Газоснабжение промышленной площадки

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,

Н_Т – теплота сгорания, Дж/кг,

Р₀ – начальное давление в помещении, кПа, Р₀=101 кПа,

z-коэффициент участия горючего во взрыве, z=0,5,

V_св=35,88 – свободный объем помещения, м³,

Ρ_в – плотность воздуха до взрыва, кг/м³,

с_р – теплоемкость воздуха, с_р= 1,017кДж/(кг К),

Т₀ – начальная температура воздуха, К,

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, К_н =3,

m=(V_а+V_г)*ρ, кг

V_а – объем газа, вышедшего из аппарата, м³,

V_т – объем газа, вышедшего из трубопроводов, м³

Где V_т=V_1т+V_2т,

V_1т = q*τ – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³

V_2т =- 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

P_т – 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

V_1т = 120*0,0635=7,62 м³

V_2т=м³

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

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

Q – суммарный расход газа на пром. предприятие; Q = 6450 м³/ч;

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

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. Р_н= 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):

L_p=l_ф·1,1

Расчет газопроводов на участках выполняется по формуле:

,

Где Р_ни Р_к – начальное и конечное давление, кгс/см²;

Q_p- 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 α_ср:

,

Где Р_к1 – конечное давление у самого дальнего потребителя газа, кгс/см²;

Р_н1 – 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

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

Таблица 3. Необходимое давление газа в газопроводах у потребителей

Определим α_ср по начальному давлению газа у Г.Р.П. Р_н1=1 кгс/см² и конечному давлению газа в газопроводе у наиболее удаленного потребителя – цех №5 Р_к1=0,6 кгс/см^2.

Диаметры газопроводов можно определить по формуле:

, мм

Q – расход газа из табл. 1

t=20 ⁰С

Для участка от города до Г.Р.П. ρ_м=0,5 и W_г=25

Для остальных участков ρ_м=0,1 и W_г=15

Результаты расчета приведены в таблице 4.

Таблица 4. Диаметры газопроводов для участков сети

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.