления…………………………………….8

  4.2.Подбор  предохранительных клапанов………………………….9

  4.3.Подбор  фильтров…………………………………………………9

5.Расчет инжекционной  горелки……………………………………..11

6.Список литературы………………………………………………….15

 

2.Расчет диаметров межцеховых газопроводов

Исходные данные: Участки газораспределительной  сети предприятия приводим в таблице 1.

 

Расчет распределительных  газопроводов среднего давления производится в следующем порядке: составляется расчетная схема газоотдачи сети, на которой определяют расчетные участки, их фактическую длину в [км] и расчетные расходы на каждом участке сети.

Устанавливают начальное и конечное давление газа в распределительных газопроводах. За начальное принимается выходное давление ГРП            P_вых=3 кгс/см². Конечное давление зависит от работы регуляторов давления в ГРП и газового оборудования у потребителей.

Для учета местных  сопротивлений в газопроводах определяют расчетную длину газопроводов на каждом участке:

l_р=l_ф*1,1

Расчет газопроводов на участках выполняется по формуле:

Р_н² – Р_к² / l_р= 0,337*Q_р² / d^5,25

Где Q – расчетный расход газа, м³/ч

d – диаметр газопровода , см

Для практических расчетов газопроводов среднего давления может быть использована номограмма. Принимают значения по формуле:

Р_н² – Р_к² / l_р=α

Для определения  диаметров газопроводов и значения удельных потерь α на каждом участке  сети используют расчетные расходы  газа по участкам сети и α_ср.

α_ср= Р_н1² – Р_к1² / 1,1*l_ф, где

Р_к1 – конечное давление у самого дальнего потребителя газа, МПа

Р_н1 – начальное давление газа у источника газоснабжения, МПа

l_ф – фактическая длина газопровода от источника питания до самого дальнего потребителя, м

Конечное давление газа на участке

Р_к=√ Р_н² –α* l_р

Найденное для  участка 1-2 конечное давление будет  являться начальным для участков 2-3, 2-4 и т.д.

Определим расчетные  длины участков газопровода, результаты приведены в таблице 2.

 

Необходимое давление газа в газопроводах у потребителей приведены в таблице 3.

 

Определим α_ср по начальному давлению газа у ГРП P_н=3 кгс/см²=0,3 МПа и конечному давлению газа в газопроводе у наиболее удаленного потребителя – цеха 1 – P_ц1=2,6кгс/с м²=0,255 МПа:

α_ср = 0,2942-0,065 / 140,8=0,0016 МПа /м

По расходам газа на участках внутризаводских газопроводов и α_ср , используя номограмму, определим диаметры газопроводов и фактические удельные потери для каждого участка сети. Результаты расчета сводим в таблицу 4.

Определим конечные давления газа на участках сети по формуле

Р_к=√ Р_н² –α* l_р

Участок 1-2:

Р_к=√0,09 – 0,0025*72 = 0,3МПа

Конечные давления газа на других участках определяют аналогично. Результаты расчета сведены в  таблицу 5.

 

Полученные расчетные  давления газа в газопроводах у потребителей приведены в таблице 6.

Таким образом, диаметры газопроводов, полученные в  результате расчетов, обеспечивают требуемое  давление газа у потребителей.

 

3. Общие требования к помещениям ГРП

     Для снижения давления газа и поддержания  его на заданном уровне в системах газоснабжения должны предусматриваться  газорегуляторные пункты ГРП.

     По  давлению газа ГРП подразделяются на:

     – с входным давлением до 0,6 МПа;

     – с входным давлением св. 0,6 МПа до 1,2 МПа.

     Отдельно  стоящие ГРП размещать с учетом исключения их повреждения от наезда транспорта, стихийных бедствий, урагана  и др. В пределах охранной зоны ГРП  устанавливаем ограждения из металлической  сетки, высотой 1,6 м.

     При размещении ГРП необходимо обеспечить свободные подъездные пути с твердым  покрытием для транспорта, в том  числе аварийных и пожарных машин.

     Оборудование, размещаемое в помещениях ГРП, должно быть доступно для ремонта и обслуживания, ширина основных проходов между оборудованием  и другими предметами должна быть не менее 0,8 м, а между параллельными рядами оборудования – не менее 0,4 м.

     В помещениях категории А полы должны быть безыскровыми, конструкции окон и дверей должны исключать образование искр.

     Стены необходимо предусматривать противопожарными I типа, газонепроницаемыми, они должны опираться на фундамент.

     Двери ГРП предусматривать противопожарными и открывающимися наружу.

     В состав оборудования ГРП входят:

     – запорная арматура;

     – регуляторы давления;

     – предохранительно-запорные клапаны (ПЗК);

     – предохранительные сбросные клапаны (ПСК);

     – приборы замера расхода газа;

     – приборы КИП.

     Газовое оборудование в газорегулирующих блоках ГРП располагать в следующей последовательности:

     – общий запорный орган с ручным управлением для полного отключения ГРП;

     – фильтр или группа фильтров с байпасами или без них;

     – расходомер (камерная диафрагма с дифманометрами, газовый счетчик). Газовый счетчик может быть установлен после регулятора давления на низкой стороне в зависимости от принятой схемы газоснабжения;

     – предохранительный запорный клапан (ПЗК);

     – регулятор давления газа;

     – предохранительный сбросной клапан (ПСК) после регулятора.

     В ГРП следует предусматривать  продувочные газопроводы:

     – на входном газопроводе – после первого отключающего устройства;

     – на байпасе (обводном газопроводе) – между двумя отключающими устройствами;

     – на участках газопровода – с оборудованием, отключаемым для производства профилактического осмотра и ремонта.

     Продувочные и сбросные газопроводы должны иметь  минимальное число поворотов. На концах продувочных и сбросных газопроводов предусматривают устройства, исключающие  попадание атмосферных осадков  в эти газопроводы. 

     4.Подбор и описание оборудования на ГРП

     4.1Подбор регулятора давления

Регулятор давления автоматически снижает давление газа и поддерживает его «после себя»  постоянным на заданном уровне независимо от расхода и колебаний давления на выходе.

Принимаем РДБК1-Ду 100/50 (прил. 8 [5])

1. Диаметр условного  прохода входного фланца  ;

2. Площадь седла клапана равна: 

 

3. Коэффициент  расхода (по паспорту) ;

4. Отношение 

5. Поправочный  множитель  принимаем равным 1;

6. Искомая пропускная  способность регулятора: 

ч

Пределы устойчивости работы регулятора: 

 

Для создания нормальных условий работы, регулятор должен быть загружен при требуемой пропускной способности не более чем на 80%, а при минимальном расходе  не менее чем на 10%, т.е. должно выполняться  условие: 

 

Проверим, выполняется  ли это условие:

, условие выполняется, значит, подобранный регулятор обеспечивает  устойчивую работу.

     4.2Подбор предохранительных клапанов

В ГРП устанавливают  два предохранительных клапана: запорный и сбросной.

Запорный клапан устанавливают до регулятора давления по ходу газа и настраивают на предельно  допустимое повышение и понижение  давления за регулятором. Запорный клапан автоматически отключает подачу газа перед регулятором в случае резкого повышения или понижения  давления газа за регулятором.

Клапаны сбросные служат для сброса в атмосферу  газа при резком эпизодическом повышении  давления газа после регулятора давления, которое может возникнуть при  резком отключении потребителя газа, при работающих других потребителях. При этом исключается срабатывание отсечного клапана, установленного перед регулятором давления, обеспечивая  тем самым нормальную безопасную работу других потребителей данного  цеха или котельной.

Принимаем клапан предохранительный ПКН-50, клапан сбросной предохранительный пружинный, мембранный ПСК №104 СППКЧР – 50 -16.

     4.3Подбор фильтров

Для очистки  газа от механических примесей и пыли применяют фильтры заводского изготовления, в паспортах которых должны указываться  их пропускная способность при различных  входных рабочих давлениях и  потери давления в фильтрах.

Фильтрующие материалы  должны обеспечивать требуемую очистку  газа, не образовывать с ним химических соединений и не разрушаться от постоянного  воздействия газа.

При выборе фильтров величина потерь давления в них во избежание разрыва кассет и сеток  не должна превышать максимально  допустимых значений: 5000Па для сетчатых фильтров и 10000 Па для волосяных.

К установке  принимаем волосяной фильтр ФВ-150.

Потери давления в фильтрах в зависимости от количества газа, проходящего через них, принимают  по графику.  

 

где: ΔР_гр – падение давления принимаемое по графику, мм в.ст.; ΔР_гр = 300 мм в.ст

Q – суммарный расход газа на пром. предприятие; Q = 3100 м³/ч;

Q_гр – расход газа принимаемый по графику, м³/ч; Q_гр = 1500 м³/ч

 – удельный вес газа, кг/м³;

Р – абсолютное давление газа проходящего перед фильтром, атм. Р = 5 атм.

ПЗК должен обеспечивать 25% от рабочего давления, а ПСК-15%.

3800*1,25=4750 мм вод. ст.

3800*1,15=4370 мм вод. ст.

Фильтры, устанавливаемые  в ГРП должны иметь устройства для определения перепада давления в нем, характеризующего степень  засоренности фильтрующей кассеты  при максимальном расходе газа.

 

5.Расчет инжекционной горелки среднего давления

Дано:

Состав природного газа, % по объему:

1. Метан CH₄=95.1
2. Этан C₂H₆=2.3
3. Пропан C₃H₈= 0.7
4. Бутан C₄H₁₀= 0.4
5. Пентан C₅H₁₂= 0.8
6. Азот N₂= 0.5
7. CO₂= 0.2

Мощность горелки  – P=80кВт

Расчет:

Низшая теплота  сгорания природного газа, ккал/м³:

Q_н^р= 30,5*СО + 85,5* CH₄ + 152* C₂H₆ + 217* C₃H₈ + 283,5* C₄H₁₀

Q_н^р= 85,5*95,1 + 152*2,3 + 217*0,7 + 283,5*0,4 = 8745,95 ккал/м³;

Удельный вес  природного газа, кг/м³:

j_г= 0,01*(0,717* CH₄ +1,341* C₂H₆ + 1,97* C₃H₈ +2,6* C₄H₁₀ +1,977* CO₂ + 1,25* N₂)

j_г= 0,01*(0,717*95,1+1,341*2,3+1,97*0,7+2,6*0,4+1,977*0,2+1,25*0,5) = 0,75 кг/м³;

Теоретически  необходимое количество воздуха  для полного сжигания 1м³ природного газа, м³ _{воздуха} / м³ _газа:

V₀= 0,024* (CO + N₂+ 4* CH₄ +7* C₂H₆ + 10* C₃H₈ +13* C₄H₁₀ )

V₀= 0,024*(0,5 + 4*95,1 + 7*2,3 + 10*0,7 +13*0,4) = 9,82 м³ _{воздуха} / м³ _газа ;

 

Горелка среднего давления должна инжектировать все  необходимое для горения количество воздуха, равное, м³ _{воздуха} / м³ _газа:

V_в= α* V₀,

где α – коэффициент  избытка воздуха, α = 1,09,

V_в= 1,09 * 9,82 = 10,7 м³ _{воздуха} / м³ _газа ;

Часовой расход природного газа , м³/ч:

V_г = Q / Q_н^р ,

где Q- теплопроизводительность горелки, ккал/ч,

Q=301000 ккал/ч,

V_г = 301000 / 8745,95 =34,42 м³/ч ;

Скорость выхода газовоздушной смеси из насадка горелки должна быть меньше скорости распространения пламени для смеси данного газа при минимальном расходе газа горелкой.

Скорость ω₅ принимаем 10м/с. Температура газовоздушной смеси на выходе из устья горелки t_см=50⁰С.

Удельный вес  газовоздушной смеси, кг/м³:

j_см = j_г + V_в* j_в / 1+ V_в  * 273/Т,

где j_в – удельный вес воздуха, j_в =1,293 кг/м³,

Т=50+273=323К,

j_см =0,75 + 10,7*1,293 / 1+10,7  *  273/323=1,06 кг/м³;

Энергия потока газовоздушной смеси, выходящей из устья горелки в топку, составит, кгс*м/м³:

Е_пот = ω₅² * (1+ V_в) / 2*g  * j_см ,

Где g =9,81 м/с²,

Е_пот =100*(1+10,7) / 2*9,81 * 1,06 = 63,21 кгс*м/м³;

Площадь выходного  отверстия насадка горелки f₅, м² :

f₅= V_г * (1+ V_в) / 3600* ω₅  *  Т/273

f₅=34,42 *(1+10,7) /3600*10  *  323/273 =0,013 м²;

Диаметр выходного  отверстия насадка горелки, м:

d₅=√4* f₅/ π

d₅=√4*0,013 / 3,14 =0,129м

Площадь входного сечения f₄ насадка горелки вычисляется по формуле, м²:

f₄ = 1,7* f₅

f₄ = 1,7*0,013 = 0,022 м²;

Скорость газовоздушной смеси на входе в насадок горелки, м/с:

ω₄ = V_г * (1+ V_в) / 3600*f ₅  *  Т/273

ω₄ =34,42 *(1+10,7) /3600*0,013 * 323/273 = 7,8м/с;

Диаметр входного сечения насадка горелки, м:

d₄= √4* f₄/ π

d₄= √4*0,022 / 3,14=0,17м;

Суммарные потери энергии в сужающемся насадке, кгс*м/м³:

Е_н= 1,5 * (ω₄ – ω₅)² * (1+ V_в) / 2* g  * j_см ,

Е_н= 1,5 *(7,8-10)² * (1+10,7) / 2*9,81 * 1,06 =4,59 кгс*м/м³;

Диаметр горла  смесителя, м:

d₃=0,65* d₄,

d₃=0,65*0,17=0,11м;

Площадь сечения  смесителя горелки, м²:

f₃ =π*d₃² / 4

f₃ =3,14*0,11² / 4=0,009м²; 

Скорость газовоздушной смеси в смесителе горелки при t=20⁰С (Т=293К), м/с:

ω₃ =V_г * (1+ V_в) / 3600*f ₃  *  Т/273

ω₃ =34,42*(1+10,7) / 3600*0,009  *293/273=13м/с

Потери энергии  в диффузоре, кгс*м/м³:

Е_диф= ω₃² - ω₄²  / 2 *g  *(1+ V_в)* j_см * (1-φ),

где φ – к.п.д. диффузора, φ=0,75

Е_диф=169-60,84/19,62  *  11,7*1,06*0,25=17,1 кгс*м/м³;

Затраты энергии  на инжекцию воздуха в связи с  изменение скорости воздуха от ω₀ до ω₃, кгс*м/м³:

Е_возд = ω₃* V_в* j_в / 2*g

Е_возд =13*10,7*1,293 / 2*9,81=9,17 кгс*м/м³;

Скорость выхода газа из сопла, м/с:

ω₂= ω₃*(1+ V_в* j_в / j_г)

ω₂=13*(1+10,7*1,293/0,75)=252,8 м/с;

Потери энергии  при изменении скорости газа от ω₂ до ω₃, кгс*м/м³:

Е_г=(ω₂ – ω₃)²  / 2 *g  * j_г

Е_г=(252,8-13)² / 2*9,81 *0,75=2198,2 кгс*м/м³;

Суммарные затраты  энергии в газогорелочном устройстве, кгс*м/м³:

ΣЕ= Е_пот + Е_н+ Е_диф+ Е_возд + Е_г

ΣЕ=63,21+4,59+17,1+9,17+2198,2=2292,27 кгс*м/м³;

Распологаемая энергия струи газа на выходе из сопла, кгс*м/м³:

Е_расп= ω₂²* j_г / 2 *g 

Е_расп=252,8²*0,75 / 2*9,81=2442,96 кгс*м/м³;

Располагаемая энергия струи газа на выходе из сопла должна удовлетворять условию:

Е_расп ≥ ΣЕ

2442,96 ≥ 2292,27 –  Условие выполняется.

Необходимое давление газа перед горелкой, мм. вод. ст.: