1. Газопостачання району міста

1.1 Визначення кількості жителів району міста

1. Здійснюється нумерація кварталів на генплані.

2. За масштабом, приведеним на генплані, визначають площу забудови кожного кварталу.

3. Приймається щільність забудови в залежності від поверховості.

4. Визначається щільність населення

n = S/f, люд/га, (1.1)

де S – щільність житлового фонду в залежності від району будівництва і поверховості, м² /га;

f – норма загальної житлової площі на 1 людину, м² , у залежності від кліматичної зони.

5. Визначається кількість жителів у кожнім кварталі

N_кві = F_кві · n

6. Визначається кількість жителів по кожній поверховості забудови і району міста.

7. Результати розрахунків зводяться в таблицю 1.1.

Таблиця 1.1 – Визначення кількості жителів району міста

1.2 Визначення основних характеристик газоподібного палива

1.2.1 Визначення характеристик палива за складом

Для заданого родовища газу за [1] визначаємо склад природного газу у відсотках за обсягом.

Таблиця 1.2 – Об'ємні частки компонентів вхідних до складу газу Ванейвіского родовища і їхні фізико-хімічні характеристики при 0˚С, 101,3 кПа

За складом теплоту згорання (нижчу і вищу) суміші простих газів визначають за формулою

, кДж/ м³ , (1.2)

де r – об'ємні частки газів, %, заданого газового родовища, дані приведені в [1].

Q_iн(в) – теплота згорання (нижча або вища) окремої компоненти, кДж/м³ , приймається по [1].

Щільність природного газу визначається за формулою

ρ_г =0,01·, кг/м³ , (1.3)

де - густина простих газів, що входять до складу газоподібного палива, кг/м³ ;

Відносна щільність газу за повітрям визначається за формулою:

(1.4)

де ρ_в – щільність повітря, ρ_в =1,293 кг/м³

.

Визначаємо число Воббе.

Згідно з вимогами до природних газів для комунально-побутового призначення число Воббе повинно знаходитися в межах 39400 - 52000 кДж/м³ . Число Воббе визначається за формулою

, кДж/м³ ; (1.5)

кДж/м³ ;

кДж/м³ .

1.2.2 Визначення характеристик палива по вуглецевому числу

Вуглецеве число визначається за формулою

(1.6)

де r = 100 – Б, – пальна складова газу, %; Б – баласт, %.

Нижча теплота згорання природного газу визначається за формулою

,кДж/м³ , (1.7)

де r – процентний уміст пальних компонентів.

кДж/м³ .

Вища теплота згорання природного газу визначається за формулою

,кДж/м³ . (1.8)

(295,4·1,1+102,6) ·94,39=40355 кДж/м³ .

Щільність газоподібного палива визначається за формулою

, кг/м³ . (1.9)

кг/м³ .

Відносна щільність газу по повітрю визначається за формулою

. (1.10)

.

Число Воббе визначається за формулою

, кДж/м³ . (1.11)

кДж/м³ ;

кДж/м³ .

Визначається погрішність обчислень за формулою

, % . (1.12)

%;

%.

, % . (1.13)

%;

%.

, % . (1.14)

%.

1.3 Річні витрати газу

1.3.1 Річні витрати газу на побутове споживання

Річні витрати газу на готування їжі і нагрівання води в житлових квартирах (побутове споживання) по поверхам забудови визначається за формулою

, (1.15)

де - нижча теплота згорання газоподібного палива, МДж/м³ ;

N_i - кількість мешканців в i-тій поверховості забудови, люд;

m - коефіцієнт охоплення газопостачанням даної поверховості забудови;

x_i - частка квартир з певним типом газових приладів;

q_i - річна норма витрати газоподібного палива, МДж/люд.,[2].

Графа 2 заповнюється за даними таблиці 1.1. У графі 3 приводиться частка квартир з даними споживачами газу. Кількість жителів по видах газових приладів (графа 4) визначається як добуток усієї кількості жителів по даній поверховості (графа 2) на частку квартир з даними споживачами газу.

Норма витрати газу (графа 5) вибирається по [2] для природного газу і відповідного виду устаткування. Норма витрати газу, м³ /рік (графа 6), визначається розподілом норми витрати в теплових одиницях на нижчу теплоту згорання. Річна витрата газу - добуток чисельності жителів (графа 4) на норму витрати газу (графа 6).

Таблиця 1.3 - Річні витрати газу на побутове споживання

1.3.2 Річні витрати газу на комунально-побутове споживання

Лікарні - розрахункова одиниця 1 ліжко.

Кількість ліжок визначається за формулою n = 0,012·N, (1.16)

де N – загальне число жителів району. n = 0,012·35817 = 429.

Кількість лікарень визначається за формулою

n _лік = n/(350÷400). (1.17)

n_лік = 429/400 = 1,0725 = 1 лікарня.

- Їдальні.

Їдальні - розрахункова одиниця 1 приведений обід.

Кількість приведених обідів визначається за формулою

n = 1,5·N·90. (1.18)

n = 1,5·35817·90 = 4835295.

Кількість їдалень визначається за формулою

n _їд = 0,3·N/(4000÷4500). (1.19)

n _їд = 0,3·35817/4000 = 2,686 = 3 їдальні.

Лазні - розрахункова одиниця 1 помивка.

Кількість помивок визначається за формулою

n = 23·N. (1.20)

n =23·35817 = 823791.

Кількість лазень визначається за формулою

n _л = 5·N/200000. (1.21)

n _л = 5·35817/200000 = 0,895 = 1 лазня.

Пральні - розрахункова одиниця 1т сухої білизни.

Кількість тонн сухої білизни визначається за формулою

n = 0,54·0,1·N. (1.22)

n = 0,54·0,1·35817=1934.

Кількість пралень визначається за формулою

n _прал = n/(3000÷3500). (1.23)

n _прал = 1934/3000 = 0,645 = 1 пральня.

Хлібозаводи - розрахункова одиниця 1т хлібобулочних виробів.

Кількість тонн хлібобулочних виробів визначається за формулою

n = 0,29·N. (1.24)

n = 0,29·35817=10386.

Кількість хлібозаводів n_хз = 1.

Для хлібозаводу визначається середня норма витрати газу в теплових одиницях за формулою:

, МДж, (1.25)

де q_ф , q_ч , q_кв - норми витрат теплоти на випічку відповідно формового, череневого хлібу і кондитерських виробів, МДж.

МДж.

Річна витрата газу на потреби сфери обслуговування (дрібних комунально-побутових споживачів) слід приймати в розмірі до 5% від сумарної річної витрати газу на житлові будинки (на побутове споживання).

Розрахунок річного споживання газу комунально-побутовими підприємствами зводиться в таблицю 1.4.

Таблиця 1.4 - Річна витрата газу на комунально-побутове споживання

1.3.3 Річна витрата газу на опалення і вентиляцію

1.3.3.1 Річна витрата газу на опалення і вентиляцію житлових і громадських будинків

На опалення і вентиляцію житлових і громадських будівель, які збудовані після 1994 року, річна витрата газу, що використовується на опалювальних котельних або в опалювальних агрегатах, визначається за формулою

, м³ /рік, (1.26)

де А - загальна площа житлових будинків, м² : A_i = N_i ∙f,

де N_і - кількість жителів, що проживають в і-ої поверховості, люд;

f - норма житлової площі на одну людину, м² , f = 18 м² ;

Q_о - укрупнений показник максимального теплового потоку на опалення житлових будинків, ГДж/(м² рік); приймається за додатком Г [2] залежно від градусо-діб опалювального періоду (ГДОП). Для м. Омськ ГДОП=6490 гр/діб;

Q_н - нижча теплота згорання газоподібного палива, кДж/м³ ;

h - коефіцієнт корисної дії опалювальних установок;

k₁ - коефіцієнт, що враховує витрату тепла на опалення громадських будівель, приймається рівним 0,25;

k₂ - коефіцієнт, що враховує витрату теплоти на вентиляцію громадських будівель, приймається рівним 0,6.

Річна витрата газу на опалення і вентиляцію житлових і громадських будинків, побудованих|спорудити| після|потім| 1994 р|. визначається за формулою

, м³ /рік. (1.27)

1 поверхові: A = 3403∙18=61254 м² ;

2 поверхові: A = 6421∙18=115578 м² ;

3 поверхові: A = 7708∙18=138744 м² ;

4 поверхові: A = 5658∙18=101844 м² ;

7 поверхові: A = 12627∙18=227286 м² ;

Для громадськихих будинків:

, м³ /рік. (1.28)

1.3.3.2 Річна витрата газу на опалення і вентиляцію зосереджених споживачів

Річна витрата газу на опалення і вентиляцію зосереджених споживачів (лікарень, пральних, лазень і хлібозаводів) визначається за формулою

, м³ /рік, (1.29)

де a - поправочний коефіцієнт, що залежить від розрахункової температури зовнішнього повітря для системи опалення (при t_ро =-37 ⁰ С a =0,93). Проміжні значення a визначаються інтерполюванням);

V_з - будівельний об’єм будівель по зовнішньому обміру, м³ ;

q_о(в) - питома опалювальна (вентиляційна) характеристика будинку, Вт/(м³ К), приймається за додатком Д [2];

t_вн - розрахункова температура внутрішнього повітря в приміщенні, ⁰ С, приймається за додатком Д [2];

z_р - число годин роботи системи в добу (для системи опалення приймається рівним 24 години, а системи вентиляції -16 годин).

Будівельні об’єми будинків для зосереджених комунально-побутових споживачів можуть бути визначені за наступними формулами:

- пральня:

, м³ , (1.30)

де n - кількість білизни в пральні, т/рік;

- лазня:

, м³ , (1.31)

де N - число мешканців в районі міста або в селищі, люд.

- лікарні: V_з = 225· n , м³ , (1.32) де n - число ліжок в лікарнях.

V_з = 225· 429=96525 м³ ;

- хлібозавод:

V_з =, м³ , (1.33)

де n - кількість хлібобулочних виробів ,що випікаються, т/рік.

V_з =;

1.3.3.3 Річна витрата газу на гаряче водопостачання

Річна витрата газу на централізоване гаряче водопостачання в житлових і громадських будинках визначається за формулою

, м³ /рік, (1.34)

де - середня за годину витрата газу на гаряче водопостачання в зимовий період, м³ /год, що визначається за формулою

=, (1.35)

де q₁ і q₂ - укрупнений тепловий потік на гаряче водопостачання (ГВП) на одну людину, Вт, відповідно: яка проживає в будинку з централізованим ГВП з урахуванням споживання в громадських будинках і в будинках без централізованого ГВП, але з урахуванням споживання в громадських будинках (якщо в квартирах встановлені ванни довжиною 1.5 м, то приймається q₁ =376 Вт і q₂ =73 Вт);

N₁ і N₂ - кількість мешканців, які проживають в квартирах відповідно: з централізованим ГВП і без централізованого ГВП, люд;

t_хз і t_хл - температури водопровідної води відповідно: в зимовий і літній періоди, ⁰ С (ці температури приймаються 5 і 15 ⁰ С);

b - коефіцієнт, що враховує зниження витрати гарячої води в річний період (для курортних міст і промислових підприємств b =1,5; для інших споживачів b =0,8).

=

1.3.4 Річні витрати газу на промислових підприємствах

Річні витрати газу на технологічні і опалювально-вентиляційні потреби промпідприємств залежать від обсягу продукції, що випускається, кліматичних умов, виду виробництва та ін.

Річна витрата газу на промпідприємстві складається з витрат газу на технологічні потреби і на потреби опалення і вентиляції.

Витрата газу по промислових підприємствах визначається по двох методиках:

а) на підставі теплотехнічних характеристик встановленого устаткування;

б) по заданих сумарних річних витратах газу на підприємствах.

За завданням річні витрати газу промпідприємств складає:

— Промислові будівельні матеріали 60 млн. м³ /рік

на технологію:

- у печах 60 %;

- у котлах 30 %.

Q=60·10⁶ ·(0,6+0,3)=54·10⁶ м³ /рік

на отопление 10 % :

Q=60·10⁶ ·0,1= 6·10⁶ м³ /рік

— Радіотехнічна 48 млн. м³ / рік

на технологію:

- у печах 15 %;

- у котлах 45 %.

Q=48·10⁶ ·(0,15+0,45)=28,8·10⁶ м³ /рік

на отопление 40 % :

Q=48·10⁶ ·0,4= 19,2·10⁶ м³ /рік

Річні витрати газу всіма категоріями споживачів зводяться в таблицю 1.5.

Таблиця 1.5 - Річна витрата газу районом міста або селищем

1.4 Визначення розрахункових витрат газу

1.4.1 Визначення розрахункових витрат газу на побутове споживання

Розрахункова витрата газу (максимальна годинна витрата) на господарсько-побутові потреби при 0 ⁰ С і тиску газу 0,1 МПа слід визначати за формулою

, м³ /год , (1.36)

де - річна витрата газу на побутове споживання, м³ /рік;

k_m - коефіцієнт годинного максимуму (коефіцієнт переходу від річної витрати до максимальної годинної витрати газу). k_m =1/2458 .

Коефіцієнт годинного максимуму витрати газу приймається по [2] диференційовано по кожному району газопостачання, мережі якого являють собою самостійну систему, гідравлічно не зв'язану з системами інших районів.

Розрахункова витрата газу для одноповерхової забудови:

Q¹ _р =586971/2458=238 м³ /год.

Розрахункова витрата газу для двоповерхової забудови:

Q² _р =1226988/2458=499 м³ /год.

Розрахункова витрата газу для триповерхової забудови:

Q³ _р =1472943/2458=599 м³ /год.

Розрахункова витрата газу для чотириповерхової забудови:

Q⁴ _р =1052888/2458=428 м³ /год.

Розрахункова витрата газу для сімиповерхової забудови:

Q⁷ _р =959652/2458=390 м³ /год.

1.4.2 Визначення розрахункових витрат газу на комунально-побутове споживання

Розрахункова витрата газу на комунально-побутове споживання визначається за формулою

, м³ /год, (1.37)

де - річна витрата газу, м³ /рік;

k_m - коефіцієнт годинного максимуму, приймається згідно з [2].

Розрахункова витрата газу на лазню:

,м³ /год. (1.38)

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на пральню:

,м³ /год. (1.39)

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на їдальні:

, м³ /год, (1.40)

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на хлібозавод:

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на лікарні:

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на сферу обслуговування (дрібні комунально-побутові споживачі):

м³ /год.

1.4.3 Визначення розрахункових витрат газу на опалення, вентиляцію і гаряче водопостачання

Розрахункова витрата на опалення, вентиляцію та гаряче водопостачання визначається за формулою

, м³ /год , (1.41)

де Q_рік - річна витрата газу на опалення, вентиляцію або гаряче водопостачання, м³ /рік;

m - число годин використання максимуму навантаження на протязі року, год.

Розрахункову витрату будівель на опалювання, вентиляцію і гаряче водопостачання, побудованих після 1994 р. визначають за формулою

м³ /год,(1.42)

де q_o – укрупнений показник максимального теплового потоку на опалювання житлових будівель, побудованих після 1994 р., Вт/м² . Приймається за додатком Г [2].

Для одноповерхової забудови:

=1063 м³ /год.

Для двоповерхової забудови:

=1619 м³ /год.

Для триповерхової забудови:

=1378 м³ /год.

Для чотириповерхової забудови:

=945 м³ /год.

Для сімиповерхової забудови:

=1962 м³ /год.

1.4.4 Розрахункові витрати газу на опалення і вентиляцію зосереджених споживачів

Для комунально-побутових споживачів число годин максимуму визначається за формулою

, год, (1.43)

де t_ро – розрахункова температура зовнішнього повітря для проектування системи опалення. t_ро = -37˚С.

Розрахункова витрата газу на лікарню:

год; м³ /год.

Розрахункова витрата газу на пральню:

год; м³ /год.

Розрахункова витрата газу на лазню:

год; м³ /год.

Розрахункова витрата газу на хлібозавод:

год; м³ /год.

Число годин максимуму для промислових підприємств m:

год.

Розрахункова витрата газу на промисловість будівельних матеріалів:

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на радіотехнічне підприємство:

м³ /год.

1.4.5 Визначення розрахункових витрат газу на гаряче водопостачання

Визначення розрахункових витрат газу на гаряче водопостачання розраховується за формулою

, м³ /год, (1.44)

де m – число годин максимуму.

Число годин використання максимуму навантаження на потреби гарячого водопостачання (за розрахункову витрату приймається середня витрата за опалювальний період) визначається за формулою

, год, (1.45)

де – температура водопровідної води в літній період. =15 ˚С;

– температура водопровідної води в зимовий період. =5 ˚С.

=7276 год;

=769 м³ /год.

1.4.6 Визначення розрахункових витрат газу на технологію промислових підприємств

Розрахункова витрата газу на технологічні потреби промпідприємств визначається за формулою

, м³ /год, (1.46)

де k_m - коефіцієнт годинного максимуму для технологічних потреб;

- річна витрата газу на технологічні потреби на промисловому підприємстві, м³ /рік.

Коефіцієнт годинного максимуму k_m приймається згідно [2] в залежності від галузі промисловості. Якщо не відомі річні витрати газу по печах і котлах, то він приймається в цілому по галузі.

За [2] для промисловісті будівельних матеріалів k_m дорівнює:

- по печах - k_m =1/6200;

- по котлах - k_m =1/5500.

для радіотехнічного підприємства k_m дорівнює:

- по печах - k_m =1/5500;

- по котлах - k_m =1/3300.

Розрахункова витрата газу на промисловість будівельних матеріалів:

м³ /год;

м³ /год;

, м³ /год. (1.47)

м³ /год.

Розрахункова витрата газу на радіотехнічнє підприємство:

м³ /год;

м³ /год.

,м³ /год. (1.48)

м³ /год.

1.4.7 Визначення кількості котелень і витрати газу на них

1. Визначається сумарна розрахункова витрата газу на котельнях:

, м³ /год, (1.49)

де - розрахункова витрата газу на централізоване гаряче водопостачання, м³ /год;

S- сумарна розрахункова витрата газу на опалення і вентиляцію житлових і громадських будинків з централізованою системою опалення, м³ /год.

м³ /год.

2. Необхідна теплопродуктивність котлоагрегатів всіх котельних визначається за формулою:

, МВт , (1.50)

де Q_н - нижча теплота згорання газового палива, кДж/м³ ;

h - ККД котлоагрегатів.

МВт.

3. Підбираємо тип котлоагрегатів: приймаємо 5 котлоагрегатів типа КВГМ-7,56 і 2 котлоагрегату типа КВГМ-11,63.

4. Визначається установну потужність котлоагрегатів:

МВт, (1.51)

де n_i – кількість котлів;

Q_i – теплопродуктивність, МВт.

5·7,56+2·11,63=61,06 МВт.

5. Визначаємо нев'язку:

Нев'язка=

6. Визначається витрата газу на вироблення 1 МВт тепла:

м³ /год·МВт. (1.52)

м³ /год·МВт.

7. Витрата газу по котельнях:

Q_к =n_i ·Q_i ·q, (1.53)

деn_i – кількість котлів у котельні;

Q_кi – потужність одного котла, МВт.

Витрата газу в першій котельні: Q_к1 =5·7,56·109=4120 м³ /год.

Витрата газу в другій котельні:Q_к2 =2·11,63·109=2535 м³ /год.

Розрахункові витрати газу зводяться в таблицю 1.6.

Таблиця 1.6 - Розрахункові витрати газу всіма групами споживачів

1.5 Визначення розрахункових витрат газу по кварталах району

Розрахункова витрата газу в кварталі визначається за формулою

, м³ /год, (1.54)

де q_i - питома витрата газу в i-ій поверховості, що визначається за формулою

, м³ /(год·люд),(1.55)

, м³ /(год·люд),(1.56)

де Q_рi - розрахункова витрата газу в i-ій поверховості, м³ /год;

N_i - кількість жителів в i-ій поверховості, люд;

- розрахункова витрата газу дрібними комунально-побутовими споживачами (сферою обслуговування), м³ /год;

N_заг - загальна кількість мешканців в населеному пункті, люд.

Для одноповерхових будинків:

м³ /(год·люд).

Для двоповерхових будинків:

м³ /(год·люд).

Для триповерхових будинків:

м³ /(год·люд).

Для чотириповерхових будинків:

м³ /(год·люд).

Для сімиповерхових будинків:

м³ /(год·люд).

Витрати газу по кварталах зводяться в таблицю 1.7.

Таблиця 1.7 - Розрахункові витрати газу по кварталах району міста

нев'язка=

1.6 Визначення кількості газорегуляторних пунктів

Кількість газорегуляторних пунктів (ГРП) визначається за формулою

, шт, (1.57)

де F - площа району міста або селища, що газифікується, м² ;

- оптимальний радіус дії ГРП, м, що визначається за формулою

, (1.58)

де P - вартість одного ГРП, грн;

b - коефіцієнт вартості, грн/(м·см);

D p - перепад тиску в мережі низького тиску, Па;

j ₁ - коефіцієнт щільності мережі низького тиску, 1/м, що визначається за формулою

, (1.59)

де l_нт - довжина мережі низького тиску, м;

q - питома шляхова витрата газу в мережі низького тиску, м³ /(год·м), що визначається за формулою

, (1.60)

де - сумарна розрахункова витрата газу на ГРП району міста, м³ /год, що визначається за формулою:

, (1.61)

де S - сумарна розрахункова витрата газу на побутове споживання, м³ /год;

- розрахункова витрата газу на опалення і вентиляцію забудови з місцевою системою опалення (одноповерховою), м³ /год;

- розрахункова витрата газу на дрібні комунально-побутові споживачі (сферу обслуговування), м³ /год;

- розрахункова витрата газу на комунально-побутове споживання в їдальнях, м³ /год.

1. Визначається загальна площа газифіцируємої території: F=2803000 м² .

2. Загальна довжина мережі низького тиску: ∑l_нд =26100 м.

3. Кількість ГРП:

м³ /год;

м³ /(год·м);

м^-1 .

Оптимальний радіус дії ГРП при b=4,5 и P=90000 грн.

м;

шт ≈ 2 ГРП.

У результаті розрахунку приймаємо 2 ГРП з оптимальним радіусом дії ГРП R_опт =929,4 м орієнтована вартість ГРП 90000 грн. Зона дії кожного ГРП повинна бути компактною. ГРП на плані району міста розміщаємо в центрі навантажень. Це забезпечує економію приведених витрат на розподільні мережі низького тиску.

Далі необхідно визначити зону дії кожного ГРП і обчислити витрату газу на них, набираючи його з витрат газу житлових кварталів і споживачів, що обслуговуються даним ГРП. Результати визначення об’ємів газу і розподіл кварталів по ГРП наводяться в таблиці 1.8.

Таблиця 1.8 - Витрати газу газорегуляторними пунктами

Нев'язка між сумарним навантаженням на ГРП і споживанням газу житловими будинками, їдальнями повинна бути не більш 10 %:

Нев’язка між сумарним навантаженням ГРП і споживанням газу споживачами низького тиску повинна бути не більш 0,5%:

1.7 Гідравлічний розрахунок мережі середнього тиску

Початковий тиск: Р_п = 400 кПа;

Кінцевий тиск: Р_к = 170 кПа.

На план міста наносяться споживачі (промпідприємства, хлібозавод, опалювальні котельні, ГРП, лазні і пральні, що можна об'єднувати в лазньо-пральний комбінат, лікарняні містечка), які приєднуються до мережі середнього або високого тиску. Здійснюється трасування мережі по вулицях і проїздах району міста.

Для гідравлічного розрахунку мереж середнього і високого тиску складається розрахункова схема газопроводів, на якій здійснюється нумерація ділянок, проставляється їхня довжина і розрахункові витрати газу споживачами.

Якщо передбачається резервування пропускної спроможності газопроводів, то гідравлічний розрахунок виконується для двох аварійних і для одного нормального режимів, на підставі якого визначаються діаметри газопроводів і тиск у споживачів.

Розрахунок першого аварійного режиму виконується в наступній послідовності:

1) Викреслюється схема газової мережі в першому аварійному режимі (відключена права ділянка від точки підключення ГРС. При цьому газ рухається від джерела до останнього споживача за годинниковою стрілкою).

2) Визначаються витрати газу по ділянках, починаючи з останнього по ходу руху газу споживача. При цьому враховують, що ділянка (яка називається перемичкою), котра лежить проти точки підключення ГРС, ділить газову мережу на половину кільця, що функціонує нормально, і аварійну половину. Подача газу споживачам аварійної половини кільця приймається у розмірі 50% від розрахункової витрати газу.

3) Визначаються розрахункові довжини ділянок за формулою

L_pi =1,1· L_дi , м, (1.62)

де L_pi - розрахункова довжина i-ої ділянки, м;

L_дi - дійсна довжина i-ої ділянки за планом, м.

4) Визначається середня комплексна величина А_ср за формулою

, кПа² /км, (1.63)

де P_п - абсолютний тиск газу на виході з джерела (ГРС), кПа;

P_к - те ж, в кінці напрямку (в точці зустрічі потоків), кПа;

L_pi - розрахункова довжина ділянки, м.

5) По номограмі, орієнтуючись на А_ср і витрату газу на ділянці, визначаються діаметри ділянок і дійсні комплексні величини А_д .

6) Визначають абсолютний тиск газу у вузлових точках за формулою

, кПа, (1.64)

В результаті підбору діаметрів тиск в останнього споживача повинен бути не менше заданого. Якщо дана умова не виконується (тиск у кінцевого споживача значно більше або менш заданого), зменшують (або збільшують) діаметр деяких ділянок з числа тих, що мають понижене (підвищене) значення комплексної величини. У відповідності до вимог [2] слід прагнути до максимального використання допустимої втрати тиску. Ця умова перевіряється дотриманням наступної нерівності:

(1.65)

Розрахунок другого аварійного режиму виконується в такій же послідовності, але відключається ділянка, яка прилягає до точки підключення ГРС ліворуч, і при цьому газ рухається проти годинникової стрілки.

При розрахунку нормального режиму приймаються діаметри газопроводів найбільші з двох аварійних. Розрахункові витрати газу по ділянках визначають при повному навантаженні (100 %) споживачів, відключаючи ділянку проти точки підключення ГРС. При розрахунку нормального режиму тиск у вузлах визначають за двома півкільцями (відключена ділянка проти точки підключення ГРС, тобто перемичка).

Нев’язка тиску в останніх вузлах півкілець не повинна перевищувати 10%. В противному випадку необхідно виконувати потокорозподіл в мережі таким чином, щоб виконувалась необхідна нев’язка. Приклад розрахунку потокорозподілу в мережі середнього тиску наведений в [1].

Після гідравлічного розрахунку газопроводів при нормальному режимі має місце великий запас тиску у вузлах у порівнянні з кінцевим тиском. Щоб "погасити" цей запас при підборі діаметрів відгалужень, приймають максимально можливу величину А_д (або мінімально можливий діаметр, але не менше 32 мм). Отриманий кінцевий тиск у споживача повинен бути не менше необхідного (або заданого).

Розрахунок ведеться у відповідності зі схемою руху газового палива, приведен-ной на рисунку 1.2.

Гідравлічний розрахунок мережі високого або середнього тиску зводиться в таблицю 1.9.

Таблиця 1.9 – Гідравлічний розрахунок мереж середнього тиску

1.8 Гідравлічний розрахунок мережі низького тиску

Для розрахунку викреслюється схема кільцевої мережі, на якій вказуються довжини ділянок і вибираються напрямки руху потоків газу по ділянках.

При виборі напряму руху потоків газу прагнуть, щоб газ рухався до споживача по найкоротшому шляху, а також до рівномірного розподілу транзитних потоків по мережі. На розрахунковій схемі показують "відсічки " - точки, через які транзитні витрати газу не проходять.

Далі визначаються шляхові і еквівалентні витрати газу за наступною методикою:

1) Визначається сумарна довжина газопроводів кожного замкнутого контуру - кільця за формулою

, м, (1.66)

де L_i - довжина окремої ділянки контуру, м.

2) Визначаються питомі витрати газу по окремих контурах (кільцях) за формулою:

, м³ /(год·м), (1.67)

де Q_i - розрахункова витрата газу рівномірно розподілених споживачів, що обслуговуються даним контуром (витрата газу на кварталах, що входять в даний контур), м³ /год.

Таблиця 1.10 - Питома витрата газу по окремих контурах

3) Визначаються питомі витрати газу на ділянках за формулою

, м³ /(год·м), (1.68)

де q_i - питомі витрати газу контурів (кілець), що обслуговуються даною ділянкою газопроводу, м³ /(год·м).

4) Визначаються шляхові і еквівалентні витрати газу на ділянках за формулами

, м³ /год, (1.69)

, м³ /год, (1.70)

де Q_шлях - шляхова витрата газу на ділянці, м³ /год;

Q_ек - еквівалентна витрата газу на ділянці, м³ /год;

L_i - довжина ділянці, м.

При цьому сума шляхових витрат газу повинна дорівнювати витраті газу на ГРП без врахування витрати газу зосереджених споживачів (відхилення допускається не більш 0,5 %).

Далі за розрахунковою схемою обчислюються транзитні витрати газу по ділянках, тобто кількість газу, що іде на живлення наступних ділянок. Транзитна витрата визначається як сума шляхових, зосереджених і транзитних витрат всіх ділянок, які приєднуються до кінця ділянки, що розраховується. Якщо на ділянці поставлена "відсічка ", то транзитна витрата на неї дорівнює нулю. Визначення транзитних витрат газу починають з найбільш віддалених ділянок, наближаючись поступово до ГРП.

Розрахункова витрата газу Q_p на ділянці визначається за формулою:

, м³ /год, (1.71)

де Q_тр - транзитна витрата газу на ділянці, м³ /год.

Розрахунок шляхових, еквівалентних, транзитних витрат газу зводиться в таблицю 1.11.

Таблиця 1.11 – Визначення розрахункових витрат газу по ділянках мережі

нев'язка;

нев'язка.

Порядок гідравлічного розрахунку мережі низького тиску:

1) Використовуючи складену схему мережі, визначають розрахункові витрати газу по ділянках;

2) Вибирається головний напрямок (найбільш довгий і навантажений напрямок від ГРП до нульової точки);

Для ділянок головного напрямку визначаються розрахункові довжини за формулою

, м, (1.72)

де L_i - довжина ділянки напрямку, м.

3) Визначається середня питома втрата тиску по напрямку, що розраховується за формулою

, Па/м, (1.73)

де D P - перепад тиску по напрямку, Па, що може бути визначений за формулою

, Па, (1.74)

де P_п - початковий тиск газу, Па;

P_к - кінцевий тиск газу, Па;

S L_р - сума розрахункових довжин ділянок по напрямку, м.

По номограмах або таблицях, орієнтуючись на витрату газу на ділянці і h_ср , вибирають діаметр газопроводу і визначають дійсну питому втрату тиску - h_д .

4) Обчислюють падіння тиску на ділянці за формулою

, Па. (1.75)

5) Визначається тиск газу у вузлах напрямку як різниця між тиском газу на початку ділянки і втратами тиску на ділянці. На першій ділянці за початковий тиск приймається тиск на виході з ГРП.

6) Сумарні втрати тиску по напрямку порівнюються з допустимими. Якщо отримані втрати тиску перевищують допустимі, то змінюють діаметри по ділянках і розрахунок повторюють.

DР_напр = ΣDР_діл , Па. (1.76)

Повинна виконуватися умова:

DР_напр ≤ DР_доп ; (1.77)

DР_доп = Р_н – Р_к . (1.78)

Гідравлічний розрахунок кільцевих мереж газопроводів слід виконувати з ув'язуванням тиску газу у вузлових точках розрахункових кілець при максимальному використанні допустимої втрати тиску газу. Нев’язка втрат тиску в кільці допускається до 10%. Якщо нев’язка перевищує 10%, необхідно змінити діаметри газопроводів таким чином, щоб означена умова виконувалася.

Після розрахунку напрямків розраховуються ділянки - перемички. Ув'язування перемичок виконується по тиску у вузлах. Допустима нев’язка - 10%.

Гідравлічний розрахунок мереж низького тиску зводиться в таблицю 1.12.

Таблиця 1.12 - Гідравлічний розрахунок мережі низького тиску

Гідравлічний розрахунок мережі низького тиску з визначенням розрахункових витрат газу визначається на ЕОМ.

Щоб зробити розрахунки на ЕОМ необхідні наступні вихідні дані:

Номер ГРП1

Початковий тиск газу на ГРП, Па3000

Кінцевий тиск газу, Па1800

Щільність газу, кг/м³ 0,82

Параметр обмеження діаметрів13 мм

Вид прокладкипідземна

Кількість ділянок 46

Для розрахунку складемо допоміжні таблиці.

Таблиця 1.13 – Характеристика ділянок у мережі

Таблиця 1.14 – Характеристика напрямків

Розрахунок на ЕОМ приведений у додатку А.

Таблиця 1.15 - Таблиця відповідності

Рисунок 1.1 – Схема розподілу потоку газу по мережі низького тиску

Рисунок 1.2 – Схема розподілу потоку газу по мережі середнього тиску

1.9 Підбір обладнання газорегуляторного пункту

1.9.1 Підбір газового фільтра

Фільтр служить для очищення газів від механічних домішок і установлюється на вхідному патрубку перед ЗЗК і регулятором тиску.

У ГРП установлюємо волосяний фільтр. Для забезпечення достатнього ступеня очищення обмежують швидкість газового потоку через фільтр, що ха-рактеризуется максимально припустимим перепадом тисків у касеті. Цей перепад не повинний перевищувати в процесі експлуатації 10 кПа, а після очищення чи промивання 4-5 кПа.

Для виміру перепаду тиску на працюючому фільтрі, застосовують дифманометри, що приєднуємо до штуцерів, що мається в корпусі фільтра.

Визначається пропускна здатність фільтра за формулою

, (1.78)

де Q_Т – таблична пропускна здатність фільтра, м³ /ч. Для фільтра ФГ – 100 Q_Т = 11000 м³ /год;

ΔP – перепад тиску у фільтрі, кПа, приймається ΔР = 2,5 кПа;

ΔР_т – табличний перепад у фільтрі, кПа, приймається ΔР_т = 5 кПа;

Р – абсолютний тиск газу перед фільтром, кПа, приймаємо з гідравлічного розрахунку Р=375,21 кПа;

Р_т – табличне значення абсолютного тиску у фільтрі, приймається

Р_т = 300+100 = 400 кПа;

ρ_г – щільність газу, кг/м³ , ρ_г =0,82 кг/м³ ;

Q_грп =1806,42 м³ /год.

.

Пропускна здатність фільтра повинна бути дорівнює чи більше витрати газу на ГРП.

Q_ф ≥ Q_грп , 7112,9 м³ /год > 1806,42 м³ /год

Умова виконана, приймається до установки фільтр ФГ-100.

1.9.2 Підбір регулятора тиску

Регулятор тиску автоматично знижує тиск газу, що протікає через нього, і підтримує його після себе постійним на заданому рівні не залежно від витрати чи коливань тиску на вході.

Здійснюється перевірка регулятора тиску РДУК2 – 100/70.

Пропускна здатність регулятора тиску визначається за формулою

м³ /год, (1.79)

де: Q_Т – таблична пропускна здатність регулятора тиску, м³ /год, Q_Т = 5650 м³ /год;

Р₁ – абсолютний тиск газу перед регулятором тиску, кПа, приймається з гідравлічного розрахунку газопроводу з урахуванням втрат у фільтрі.

Р₁ = Р – DР_ф = 375,21-10 = 365,21 кПа.

Р₂ – абсолютний тиск газу після регулятора тиску, кПа;

Р₂ = 100 + 3 = 103 кПа;

Р_1Т – табличний абсолютний тиск газу перед регулятором тиску, кПа.

Р_1Т = 300 + 100 = 400 кПа;

Р₂ /Р₁ = 103/365,21=0,28 < 0,5

― отже режим витікання є сверхкритичним.

м³ /год.

Для нормальної роботи регулятора тиску його максимальна пропускна здатність (навантаження) повинна бути не більш 80-85%, а мінімальна - не менш 10% від розрахункової пропускної здатності при заданому вхідному Р₁ і вихідному Р₂ тисках повинні виконуватися умови:

Q_min ≤ Q_ГРП ≤ Q_mах (1.80)

Q_mах =0,85·Q_рд =0,85·4870,6=4140,01 м³ /год; (1.81)

Q_min =0,1·Q_рд =0,1·4870,6=487,06 м³ /год; (1.82)

487,06 м³ /год < 1806,42 м³ /год < 4140,01 м³ /год.

Умова виконується, отже, регулятор тиску типу РДУК2 – 100/70 підходить для даного ГРП.

1.9.3 Підбір запобіжних клапанів

Відповідно до правил безпеки Госгортехнадзора в ГРП необхідно встановлювати 2 запобіжні клапани - один запірний, інший скидний.

1.9.3.1 Запобіжний запірний клапан (ЗЗК)

Запірний клапан установлюється до регулятора по ходу газу і настроюється на попередньо припустиме підвищення і припустиме зниження тиску газу за регулятором. Запірний клапан призначений для автоматичного відключення газу перед регулятором у випадку різкого підвищення чи зниження тиску газу за регулятором вище встановлених меж.

Відповідно до Правил безпеки при кільцевих мережах ЗЗК настроюється на спрацьовування при тиску перевищуючому на 15% максимально припустимий робочий тиск газу в газопроводі за регулятором.

Р_ззк ^мах =1,15· Р₂ , кПа, (1.83)

де Р₂ – надлишковий тиск газу після регулятора тиску, кПа.

Р_ззк ^мах =1,15· 3=3,45 кПа.

Р_ззк ^мin =0,7 кПа ― для низького тиску.

Для ПКН(В)-100 межі настроювання при зростанні тиску 2-60 кПа, а при зменшенні тиску 0,3-3 кПа.

Приймаємо ПКН(В)-100.

1.9.3.2 Запобіжний скидний клапан (ЗСК)

Скидний клапан призначений для запобігання спрацьовування запірного клапана при незначному підвищенні тиску газу за регулятором. Настроювання скидного клапана здійснюють таким чином, щоб він починав спрацьовувати, тобто скидати газ в атмосферу при тиску в газопроводі більше, ніж нормальне підтримуване регулятором і менше, ніж тиск, на який настроєний ЗЗК.

Відповідно до Правил безпеки при кільцевих мережах ЗСК повинне забезпечувати відкриття при перевищенні встановленого максимального робочого тиску не більше ніж на 25 %.

. (1.84)

кПа.

Кількість газу, яке треба скинути через ЗСК, визначається за формулою

м³ /год, (1.85)

де Q_РД – пропускна здатність регулятора при розрахункових вхідному і вихідному тиску газу, м³ /год.

м³ /год.

Фактична пропускна здатність пружинного клапана визначається за формулою

м³ /год, (1.86)

де α – коефіцієнт витрати. α = 0,6;

F – площа сідла рівна найменшої площі перетину в проточній частині, мм² . F=1960 мм² ; β – коефіцієнт, що залежить від відношення Р_вих /Р_вх . β=0,98;

P_вих – абсолютний тиск на виході з клапана, кПа;

Р_вх – абсолютний тиск на вході в клапан, кПа, приймається рівним тиску при максимальній межі Р_вх = 103,75 кПа;

ΔP – утрати тиску в клапані, кПа. DР = 0,01 кПа.

м³ /год.

При правильному підібраному скидному клапані повинна виконуватися умова:Q_ф ≥ Q_ЗСК , 20,22 м³ /год > 2,44 м³ /год, що задовольняє умові.

Приймається до установки ПСК-50Н.

1.9.4 Підбір обвідного трубопроводу

Обвідний трубопровід установлюється для постачання через нього газом споживачів на час ревізії і ремонту устаткування, змонтованого на основній (робочій) лінії. Діаметр байпаса приймається 76х3,0 мм. Щоб забезпечити регулювання тиску газу при роботі ГРП без регулятора на байпасі послідовно встановлюються дві засувки d_у =80 мм 30с41нж. Між пристроями, що відключають, розміщається продувна свіча 25х2,5 мм із краном, що відключає d_у =20 мм 11ч3бк. Також установлюється манометр.

1.9.5 Контрольно-вимірювальні прилади

Відповідно до [2] установлюються лічильники показуючий і реєструючий, манометри для виміру вхідного тиску, температури, витрати. Також установлюються манометри самопищущі і показуюючі (технічні) для реєстрації і контролю вихідного тиску природного газу.

1.10 Матеріали й обладнання

При будівництві газопроводів застосовують, як правило, сталеві труби. В останні роки для газопроводів підземних починають використовувати поліетиленові труби, особливо для транспортування газів зі змістом H₂ S більш 3%, а також при дуже високої корозійній активності ґрунтів і при наявності блукаючих струмів.

Відповідно до рекомендацій [2] для будівництва систем газопостачання варто застосовувати труби, виготовлені з вуглецевої сталі звичайної якості за ГОСТ 380 чи якісній сталі за ГОСТ 1050, що добре зварюється і містить не більш 0,25 % вуглецю.

Для газопостачання можуть бути використані беззастережно труби групи В, неприпустиме застосування труб групи Д.

По методу виготовлення труби бувають безшовні і шовні. Безшовні труби дорогі. Труби прямошовні, електрозварені (ГОСТ 10705 і 10706) застосовуються для підземних газопроводів з тиском до 1,2 МПа.

Труби водо- газопровідні по ГОСТ 3262 застосовуються для спорудження газопроводів низького тиску діаметром до 80 мм. Вибір сталевих труб для систем газопостачання здійснюється у відповідності до [2].

Засувки - запірний пристрій, у якому перекриття проходу здійснюється поступальним переміщенням затвора в напрямку, перпендикулярному до руху потоку середовища. Засувки бувають паралельні і клинові. Паралельні засувки простіше у виготовленні, але клинові надійніше в роботі. Клинові засувки застосовуються при будь-якому тиску, паралельні - при низькому і середньому. Діаметр засувок 50 мм і вище.

Крани - це запірні пристрої, у яких рухлива деталь затвора (пробка) має форму тіла обертання з отвором для пропуску потоку і при перекритті потоку обертається навколо своєї осі.

У залежності від форми затвора крани розділяються на конічні, циліндричні і кульові, чи зі сферичним затвором.

У залежності від способу приєднання розрізняють муфтові, фланцеві, цапкові.

У залежності від способу герметизації крани розділяються на натяжні і чепцеві.

Бронзові і латунні крани встановлюються в процесі експлуатації.

При виборі арматури необхідно враховувати наступні властивості матеріалів і сплавів:

- природний газ не впливає на чорні метали;

- чавунна арматура має більш низькі механічні характеристики;

- фланці чавунної арматури не можуть працювати на вигин;

- на мідні сплави сильно впливає вуглеводень.

При розташуванні колодязів у водонасичених ґрунтах застосовують гідроізоляцію: зовнішні стіни колодязя штукатурять водонепроникним цементом. При установці в колодязі сталевої засувки допускається влаштовувати косу фланцеву вставку в якості монтажного пристрою, що компенсує.

2. Розрахунок техніко-економічних показників

2.1 Капіталовкладення в мережі середнього тиску

Капіталовкладення в мережі середнього тиску визначаються за формулою

(2.1)

де К_і - вартість прокладки 1 м і-го діаметра з урахуванням вартості труб, грн; l_і - довжина і-го діаметра, м.

Розрахунок зводиться в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 – Капітальні вкладення в мережі середнього тиску

2.2 Капіталовкладення в мережі низького тиску

Капітальні вкладення в мережі низького тиску визначаються за формулою

(2.2)

де К₁ - вартість прокладки 1 погонного метра з урахуванням вартості труб, грн/м;

Приймається по середньозваженому діаметрі, що визначається за формулою

, (2.3)

де Σl_нд – загальна довжина мереж низького тиску, м.

Результати зводимо в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2 - Капітальні вкладення в мережі низького тиску

Середньозважений діаметр:

d_ср = 170721510/1191770=143 мм;

d_у = 159х4 мм, К₁ = 52,05 грн/м.

Капітальні вкладення: К_нд = 52,05·26100 = 1358505 грн.

2.3 Основні показники проекту

Таблиця 2.3 - Розрахунок техніко-економічних показників

3. Газопостачання житлового будинку

Розрахунок газопроводу здійснюємо для чотириповерхового житлового будинку, що постачається природним газом.

Об’єм кухонь 20,3 і 11,21, висота кухонь – 2,7 м. Отже, у кухнях можна встановлювати двох- і чотирьохпальникові газові плити і газові проточні водонагрівачі.

3.1 Визначення розрахункових витрат газу

Номінальну витрату газу газовими приладами , (м³ /год), визначаємо за формулою

(3.1)

де Q_тi – теплова потужність газового приладу, кВт; складається з потужностей складових частин газового приладу:

- водонагрівач типу ВПГ-18 (згідно з довідковими даними)

- 2 – пальникова газова плита (ГП2)

(3.2)

- 4 – пальникова газова плита (ГП2)

(3.3)

де Q_т ^гн – теплова потужність пальника нормальної потужності:

- знижена 0,7 кВт;

- нормальна 1,9 кВт;

- підвищена 2,8 кВт;

q_д.ш – теплова потужність духової шафи, кВт, обумовлена як добуток теплової потужності основного пальника духової шафи на його корисний обсяг V, (дм³ ), рівний 0,09 дм³ . Теплова потужність духової шафи:

- для ГП2 – 40 кВт/дм³ ;

- для ГП4 – 53,5 кВт/дм³ .

Водонагрівач газовий типу ВПГ-18:

м³ /год.

2 - пальникова газова плита (ГП2) (обидва пальники нормальної потужності):

4 - пальникова газова плита (ГП4) (2 пальника нормальної потужності, 1 – знижена, 1 – підвищена):

Розрахунок розрахункових витрат газу зводимо в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 – Розрахункові витрати газу

3.2 Гідравлічний розрахунок внутрішньобудинкових газопроводів

Розрахунок виконуємо в наступній послідовності:

1) Складаємо схему газопроводів і нумеруємо ділянки.

2) Визначаємо довжини ділянок l, (м).

3) Приймаємо процентні надбавки а, (%),по ділянках за [2].

4) Визначаємо розрахункові довжини l_р , (м), ділянок за формулою

(3.4)

5) Визначаємо сумарну розрахункову довжину ål_р , (м).

6) Визначаємо середню питому втрату тиску h_ср , (Па/м), за формулою

h_ср =(P_прип - D Р_прил - D Р_лічил )/ å l_р , (3.5)

де P_прип – припустимий перепад тиску в двірських і внутрішніх газопроводах [2], Па;

D Р_прил - утрати тиску в газовому приладі, Па;

D Р_лічил - утрати тиску в газовому лічильнику, Па.

7) По номограмі для розрахунку газопроводів низького тиску [1] підбираємо діаметр d, (мм), і визначаємо дійсні втрати тиску h_д , (Па/м).

8) Визначаємо опір ділянок (Па) за формулою

D Р=h_д ·l_р . (3.6)

9) Визначаємо гідростатичний тиск Н_д , (Па) за формулою

H_д = ± 9,81·Z·( r _п - r _г ), (3.7)

де Z – величина вертикальної ділянки, м;

r _п , r _г – густина повітря і газу, кг/м³ .

Розрахунок зводимо до таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Гідравлічний розрахунок внутрішньобудинкових газопроводів

Перевіряємо виконання умови: 297,53<; 297,53<300 – умова виконана.

3.3 Розрахунок відводу продуктів згоряння

Продукти згоряння від кожного газового приладу відводять по окремому димоході в атмосферу.

При розрахунку димоходу визначаємо розмір поперечних перерізів димоходів і приєднувальної труби, а також вибираємо матеріал і товщину стінок димоходів, при яких розрідження перед газовим приладом буде не менше припустимого, а температура газів, що ідуть, буде вище точки роси.

Розміри димоходів (площі перетину, висоти димарів ) приймаємо з урахуванням вимог, а діаметр приєднувальної труби приймаємо рівним діаметру димовідводячого патрубка приладу. Приєднувальна труба повинна мати довжину не більш 3 м, а кількість поворотів - не більш трьох.

Вихідні дані:

- спалюється природний газ, для якого Q_н =36395 кДж/м³ ;

- тип і потужність газового приладу - ВПГ-18, Q_т =18 кВт;

- коефіцієнт витрати повітря – α=2,5;

- температура газів, що ідуть, у газових приладах – 190 ⁰ С;

- необхідне розрідження перед тягоперервачем приладу – 3 Па;

- температура точки роси в продуктах згоряння – 46 ⁰ С;

- барометричний тиск – 101000 Па.

Розрахунок комунікацій по видаленню продуктів згоряння газоподібного палива проводимо в наступній послідовності:

1) Визначаємо обсяги продуктів згоряння природного газу, що утворяться при спалюванні 1м³ газу:

- теоретично необхідна кількість повітря V_о , (м³ /м³ ), розраховується за формулою

. (3.8)

- об’єм двоокисю вуглецю (вуглекислого газу) , (м³ /м³ ), розраховується за формулою

. (3.9)

- об’єм азоту , (м³ /м³ ), розраховується за формулою

(3.10)

- об’єм водяної пари , (м³ /м³ ), розраховується за формулою

(3.11)

де d - вологовміст природного газу, г/кг. Якщо він невідомий приймають

d =10,1 г/кг.

- об’єм надлишкового кисню , (м³ /м³ ), розраховується за формулою

(3.12)

- сумарний об’єм продуктів згорання , (м³ /м³ ), розраховується за формулою

(3.13)

2) Визначається густина продуктів згорання природного газу при температурі 0 ⁰ С і тиску 101325 Па, , (кг/м³ ) за формулою

(3.14)

3) Витрата продуктів згоряння природного газу через димохід , (м³ /год), визначається за формулою

(3.15)

4) Розраховуємо охолодження продуктів згоряння , (^о С), за формулою

(3.16)

де t_нi – температура газів, що ідуть, на початку ділянки, ºС;

t_ов – температура повітря, що оточує димохід, ºС;

Q_пс – витрата продуктів згоряння через димохід, м³ /год;

k – коефіцієнт теплопередачі стінок димоходу, Вт/(м² ∙К);

F – поверхня теплообміну, м²

F = p ·d·l . (3.17)

На першій ділянці температуру t_нi приймаємо рівній температурі газів, що ідуть. Значення k приймаємо за [1]. Температуру t_ов приймаємо рівній середній температурі приміщення, у якому встановлений газовий прилад (для кухні 20 ºС).

Розрахунок ведеться у відповідності зі схемою, приведеної на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема відводу продуктів згоряння

Температуру газів, що ідуть, наприкінці ділянки , (^o C), визначаємо за формулою

. (3.18)

Ділянка ВПГ-1

F= 3,14 · 0,14 · 0,5 = 0,22 м² ;

Ділянка 1-2

F = 3,14 · 0,14 0,45 = 0,198 м² ;

Ділянка 2-3

F = 0,14·0,14·0,61= 0,012 м² ;

Ділянка 3-4

F = 0,14·0,14·1,235 = 0,024 м² ;

Ділянка 4-5

F = 0,14·0,14·2= 0,039 м² ;

Температура газів, що ідуть, більше точкики роси (171,74 ºС > 46 ºС), значить випадання конденсату на поверхні каналу не буде.

5) Тяга, створювана вертикальними ділянками ВПГ-1 і 2-5, Рⁱ _т , (Па), визначається за формулою

(3.19)

де Н – висота вертикальної ділянки, м;

– температура навколишнього повітря, ºС;

– середня температура продуктів згоряння на ділянці, ºС, розраховується за формулою

(3.20)

де t_н і t_к – температури газів, що ідуть, на початку і наприкінці ділянки, ⁰ С.

– барометричний тиск, Па.

Сумарна тяга Р_т , (Па), дорівнює

(3.21)

6) Визначаємо втрати на тертя по довжині ΔΡ_тр , (Па), за формулою

(3.22)

де ΔΡ_i – утрати на тертя по довжині на і-той ділянці, Па, які визначаються за формулою

(3.23)

де λ – коефіцієнт тертя, прийнятий для цегельних каналів і металевих окислених труб – 0,04;

l – довжина ділянки, м;

d – діаметр ділянки, м. Якщо перетин прямокутний, то приймаємо еквівалентний діаметр d_екв .

- швидкість руху продуктів згоряння, м/с; визначаємо за формулою

(3.24)

де f – площа перетину труби, м² ;

– густина газів, що ідуть, кг/м³ .

а) у приєднувальній трубі

б) у димоході

7) Визначаємо втрати на місцеві опори ΔΡ_м.с , (Па), за формулою

(3.25)

де ΔΡ^і _м.с. – утрати на місцеві опори на і-той ділянці, Па, які визначаються за формулою

(3.26)

де Sz - сума коефіцієнтів місцевих опорів на ділянці.

а) у приєднувальній трубі:

Коефіцієнти місцевих опорів: при вході в тягопереривач x₁ = 0,5; 2 поворота x₂ = 0,9·2 = 1,8; на вході в цегельний димохід x₃ = 1,2, Sx = 3,5.

б) у димоході:

Коефіцієнт опору при виході x = 1,5.

8) Визначаємо розрідження перед газовим приладом D Р_роз , (Па)

D Р_раз = D Р_т - (D Р_тр + D Р_м.с. ). (3.27)

D Р_роз = 18,03– (0,66+3,22) = 14,15 Па.

Розрідження перевищує мінімально необхідне (2 Па), отже, димохід забезпечить нормальну роботу водонагрівача.

4. Розрахунок інжекційного пальника середнього тиску

Вихідні дані для розрахунку:

- продуктивність пальника V = 5,5-8 м³ /год;

- тиск перед пальником Р=25,7 кПа;

Розрахунок складається з визначення наступних конструктивних елементів пальника: сопла, горловини змішувача, конфузора і розмірів вогневих отворів.

Визначається теоретично необхідна кількість повітря для горіння газу V_т , м³ /м³ :

V_т = 0,0476· [0,5·Н₂ + 0,5·СО + Σ(m +n/4)·C_m H_n – О₂ ] . (4.1)

Дійсна кількість повітря при α=1,02, V_д , м³ /м³ , визначається за формулою

V_д = α·V_т . (4.2)

V_д = 1,02·9,624=9,82 м³ /м³ .

Задаємося швидкістю витікання газоповітряної суміші з пальника W_кр =10 м/с, температура суміші на виході з кратера t_кр = 130 ^º С (кратер охолоджується повітрям) і знаходимо площу кратера f_кр , м² і діаметр кратера d_кр , м, за формулами

(4.3)

(4.4)

Обчислюється перетин f_д , м² , і діаметр вихідного кінця диффузора d_д , м:

f_д = (1,5÷2)·f_кр ; (4.5)

(4.6)

f_д = 1,5·0,0024=0,0037 м² ;

Діаметр горловини d_г , м:

d_г = 0,55·d_д . (4.7)

d_г = 0,55·0,068=0,038 м.

Робиться перевірка балансу енергії, кДж/м³ , для того, щоб розташовувана енергія струменя газу, що випливає із сопла пальника, була більше усіх втрат енергії в пальнику і на виході з неї:

(4.8)

де Е – прихід енергії, кДж/м³ ;

Е_п – витрати енергії на створення швидкості інжекційного повітря, кДж/м³ ;

Е_г – витрати енергії на зміну швидкості струменя газу, кДж/м³ ;

Е_д – витрати енергії в дифузорі, кДж/м³ ;

Е_н – витрати енергії у насадці-кратері пальника, кДж/м³ ;

Е_кр – витрати енергії с вихідною швидкістю газоповітряної суміші з кратера пальника, кДж/м³ .

Визначається швидкість газоповітряної суміші в горловині , м/с за формулою

(4.9)

де t_сум – температура газоповітряної суміші на виході з отворів, приймається рівній температурі повітря в приміщенні 20 ºС;

Швидкість виходу газу із сопла , м/с визначається за формулою

(4.10)

Визначається енергія струменя газу, що випливає із сопла , м/с за формулою

(4.11)

Визначаються витрати енергії на створення інжекційного повітря, , кДж/м³ :

(4.12)

Визначаються витрати енергії на зміну швидкості струменя газу в горловині пальника , кДж/м³ :

(4.13)

Швидкість руху газоповітряної суміші на виході з диффузора , м/с, визначається за формулою

(4.14)

де t – температура газоповітряної суміші в горловині пальника приймається рівної 20 ⁰ С.

Витрати енергії в дифузорі , кДж/м³ визначаються за формулою

(4.15)

де - коефіцієнт корисної дії дифузора; При приймається 0,8.

Визначається щільність газоповітряної суміші у вихідному перетині диффузора , кг/м³ :

(4.16)

Визначаються витрати енергії в насадці , кДж/м³ :

(4.17)

Визначаються витрати енергії в кратері пальника , кДж/м³ , але для цього визначається густина газоповітряної суміші на виході з кратера , кг/м³ :

(4.18)

(4.19)

Перевірка балансу енергії в пальнику: