КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По теме:
"ГАЗОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ"
Нижний Новгород-2009
1.
Расчёт инжекционной газовой горелки среднего давления
– Низшая теплота сгорания природного газа:
– Удельный вес природного газа:
– Теоретически необходимое количество воздуха для полного сжигания природного газа:
– Горелка среднего давления должна инжектировать всё необходимое для горения количество воздуха, равное:
– Скорость воздуха газовоздушной смеси из насадка горелки должна быть меньше скорости распространения пламени для смеси данного газа при минимальном расходе газа горелкой.
Скорость воздуха газовоздушной смеси –
Температура газовоздушной смеси на выходе из устья горелки , .
– Удельный вес газовоздушной смеси:
- удельный вес воздуха
– Энергия потока газовоздушной смеси, выходящей из устья горелки в топку, составит:
– Площадь выходного отверстия насадка горелки:
;
Тогда
– Диаметр выходного сечения:
Принимаем
– Площадь входного сечения насадка горелки:
– Скорость газовоздушной смеси:
– Диаметр равен:
;
– Суммарные потери энергии в сужающемся насадке:
– Диаметр горла (смесителя):
– Площадь сечения смесителя горелки:
– Скорость газовоздушной смеси в смесителе горелки при :
– Потери энергии в диффузоре:
– Затраты энергии на инжекцию воздуха в связи с изменением скорости воздуха от до :
– Скорость выхода газа из сопла:
– Потери энергии при изменении скорости газа от до :
– Суммарные затраты энергии в газогорелочном устройстве:
– Располагаемая энергия струи газа на выходе из сопла:
Должна удовлетворять условию
– Необходимое давление газа перед горелкой равно:
где - коэффициент расхода сопла
– Площадь сечения сопла:
– Диаметр сопла определится:
Расстояние от выступающих частей газовых горелок до стен или других частей здания, сооружения и оборудования должно быть не менее 1 м по горизонтали.
Длина горловины горелки равна:
Длина диффузора:
Площадь сечения для прохода воздуха во встречный насадок при скорости :
Диаметр сечения для прохода воздуха во встречный насадок:
Длина сечения равна:
где
2. Общие требования к газопроводам промышленного предприятия
Открытая прокладка газопроводов предусматривается на несгораемых опорах, креплениях к конструкциям зданий, каркасам и площадкам газоиспользующих установок, котлов и т.п.
Стальные газопроводы должны быть защищены от коррозии.
Расстояние от газопровода до строительных конструкций, технологического оборудования и коммуникаций следует принимать из условия обеспечения возможности его монтажа и их эксплуатации, до кабелей электроснабжения – в соответствии с ПУЭ.
При прокладке газопроводов через конструкции зданий и сооружений газопроводы следует заключать в футляр. Пространство между газопроводом и футляром на всю его длину необходимо заделывать просмоленной паклей, резиновыми втулками или другими эластичными материалами. Пространство между стеной и футляром следует тщательно заделывать цементным или бетонным раствором на всю толщину пересекаемой конструкции.
Края футляров должны быть на одном уровне с поверхностями пересекаемых конструкций стен и не менее чем на 50 мм выше поверхности пола.
3. Подбор оборудования 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 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.
5. Расчет избыточного давления взрыва для горючих газов
кПа
m-масса расчетного газа, вышедшего в результате расчетной аварии в помещение,
НТ
– теплота сгорания, Дж/кг,
Р0
– начальное давление в помещении, кПа, Р0
=101 кПа,
z-коэффициент участия горючего во взрыве, z=0,5,
Vсв
=35,88 – свободный объем помещения, м3
,
Ρв
– плотность воздуха до взрыва, кг/м3
,
ср
– теплоемкость воздуха, ср
= 1,017кДж/(кг К),
Т0
– начальная температура воздуха, К,
Кн
– коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, Кн
=3,
m=(Vа
+Vг
)*ρ, кг
Vа
– объем газа, вышедшего из аппарата, м3
,
Vт
– объем газа, вышедшего из трубопроводов, м3
Где Vт
=V1т
+V2т
,
V1т
= q*τ – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м3
V2т
=- объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м3
q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, диаметра, температуры газовой среды, м3
/с
τ =120 – время, за которое происходит истечение, с
Pт
– максимальное давление в трубопроводе по техническому регламенту, кПа
r – внутренний радиус трубопроводов, м
L – длина трубопроводов от аппарата до задвижки, м
Для :
, кг/с
φ =0,8 – коэффициент истечения
к=
1,3 –
коэффициент адиабаты
f
=
f
=
м
Т = 293 К
R – газовая постоянная,
μ – молярная масса
μ = 16*0,827+28*0,06+44*0,003+58*0,001+72*0,002+28*0,07+
+44*0,001=17,25
Дж/кг*К
Для :
, кг/с
, значит,
кг/с
V1т
= 120*0,0635=7,62 м3
V2т
=м3
Vг
=7,62+0,97=8,59 м3
m=(7,62+8,59)*0,85=13,77 м3
Тогда,
Помещение относится к категории А по взрывоопасности. горючие газы (ГГ), легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) с температурой вспышки не более 28С в таком количестве. что могут образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа. Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.
6. Подбор 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.
Сбросной клапан предназначен для предотвращения срабатывания запорного клапана при незначительном повышении давления за регулятором.
Принимаем клапан пред
7. Подбор 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, прил. 15 [5]
где: ΔРгр
– падение давления принимаемое по графику, мм в.ст.; ΔРгр
= 300 мм в.ст
Q – суммарный расход газа на пром. предприятие; Q = 6450 м3
/ч;
Qгр
– расход газа принимаемый по графику, м3
/ч; Qгр
= 3000 м3
/ч
– удельный вес газа, кг/м3
;
Р – абсолютное давление газа проходящего перед фильтром, ата. Р = 5 ата.
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.
8. Расчетная схема газопотребления
Разбиваем сеть газоснабжения на участки и сводим в таблицу 1.
Таблица 1. Участки газораспределитльной сети завода
| № | Наименование участка | Длина участка, м | Расход газа на участке, м3
/ч |
| 1 | Участок №1 | 13 | 6450 |
| 2 | Участок №2 | 111 | 3250 |
| 3 | Участок №3 | 51 | 3000 |
| 4 | Участок №4 | 57 | 1100 |
| 5 | Участок №5 | 34,5 | 2100 |
| 6 | Участок №6 | 17 | 600 |
| 7 | Участок №7 | 28 | 250 |
Расчет распределительных газопроводов производится в следующем порядке.
Составляется расчетная схема газоотдачи сети, на которой определяют расчетные участки, их фактическую длину в км и расчетные расходы газа на каждом участке сети.
Устанавливают начальное и конечное давление газа в распределительных газопроводах. За начальное принимается выходное давление Г.Р.П. Рн
= 5 кгс/см2
. Конечное давление зависти от работы регуляторов давления Г.Р.П. и газового оборудования у потребителей.
Расчетная схема газоотдачи внутризаводской сети приведена на рисунке 1.
Для учета местных сопротивлений в газопроводах определяют расчетную длину газопроводов на каждом участке, (км):
Lp
=lф
·1,1
Расчет газопроводов на участках выполняется по формуле:
,
Где Рн
и Рк
– начальное и конечное давление, кгс/см2
;
Qp
- расчетный расход газа, м3
/ч;
d
– диаметр газопровода, см;
для практических расчетов газопроводов среднего давления может быть использована номограмма [13, рисунок 25]. Принимают значение:
Для определения диаметров газопроводов и значения α
на каждом участке сети используют расчетные расходы газа по участкам сети и αср
:
,
Где Рк1
– конечное давление у самого дальнего потребителя газа, кгс/см2
;
Рн1
– начальное давление у источника газоснабжения, кгс/см2
;
l
ф
– фактическая длина газопровода от источника питания до самого дальнего потребителя, км.
Конечное давление газа на участке, кгс/см2
:
Найденное для участка 1 конечное давление будет являться начальным для участков 2, 3 и т.д.
Определим расчетные длины участков газопровода, а результаты сведем в таблицу 2.
Таблица 2. Расчетные длины участков газопровода
| № | Наименование участка | Длина участка фактическая, км | Длина участка расчетная, км |
| 1 | Участок №1 | 0,013 | 0,0143 |
| 2 | Участок №2 | 0,111 | 0,1221 |
| 3 | Участок №3 | 0,051 | 0,0561 |
| 4 | Участок №4 | 0,057 | 0,0627 |
| 5 | Участок №5 | 0,0345 | 0,03795 |
| 6 | Участок №6 | 0,0017 | 0,00187 |
| 7 | Участок №7 | 0,028 | 0,0308 |
Необходимое давление газа в газопроводах у потребителей приведено в таблице 3.
Таблица 3. Необходимое давление газа в газопроводах у потребителей
| № | Наименование цеха | Давление газа, кгс/см2
|
| 1 | Котельная | 1 |
| 2 | Механический цех | 0,9 |
| 3 | Ремонтный цех | 0,8 |
| 4 | Конверторный цех | 0,7 |
| 5 | Мартеновский цех | 0,6 |
Определим αср
по начальному давлению газа у Г.Р.П. Рн1
=1 кгс/см2
и конечному давлению газа в газопроводе у наиболее удаленного потребителя – цех №5 Рк1
=0,6 кгс/см2.
Диаметры газопроводов можно определить по формуле:
, мм
Q – расход газа из табл. 1
t=20 0
С
Для участка от города до Г.Р.П. ρм
=0,5 и Wг
=25
Для остальных участков ρм
=0,1 и Wг
=15
Результаты расчета приведены в таблице 4.
Таблица 4. Диаметры газопроводов для участков сети
| № | Наименование участка | Диаметр газопровода |
| 1 | от города до ГРП | 159х3,5 |
| 2 | Участок №1 | 426х6,0 |
| 3 | Участок №2 | 325х5,0 |
| 4 | Участок №3 | 325х5,0 |
| 5 | Участок №4 | 219х3,5 |
| 6 | Участок №5 | 273х4.0 |
| 7 | Участок №6 | 127х4,0 |
| 8 | Участок №7 | 127х3,0 |
Общие требования безопасности
1. Проектная схема газовых сетей должна обеспечивать их безопасную и надежную эксплуатацию, транспортирование газа с заданными параметрами по давлению и расходу.
2. Газоиспользующее оборудование, автоматика безопасности и регулирования процесса горения газа должны обеспечивать безопасность сжигания газа с заданными параметрами по давлению и расходу.
3. При проектировании и строительстве газовых сетей следует предусматривать мероприятия по охране окружающей среды, обеспечению пожарной безопасности и предупреждению чрезвычайных ситуаций в соответствии с действующим законодательством.
4. Границы охранных зон газораспределительных сетей и условия использования земельных участков, расположенных в их пределах, должны соответствовать требованиям, установленным законодательством РФ.
Безопасность газовых сетей должна обеспечиваться по следующим основным направлениям:
· Обеспечение бесперебойного и безопасного транспортирования и сжигания газа;
· Обеспечение оперативного отключения потребителей газа и создание условий для локализации аварии;
· Применение средств контроля и средств противоаварийной защиты;
· Обеспечение безопасности обслуживающего персонала в процессе эксплуатации.
5. Трубы, материалы, технические устройства и газоиспользующее оборудование, применяемые в проектной документации на строительство газовых сетей должны подвергаться оценке соответствия в порядке, установленном Законодательством РФ.
6. Материалы, из которых изготавливается газоиспользующее оборудование, должны соответствовать назначению и быть способными выдерживать технические, химические и тепловые условия работы газоиспользующего оборудования.
Расчеты газопроводов на прочность и устойчивость должны производиться с сочетанием всех нагрузок, действующих на газопровод, с учетом времени и направления их действия.
Установку запорной арматуры на наружных газопроводах следует предусматривать:
– Перед отдельно стоящими или блокированными зданиями;
– Перед наружным газоиспользующим оборудованием;
– Перед газорегуляторными пунктами;
– На выходе из ГРП, закольцованных газопроводов;
– На ответвлениях от газопроводов к группам зданий;
– При пересечении железных дорог общей сети и автомобильных дорог I и II категорий.
Установку запорной арматуры на внутренних газопроводах следует предусматривать:
– На вводе газопровода в помещение котельной или производственного здания при размещении в нем ГРУ или газового счетчика;
– Перед газовыми счетчиками;
– На ответвлениях к газоиспользующему оборудованию и КИП;
– Перед горелками и запальниками газоиспользующего оборудования;
– На продувочных газопроводах.
Газоиспользующее оборудование должно оснащаться системой технологических защит, прекращающих подачу газа в случаях:
– Погасание факела горелки;
– Отклонение давления газа перед горелкой за пределы устойчивой работы;
– Понижения давления воздуха ниже допустимого (для двухпроводных горелок);
– Уменьшение разрежения в топке (кроме топок, работающих под наддувом);
– Прекращение подачи электроэнергии при исчезновении напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения;
– Отсутствие факела на защитно-запальном устройстве.
Список литературы
1. Ионин А.А. Газоснабжение. Учеб. для вузов. – е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1989 – 439 с.
2. СНиП 42–01–2002 Газораспределительные системы. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.
3. СП 42–101–2003 Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб. М.: ЗАО «Полимергаз», 2003.
4. СНиП 23–01–99 Строительная климатология.
5. Фалалеев Ю.П. Системы газоснабжения. Н. Новгород, 1993 – 99 с.
6. СП 42–102–96 Свод правил по применению стальных труб для строительства систем газоснабжения.