Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
"Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"
Кафедра теплотехнических и энергетических систем
Курсовая работа
по дисциплине Технологические энергоносители предприятий
на тему: Гидравлический расчет систем газоснабжения
Исполнитель: Кадеев Р.А., гр. АТб-18
Руководитель: ст. преподаватель Соколова М.С.
Магнитогорск, 2021
Оглавление
Введение
1. Расчет кольцевого газопровода низкого давления
2. Гидравлический расчет кольцевой сети
3. Гидравлическая увязка колец
4. Расчет тупиковых ответвлений
5. Расчет надежности системы газоснабжения
Список литературы
Введение
Проектирование распределительных систем газоснабжения является одной из составляющих деятельности инженера-энергетика. Рост потребления газа в городах и масштабность распределительных систем ставят перед инженером новые задачи, связанные с развитием и реконструкцией сетей, повышением надежности газоснабжения, поиску экономичных вариантов транспортировки газа.
Кольцевые сети обладают повышенной надежностью и применяются для снабжения наиболее ответственных потребителей. Газовые сети высокого (среднего) давления являются верхним иерархическим уровнем городской системы газоснабжения. Для средних и больших городов их проектируют кольцевыми, и только для малых городов они могут выполняться в виде разветвленных тупиковых сетей.
Газовые сети состоят из участков, по которым движется газ, и узлов, в которых соединяются участки и к которым присоединяют ответвления к потребителям. Геометрические фигуры, состоящие из ребер и вершин (когда каждому ребру соответствуют две вершины, являющиеся концами этих ребер) называются графами. Цепочка последовательно соединенных ребер, в которой каждую вершину (узел) при движении по направлению потока проходят один размазывается путем. Путь, у которого начальная и конечная вершины совпадают, образуют контур или цикл.
Тупиковая разветвленная газовая сеть представляет собой дерево. Кольцевая сеть представляет собой граф, состоящий только из циклов и не имеющих тупиковых ответвлений. Большинство газовых сетей представляет собой смешанный граф, состоящий из замкнутых контуров и тупиковых ответвлений. Кольцевую сеть можно трансформировать в дерево (разветвленную сеть) путем исключения из каждого цикла замыкающего участка - этот прием используется в гидравлических расчетах колец. Обычно для сетей задано начальное давление Рn у точки питания и Pk у потребителя.
Задача гидравлического расчета разветвленной сети, у которой транзитные расходы определены однозначно (следовательно, известны расчетные расходы для всех участков), заключается в нахождении диаметра трубопровода на участке di и потерь давления на участке ДРi.
При расчете кольцевой сети можно наметить бесчисленное множество вариантов потокораспределения, т.к. ветви кольцевой сети включены параллельно, поэтому, в общем случае у кольцевой сети неизвестными будут диаметры di на участках, перепады давления на них ДРi и расчетные расходы Qi . Поиск неизвестных проводят на основании решения системы уравнений, составленных на основании двух законов Кирхгофа для кольцевых сетей.
1. Расчет кольцевого газопровода низкого давления
ПЕРВЫЙ ЭТАП РАСЧЕТА
Расчет начинаем с определения удельных путевых расходов для всех участков сети, для чего:
а) разбиваем всю газоснабжаемую территорию на зоны, которые питаются от определенных контуров;
б) рассчитываем максимальные часовые расходы для каждой такой зоны, перемножая площадь зоны, плотность населения и удельный расход газа на одного человека; гидравлический давление трубопровод
в) подсчитываем суммарную длину питающего контура;
г) определяем удельные расходы для всех контуров, разделив максимальные часовые расходы газа в зонах на суммарную длину питающих контуров.
Все расчеты сводим в табл. 5.
Таблица 5.
|
Номер контура |
Характеристики газоснабжения зон |
|||||
|
Площадь, га |
Числ. Насл.,чел |
Расход газа, м 3/ч Q=числ.нас.*0,09 |
Длина питающего контура L,м |
Удельный путевой расход, м 3/ч*м,(p=Q/L) |
||
|
1 |
18 |
9000 |
810 |
2000 |
0,405 |
|
|
2 |
6,1 |
3050 |
274,5 |
1600 |
0,172 |
|
|
3 |
9,4 |
4700 |
423 |
1600 |
0,264 |
|
|
A |
3,4 |
1700 |
153 |
900 |
0,170 |
|
|
B |
6 |
3000 |
270 |
800 |
0,338 |
|
|
C |
5 |
2500 |
225 |
1600 |
0,141 |
|
|
Итого |
47,9 |
23950 |
2155,5 |
Схема газопроводов показана на рис.1. Первоначально назначаем направления движения газа от точки питания 1 по газопроводам к периферии кратчайшим путем. В результате получаются три концевых точки схода потоков: 5,14,8 и шесть концевых точек тупиковых ответвлений:4,7,11,12,15,16. Для повышения надежности сети, в частности для взаимного резервирования участков выделяем из нее два основных контура.
Контур I(1-2-3-5-6-9-1)и контур III(9-6-17-8-18-10-9). Контур II присоединен к точке питания и несет основную нагрузку, так как питает контур I и тупиковые ответвления. Контур II также присоединен к точке питания сети, но несет меньшую нагрузку, о чем можно судить по путевым расходам. В своих регионах эти контуры будут представлять резервированную часть кольцевой сети, обладающую дополнительной пропускной способностью для обеспечения подачи газа в аварийные зоны.
Рисунок 1 Схема газоподачи кольцевой сети.
Рис.2 Расчетная схема сети низкого давления.
Соответственно выбранному основному кольцу принимаем следующие главные направления: 1-2-3-5 и 1-9-6-5. Выбором расположения точки 5 решается вопрос распределения транзитных расходов в кольце I и II. При принятом направлении потоков колец II и III точки встречи будут 5 и 14. Для кольца I главные направления: 9-6-17-8 и 9-10-18-8. Транзитный поток к участку 13-12 и 10-11 передаем на участок 2-13 и 9-10 соответственно. Рассмотренный вариант выбора направления движения потоков газа и распределения транзитных расходов учитывает (качественно) вопросы резервирования в кольцевой сети.
Вычисляем путевые расходы для всех участков сети (сосредоточенных расходов сеть не имеет). Все расчеты сводим в табл.6. Сначала проставляем номера и длины участков, далее удельные путевые расходы (из табл.5), а затем путевые расходы для всех участков. Последовательность проставления нумерации участков в табл. 6, принята такая: от концевых точек против движения газа в трубопроводе, вдоль выбранных главных направлений в таком порядке, в каком предполагается определять расчетные расходы. При этом следует учитывать, что расходы для всех выходящих из данного узла участков должны быть известны, тогда можно определить расход на участке, который доставляет газ в этот узел.
Таблица 6.
Определение расчетных расходов газа для участков сети.
|
Номер участка |
Длина участка,L,м |
Удельный путевой пасход м 3/ч*м |
путевой Qп, м 3/ч |
аварийный 0,55*Qп, м 3/ч |
транзитный Qт, м 3/ч |
расчетный Qр=Qт+0,55*Qп, м 3/ч |
|
|
1_2 |
250 |
0,577 |
144,141 |
79,27734375 |
698,766 |
778,043 |
|
|
2_3 |
300 |
0,172 |
51,469 |
28,3078125 |
119,391 |
147,698 |
|
|
3_4 |
200 |
0,170 |
34,000 |
18,7 |
0 |
18,700 |
|
|
3_5 |
250 |
0,342 |
85,391 |
46,96484375 |
0 |
46,965 |
|
|
2_16 |
250 |
0,338 |
84,375 |
46,40625 |
0 |
46,406 |
|
|
2_13 |
300 |
0,602 |
180,563 |
99,309375 |
262,969 |
362,278 |
|
|
13-15 |
250 |
0,338 |
84,375 |
46,40625 |
0 |
46,406 |
|
|
13_12 |
550 |
0,141 |
77,344 |
42,5390625 |
0 |
42,539 |
|
|
13_14 |
250 |
0,405 |
101,250 |
55,6875 |
0 |
55,688 |
|
|
1_9 |
250 |
0,436 |
108,984 |
59,94140625 |
1117,266 |
1177,207 |
|
|
9_6 |
300 |
0,577 |
172,969 |
95,1328125 |
281,391 |
376,523 |
|
|
6_7 |
200 |
0,170 |
34,000 |
18,7 |
0 |
18,700 |
|
|
9_10 |
300 |
0,669 |
200,813 |
110,446875 |
340,594 |
451,041 |
|
|
10_11 |
550 |
0,141 |
77,344 |
42,5390625 |
0 |
42,539 |
|
|
6_17 |
400 |
0,405 |
162,000 |
89,1 |
121,500 |
210,600 |
|
|
17_8 |
300 |
0,405 |
121,500 |
66,825 |
0 |
66,825 |
|
|
10_18 |
400 |
0,405 |
162,000 |
89,1 |
162,000 |
251,100 |
|
|
18_8 |
300 |
0,405 |
121,500 |
66,825 |
0 |
66,825 |
|
|
10_14 |
250 |
0,405 |
101,250 |
55,6875 |
0 |
55,688 |
|
|
6_5 |
250 |
0,342 |
85,391 |
46,96484375 |
0 |
46,965 |
2. Гидравлический расчет кольцевой сети
Таблица 7
|
Номер кольца |
Участок |
Длина L,м |
диаметр d*s,мм |
расчетный расход,Qр М 3*ч |
P/L |
P,Па |
P/Qр |
ошибка в кольцах |
|
|
1 |
1*2 |
250,000 |
273*7 |
-778,043 |
0,600 |
-150,000 |
0,193 |
-8,383 |
|
|
2*3 |
300,000 |
140*4,5 |
-147,698 |
0,700 |
-210,000 |
1,422 |
|||
|
3*5 |
250,000 |
89*3 |
-46,965 |
0,600 |
-150,000 |
3,194 |
|||
|
1*9 |
250,000 |
325*8 |
1177,207 |
0,600 |
150,000 |
0,127 |
|||
|
9*6 |
300,000 |
219*6 |
376,523 |
0,500 |
150,000 |
0,398 |
|||
|
6*5 |
250,000 |
89*3 |
46,965 |
0,700 |
175,000 |
3,726 |
|||
|
2 |
1*2 |
250,000 |
273*7 |
778,043 |
0,600 |
150,000 |
0,193 |
-10,593 |
|
|
2*13 |
300,000 |
219*6 |
362,278 |
0,460 |
138,000 |
0,381 |
|||
|
13*14 |
250,000 |
108*4 |
55,688 |
0,350 |
87,500 |
1,571 |
|||
|
1*9 |
250,000 |
325*8 |
-1177,207 |
0,600 |
-150,000 |
0,127 |
|||
|
9*10 |
300,000 |
219*6 |
-451,041 |
0,600 |
-180,000 |
0,399 |
|||
|
10*14 |
250,000 |
108*4 |
-55,688 |
0,350 |
-87,500 |
1,571 |
|||
|
3 |
9*6 |
300,000 |
219*6 |
-376,523 |
0,500 |
-150,000 |
0,398 |
-11,640 |
|
|
6*17 |
400,000 |
159*4 |
-210,600 |
0,700 |
-280,000 |
1,330 |
|||
|
17*8 |
300,000 |
114*4 |
-66,825 |
0,350 |
-105,000 |
1,571 |
|||
|
9*10 |
300,000 |
219*6 |
451,041 |
0,600 |
180,000 |
0,399 |
|||
|
10*18 |
400,000 |
219*6 |
251,100 |
0,200 |
150,000 |
0,597 |
|||
|
18*8 |
300,000 |
114*4 |
66,825 |
0,500 |
150,000 |
2,245 |
ВТОРОЙ ЭТАП РАСЧЕТА СЕТИ.
Несмотря на то, что при предварительном распределении потоков учитывались главные направления и были выделены два главных кольца, взаимозаменяемости в кольцевой сети осуществить не удалось.
Действительно, нет ни одного кольца, диаметры которого мало отличались бы друг от друга. Поэтому эти кольца нельзя рассматривать как резервированные элементы. Действительно, если, например, отключить участок 8-5, то вся система будет находиться в аварийном режиме, и у многих потребителей давление газа значительно упадет и они, практически, останутся без газа. Для повышения надежности скорректируем диаметры выбранных основных колец III и I. За принцип корректировки примем примерное сохранение постоянной материальной характеристики кольца. Это естественно, так как речь идет лишь о изменении структуры кольца по диаметрам, без изменения ее геометрии и нагрузки. Учитывая то, что кольцо, рассчитанное по среднему гидравлическому уклону с уменьшающимися диаметрами по мере уменьшения нагрузки, характеризуется меньшей величиной материальной характеристики М, чем кольцо с постоянным диаметром, при определении диаметра кольца материальную характеристику кольца несколько увеличиваем. Проведем усреднение диаметров колец.
Кольцо III.
?L3=1200 м
Такого диаметра по используемому в проекте сортаменту нет. Поэтому кольцо конструируем из двух ближних диаметров по сортаменту: 219x6 и 159x4. Участки 9-5, 9-13, как основные, примыкающие к точке питания кольца 9, оставим диаметром 219x6. Участок 13-14 и 5-6 также оставим диаметром 219x6, так как они транспортируют газ в ответвления. Участки 6-10 и 14-10 примем диаметром 159x4. Тогда
Материальная характеристика превышает М, полученную в результате расчета в первом этапе на 16,5%. Дополнительная стоимость повысит надежность газоснабжения. Соответственно средний диаметр кольца III будет равен dcp=204мм.
Кольцо I.
dср=321700/2000=163,7 мм.
Проектируем также кольцо из ближних двух диаметров: участки 13-12 и 13-14 диаметром 219x6, эти диаметры изменять нельзя, так как они были приняты в кольце высшего ранга - III; участок 13-12 сохраняем диаметром 219x6, так как этот участок транспортирует газ в зону кольца II; участки 12-16, 16-17, 14-18 и 18-17 принимаем диаметром 159x4. Материальная характеристика равна M--354000. Она превышает принятую ранее на 8,12 %. Соответствующий средний диаметр будет dcp~177 мм. Оставляем принятые диаметры.
Кольцо II.
dср= 221200/1200=168,5 мм.
Проектируем также кольцо из ближних двух диаметров: участки 9-5 и 9-13 диаметром 219x6, эти диаметры изменять нельзя, так как они были приняты в кольце высшего ранга - III; участки 5-4 и 13-12 также принимаем диаметром 219х 6 мм. Участки 4-8 и 12-8 принимаем диаметром 159x4 мм. М=244800, она превышает выбранную ранее на 21%.