Информационные модели городских систем газоснабжения

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Воронежский государственный  архитектурно-строительный университет

 

Факультет экономики, менеджмента и информационных технологий

Кафедра теплогазоснабжения

 

 

 

Курсовая работа

 

«Информационные модели городских  систем газоснабжения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент группы 2351

Дьяков С.В.

 

Проверил:

Панов М.Я.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОРОНЕЖ 2012

Содержание.

Введение………………………………………………………………………..4

 

Глава1. Исходная информация для проектирования. 5

Глава 2. Определение  потребления газа различными категориями  потребителей. 14

2.1 Коммунально-бытовые  потребления. 14

2.1.1. Население. 15

2.1.2. Предприятия  бытового обслуживания населения. 16

2.1.3. Предприятия  общественного питания. 16

2.1.4. Учреждения  здравоохранения. 16

2.1.5. Хлебопекарни. 17

2.2. Потребление  на отопление, вентиляцию и  горячее водоснабжение. 17

2.3. Промышленное  потребление. 19

2.4. Расчет  расход газа на распределительную  сеть. 19

Глава 4. Формирование нелинейных моделей систем газоснабжения. 21

4.1. Сеть низкого  давления. 21

4.1.1. Система  независимых цепей. 21

4.1.2 Система  независимых контуров 21

4.1.3 Система  узловых балансовых уравнений 22

4.1.4 Фиктивный  узловой отбор 22

4.2 Сеть высокого  давления 23

4.2.1 Узловые  балансовые уравнения 23

Заключение. 30

Список использованной литературы: 31

 

 

Введение

         Так как природный газ является высокоэффективным энергоносителем, в условиях экономического кризиса газификация может составить основу социально-экономического развития, обеспечить улучшение условий труда и быта населения, а также снижение загрязнения окружающей среды. Кроме того, природный газ является ценным сырьем для химической промышленности. Использование газового топлива позволяет внедрять эффективнее методы передачи теплоты, создавать экономические и высокопроизводительные тепловые агрегаты с меньшими габаритными размерами, стоимостью и высоким КПД, а также повышать качество продукции.

Основной задачей при  использовании природного газа является его рациональное потребление, то есть снижение удельного расхода посредством  внедрения экономических технологических процессов, при которых наиболее полно реализуются положительные свойства газа. Применение газового топлива позволяет избежать потерь теплоты, определяемых механическим и химическим недожогом. Уменьшение потерь теплоты с уходящими продуктами горения достигается сжиганием газа при малых коэффициентах расхода воздуха. При работе агрегатов на газовом топливе возможно также ступенчатое использование продуктов горения. Основными задачами в области развития систем газоснабжения являются:

• применение для сетей и оборудования новых полимерных материалов, новых конструкций труб и соединительных элементов, а также новых технологий;
• внедрение эффективного газоиспользующего оборудования;
• расширение использования газа в качестве моторного топлива на транспорте;
• внедрение энергосберегающих технологий;
• обеспечение на основе природного газа производства тепла и электроэнергии для децентрализованного тепло- и энергосбережения небольших городов и сельских населённых пунктов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава1. Исходная информация для проектирования.

1. Плотность населения: 310 чел./га.
2. Генеральный план №5
3. Климатический район- г. Нижний Новгород
4. Охват газоснабжением: 90%

         а) квартир с газовыми плитами и газовыми водонагревателями - 15 %

б) квартир с газовыми плитами без ЦГВ -

в) квартир с газовыми плитами и с ЦГВ -85%

г) отопление и вентиляция, % - 100 и 30;

д) промышленных предприятий: I - 50∙10⁹ ккал/год; II -60∙10⁹ ккал/год; III-90∙10⁹ ккал/год.

5. Газ природный – Туймазинское месторождение.
6. Давление газа перед городом - 0,55 МПа.

7. Наименование и характеристика объекта для проекта внутреннего газопровода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1

Таблица площадей жилых кварталов.

 

Показатель квартала	Нумерация кварталов
	1	2	3	4	5	6	7
FКВj,га	1,04	3,24	2,16	3,04	3,78	3,06	1,98
Показатель квартала
	8	9	10	11	12	13	14
FКВj,га	3,8	3,42	2,7	5,4	1,2	1,2	3,5
Показатель квартала	Нумерация кварталов
	15	16	17	18	19	20	21
FКВj,га	2,72	1,54	1,52	0,4	1,44	3,84	1,0
Показатель квартала	Нумерация кварталов
	22	23	24	25	26	27	28
FКВj,га	4,75	5,1	2,89	2,72	1,54	2,04	2,1
Показатель квартала	Нумерация кварталов
	29	30	31	32	33	34		35
FКВj,га	2,89	2,72	1,26	2,04	2,52	2,89	2,72
Показатель квартала	Нумерация кварталов
	36	37	38	∑FKBj,га
FКВj,га	0,98	2,52	3,3	96,96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

Исходная информация по участкам сети низкого давления.

 

№ участка	Номера узлов участка		Длина участка	Путевой расход участка
	начальный	конечный	Li,м	QПi, м3/ч
1	2	1	310
2	7	1	230
3	8	2	220
4	8	7	310
5	2	3	370
6	8	16	330
7	7	17	550
8	17	16	530
9	16	9	520
10	9	3	250
11	3	4	320
12	9	10	670
13	10	4	450
14	4	5	350
15	10	11	380
16	5	11	360
17	5	6	440
18	12	6	250
19	11	12	440
20	13	12	70	0
21	13	23	460
22	14	13	440
23	22	23	460
24	22	14	500
25	15	14	380
26	21	22	360
27	15	21	540
28	19	15	470
29	19	20	360
30	20	18	1100
31	19	18	810
32	20	21	280
33	18	170	420	0
			∑Li=13440

 

 

 

Таблица 1.3

Исходная информация по узлам сети низкого давления.

 

№ узла	Признак узла	Узловой отбор, м3/ч	Узловое давление, даПа
1			210
2		─	─
3		─	─
4		─	─
5		─	─
6			210
7		─	─
8			330
9		─	─
10		─	─
11		─	─
12		─	─
13		─	─
14		─	─
15		─	─
16		─	210
17		─	─
18		─	─
19			330
20		─	─
21		─	─
22			─
23			210

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица (по участкам) 1.4

Исходная информация сети среднего (высокого) давления.

 

№ участка	Номера узлов участка		Длина участка, Li,м
	Начальный	Конечный
1	1	2	260
2	2	3	90
3	3	4	60
4	3	12	100
5	12	5	50
6	12	6	370
7	6	7	440
8	6	16	420
9	2	13	520
10	13	9	80
11	13	14	500
12	14	10	160
13	14	11	990
14	16	8	1430
15	16	15	100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица (по узлам) 1.5

Исходная информация сети среднего (высокого) давления.

 

№ узла	Признак узла	Узловой отбор, м3/ч	Узловое давление, даПа
1		─	0,55∙105
2		─	─
3		─	─
4		2682	─
5		10562	─
6		─	─
7		2808	─
8		190,6	─
9		─	─
10		3030	─
11		551	─
12		─	─
13		─	─
14		─	─
15		─	─
16		─	─

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.1. Генеральный план жилого района г. Нижний Новгород.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.2 Расчетная  схема сети низкого давления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.3. Расчетная  схема сети среднего (высокого) давления

 

Глава 2. Определение потребления  газа различными категориями потребителей.

По заданной плотности  и площади жилых кварталов  определяем количество жителей населенного  пункта.

N=,

Где m-число кварталов;

P_j-плотность населения j-ого жилого квартала, чел/га;

F_KBj-площадь j-го жилого квартала, га;

  N==311*96.96=30154 чел. 

Коэффициент часового максимума  расхода газа (без отопления) =1/2403, при данной численности населения.

=33475 кДж/м³

ρ=0,6 кг/м³

2.1 Коммунально-бытовые потребления.

Расчетный расход газа, м³/ч, (при 0⁰С и 101.3 Кпа) на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды по отдельным категориям потребителей.

, (1)

Для сельской местности (2),

где q_i-норма потребления газа одной расчетной единицей (1р.е.);[6, прил. А]

n_i – количество расчетных единиц на одну тысячу жителей, р.е./тыс.хит.[1, c.46-47];

k_o – коэффициент одновременности[6,табл.5];

x_г – коэффициент охвата газоснабжением (по заданию);

f – число, р.е., (квартир или домов) для сел;

Km = - коэффициент часового максимума, год/ч. [6,табл.2];

q_i^* - суммарная тепловая нагрузка горелок 1 р.е., кДж/ч. [6,табл.3].

 

Потребление газа мелкими  коммунально-бытовыми потребителями (ателье, мастерскими, парикмахерскими, магазинами и др.) 

2.1.1. Население.

При наличие в квартире газовой плиты и централизованного  горячего водоснабжения при газоснабжении  природным газом на одного человека в год нормы расхода теплоты  составляет 4100 МДж. [6,прил.А]

 

Q_ГП+ЦГВ=

 

При наличие в квартире газовой плиты и газового водонагревателя (при отсутствии централизованного  горячего водоснабжения) при газоснабжении  природным газом на одного человека в год нормы расхода теплоты  составляет 10000 МДж. [6,прил.А]

 

Q_ГП+К=

 

При наличие в квартире газовой плиты и отсутствии централизованного горячего водоснабжения и газового водонагревателя при газоснабжении природным газом на одного человека в год нормы расхода теплоты составляет 6000 МДж. [6,прил.А].

Q_ГП=

 

 

 

2.1.2. Предприятия бытового обслуживания населения.

Потребление газа на стирку белья в механизированных прачечных, включая сушку и глажение на одного человека в год, нормы расхода  теплоты составляет 18800 МДж. [6,прил.А].

 

Q_СТБ=

На 1 человека потребляется 100 кг/год сухого белья.

Потребление газа на мытьё  без ванн на одну помывку, нормы расхода  теплоты составляет 40 МДж. [6,прил.А].

Q_Б=

2.1.3. Предприятия общественного питания.

Потребление газа на столовые, рестораны, кафе: на приготовление обедов (вне зависимости от пропускной способности  предприятия)- на один обед, нормы расхода теплоты составляет 4,2 МДж, на приготовление завтраков или ужинов, нормы расхода теплоты составляет 2,1 МДж  [6, прил.А].

Q_СТ=

2.1.4. Учреждения здравоохранения.

Больницы, родильные дома: на приготовление пищи на одну койку  в год, нормы расхода теплоты 3200 МДж, на приготовление горячей воды для хозяйственно-бытовых нужд и  лечебных процедур (без стирки белья) на одну койку в год составляет 9200 МДж [6, прил.А].

Q_ЗДР=

  2.1.5. Хлебопекарни.

Расчет годового расхода  для хлебозаводов и пекарен [6, прил.А].

Q_хлеба=

2.2. Потребление на отопление,  вентиляцию и горячее водоснабжение.

Потребление газа на отопление  и вентиляцию от котельных жилых и общественных зданий , м³/ч, вычисляется по формуле:

 

Потребление газа на отопление  от местных отопительных систем жилых  и общественных зданий , м³/ч, вычисляется по формуле:

 

где t_в- расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, ⁰С, принимаемая для жилых и общественных зданий равной 20⁰С;

t_ср.о.- средняя температура наружного воздуха за отопительной период ⁰С;

t_р.о.- расчетная температура наружного воздуха, ⁰С, для проектирования отопления, принимая как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в соответствии с параметрами [2, табл. 1].

n₀ – продолжительность отопительного периода  в сутках по числу дней со средней суточной температурой наружного воздуха 8⁰С и ниже;

q- укрепленный показатель максимального часового расхода тепла на отопление 1 м² жилой площади зданий. кДж/(ч∙м²) [1, табл. 5.2];

-общая жилая площадь  отапливаемых от котельных зданий, м²;

- общая жилая площадь  отапливаемая от местных систем  зданий, м².

Социальная норма площади  на 1 человека – 12 м².

КПД= 85%

Число часов использования  максимума для отопительных котельных, ч./год:

m_k=24∙n₀∙=24∙253∙=2914 ч/год.

=12∙30154∙0,9=325663 м²

=30154∙12∙(1-0,6)=144739 м²

 

=8345

Потребление газа на централизованное горячее водоснабжение от котельных, , м³/ч,

 

где q_гв- укрупненный показатель среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение, кДж (ч/чел.)[1, табл. 5.3.];

, -температура водопроводной воды в отопительной и летней периоды, ⁰С(=5⁰С, =15⁰С );

β - коэффициент, учитывающей снижение расхода горячей воды в летний период, β=0,8);

К_ЦГВ- коэффициент ЦГВ;

 

Q_кот.= +=8345+2217=10562

2.3. Промышленное потребление.

Расчетный часовой расход газа промышленных предприятием, включающий  потребление  на технологические нужды, отопление, вентиляцию цехов и подразделений промплощадки,  м³/ч:

 число часов  использования  max

Для предприятий работающих в 3 смены с непрерывным процессом:

 

  3см.: m= 6000÷7000 ч/год

  2см.: m= 4500÷5000 ч/год

       1см.: m= 3000÷4000 ч/год

 

1 смена: (50-100)∙10⁹ ккал/год

2 смена: (100-150)∙10⁹   ккал/год

3 смена: (150-200)∙10⁹  ккал/год

 

Q_ПП1=

 

Q_ПП2=

 

Q_ПП3=

2.4. Расчет расход газа  на распределительную сеть.

Определяем расчетный  расход газа, м³/ч, на распределительную сеть низкого давления, от которой питаются все бытовые, мелкие коммунальные и чесать промышленных потребителей.

,

Где К_персп- коэффициент, учитывающей перспективное развитие населенного пункта (при отсутствий данных принимается равным 1,3);\

r-число бытовых и коммунальных  потребителей, питающихся от сети  низкого давления;

- мелкие промышленные  потребители, питаемые от сети низкого давления, м³/ч.

Q_РНД=1,3∙(1.1( Q_ГП+ЦГВ+ Q_ГП+К+ Q_ГП)++Q_здрав.+ Q_СТ+ )

Q_РНД=1,3∙(1,1(107+1314+178)+885+53+3237)=7715

     Р_ист= Р₈= Р₁₉=330 даПа

     Р_стока= Р₁= Р₆= Р₁₆=Р₂₃=210 даПА

Определяем расчетный  расход газа , м³/ч, на распределительную сеть среднего (высокого) давления,

Q_БПК= Q₁₁=551

Qхз= Q₈=

Q_К= Q₅=

Q_ПП1= Q₄=

Q_ПП2= Q₇=

Q_ПП3= Q₁₀=

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Формирование нелинейных моделей систем газоснабжения.

4.1. Сеть низкого давления.

4.1.1. Система независимых цепей.

 

1) P₁₄-P₂₁=S_14-17Q_14-17^1,75 + S_17-18Q_17-18^1,75 + S_18-21Q_18-21^1,75.

2) P₁₄-P₁=S_14-13Q_14-13^1,75 + S_13-11Q_13-11^1,75 + S_11-12Q_11-12^1,75 + S_12-6∙Q_12-6^1,75 –

- S_2-6 Q_2-6^1,75 + S_2-1 Q_2-1^1,75

3) P₇-P₅=S_7-4 Q_7-4^1,75 + S_4-5∙Q_4-5^1,75

4) P₇-P₁=S_7-3 Q_7-3^1,75 + S_3-2Q_3-2^1,75 + S_2-1 Q_2-1^1,75

5) P_7-21=S_7-3 Q_7-3^1,75 + S_2-6 Q_2-6^1,75 – S_12-6 Q_12-6^1,75 - S_20-12 Q_20-12^1,75 + S_20-21 Q_20-21^1,75

4.1.2 Система независимых контуров

 

1) S_6-1 Q_6-1^1,75 - S_2-1 Q_2-1^1,75 + S_2-6 Q_2-6^1,75=0

2) S_12-6 Q_12-6^1,75 – S_2-6 Q_2-6^1,75 - S_3-2 Q_3-2^1,75 - S_7-3 Q_7-3^1,75 + S_7-8 Q_7-8^1,75 + S_8-9 Q_8-9^1,75 - S_10-9 Q_10-9^1,75 + S_10-11 Q_10-11^1,75 + S_11-12 Q_11-12^1,75=0

3) S_7-3Q_7-3^1,75 - S_4-3Q_4-3^1,75 - S_7-4 Q_7-4^1,75=0

4) S_4-5 Q_4-5^1,75 – S_8-5 Q_8-5^1,75 - S_7-8Q_7-8^1,75 + S_7-4 Q_7-4^1,75=0

5) S_9-15 Q_9-15^1,75 – S_14-15 Q_14-15^1,75 + S_14-10 Q_14-10^1,75 + S_10-9 Q_10-9^1,75=0

6) S_15-16 Q_15-16^1,75 - S_17-16 Q_17-16^1,75 - S_14-17 Q_14-17^1,75 + S_14-15 Q_14-15^1,75=0

7) S_14-17 Q_14-17^1,75 + S_17-18Q_17-18^1,75 – S_14-18 Q_14-18^1,75=0

8) S_14-18 Q_14-18^1,75 + S_18-21 Q_18-21^1,75 - S_20-21 Q_20-21^1,75 - S_19-20 Q_19-20^1,75 –

- S_13-19 Q_13-19^1,75 - S_14-13 Q_14-13^1,75=0

9) S_14-13 Q_14-13^1,75 + S_13-11 Q_13-11^1,75 - S_10-11 Q_10-11^1,75 - S_14-10 Q_14-10^1,75 =0

10) S_13-19 Q_13-19^1,75 + S_19-20 Q_19-20^1,75 + S_20-12 Q_20-12^1,75 - S_11-12 Q_11-12^1,75 -

- S_13-11 Q_13-11^1,75=0

4.1.3 Система узловых балансовых уравнений

№2 Q_3-2- Q_2-1- Q_2-6- Q₂=0

№3   Q_4-3+ Q_7-3- Q_3-2- Q₃=0

№4 Q_7-4- Q_4-3- Q_4-5- Q₄=0

№6 Q_2-6- Q_6-1+ Q_12-6- Q₆=0

№8 Q_7-8- Q_8-5- Q_8-9- Q₈=0

№9 Q_10-9+ Q_8-9- Q_9-15- Q₉=0

№10  Q_14-10- Q_10-9- Q_10-11- Q₁₀=0

№11 Q_13-11+ Q_10-11- Q_11-12- Q₁₁=0

№12 Q_11-12+ Q_20-12- Q_12-6- Q₁₂=0

№13 Q_14-13- Q_13-11- Q_13-19- Q₁₃=0

№15 Q_9-15+ Q_14-15- Q_15-16- Q₁₅=0

№17 Q_14-17- Q_17-18- Q_17-16- Q₁₇=0

№18 Q_14-18+ Q_17-18- Q_18-21- Q₁₈=0

№19 Q_13-19- Q_19-20- Q₁₉=0

№20 Q_19-20-Q_20-12- Q_20-21- Q₂₀=0

4.1.4 Фиктивный узловой отбор

 

Q₂ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 397,85 м³/ч

Q₃ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 351,55 м³/ч

Q₄ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 379,3 м³/ч

Q₆ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 351,6 м³/ч

Q₈ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 302,25 м³/ч

Q ₉= 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 286,8 м³/ч

Q₁₀ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 471,85 м³/ч

Q₁₁ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 339,3 м³/ч

Q₁₂ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 191,25 м³/ч

Q₁₃ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 274,5 м³/ч

Q₁₅ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 422,5 м³/ч

Q₁₇ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 471,85м³/ч

Q₁₈ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 360,85 м³/ч

Q₁₉ = 0,5(|Q|+|Q|) = 181,95 м³/ч

Q₂₀ = 0,5(|Q|+|Q|+|Q|) = 262,15 м³/ч

 

Результаты гидравлического  расчета по сети низкого давления приведена в табл.4.1-4.5

 

4.2 Сеть высокого давления

4.2.1 Узловые балансовые уравнения

 

№2 Q_1-2 – Q_2-3 - Q_2-6 - Q₂= 0

№3 Q_2-3 – Q_3-4- Q_3-13 - Q₃= 0

№4 Q_3-4 – Q_пп1 = 0

№5 Q_13-5 – Q_к = 0

№6 Q_2-6 – Q_6-7- Q_6-12 - Q₆ = 0

№7 Q_6-7 – Q_ПП2 = 0

№8 Q_12-8 – Q_ХЗ= 0

№9 Q_15-9 – Q_9-11 – Q_9-10 – Q₉ = 0

№10 Q_9-10 – Q_ГРП= 0

№11 Q_9-11 – Q_ГРП= 0

№12 Q_6-12 – Q_12-8 – Q_12-15 – Q₁₂= 0

№13 Q_3-13 – Q_13-14– Q_13-5 – Q₁₃= 0

№14 Q_13-14 – Q_ГРП= 0

№15 Q_12-15 – Q_15-16 –Q_15-9 – Q₁₅= 0

№16 Q_15-16 – Q_ППЗ= 0

 

Результаты гидравлического  расчета по сети среднего(высокого) давления приведена в табл.4.6-4.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДЬЯКОВ ГП-5                                            ТАБЛИЦА 1                      

                                                                           

                   РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА                      

                                                                           

                           (по участкам)                                   

=========================================================================

    N     ну      ку     L        Qп    &P      Qp      Dн       S    M    

=========================================================================

     1      2      1   310.0 148.3  101.876     64.2   76.0 *3.00   1.706

     2      7      1   230.0 110.0    3.342     48.4  127.0 *3.50   2.499

     3      8      2   220.0 105.3   18.124    569.5  219.0 *5.00   5.916

     4      8      7   310.0 148.3  116.658    109.3   89.0 *3.00   2.010

     5      2      3   370.0 177.0   43.846    289.9  159.0 *4.00   5.765

     6      8     16   330.0 157.9   13.814   2429.9  426.0 *7.00  24.326

     7     17      7   550.0 263.1   33.331    199.9  159.0 *4.00   8.570

     8     16     17   530.0 253.6   69.513    306.3  159.0 *4.00   8.259

     9     16      9   520.0 248.8   12.512   1793.5  426.0 *7.00  38.331

    10      9      3   250.0 119.6   35.644    173.1  127.0 *3.50   2.716

    11      3      4   320.0 153.1   26.579    238.1  159.0 *4.00   4.986

    12      9     10   670.0 320.5   33.367   1276.0  325.0 *6.00  32.230

    13     10      4   450.0 215.3   28.856    206.5  159.0 *4.00   7.012