Подбор оборудования ГРП и расчет сети

Содержание
Введение (не более 1 стр.)
1 Литературный обзор (7-10 стр.)
2 Расчёт газовой сети (10-20 страниц)
3 Подбор оборудования ГРП (10-20 страниц)
Заключение (не более 1 стр.)
Список использованных источников (не менее 5 источников)
Приложения (в случае наличия)
Спецификации (в случае наличия)
5 Перечень графического материала (с указанием обязательных чертежей), (1 лист формата А4)
5.1 Схема ГРП с учётом подобранного оборудования (1 лист формата А2)
5.2 Общий вид подобранного регулятора давления (1 лист формата А3)
5.3 Общий вид подобранного фильтра (1 лист формата А3)
6 Руководитель доцент, к.т.н. Р.Р. ГазиевЗадание принял к исполнению (дата и подпись студента)
Реферат
Курсовая работа состоит из графической и расчетно-пояснительной части объемом 27 страниц, которые оформляются в соответствии с требованиями действующих норм по оформлению технической документации.
Цель курсовой работы – формирование системы знаний для проектирования и эксплуатации систем газоснабжения, необходимых промышленному предприятию.
Пояснительная записка должна содержит следующие разделы: введение, литературный обзор, расчёт газовой сети, подбор оборудования ГРП, заключение, список использованных источников.
Количество: рисунков – 8, таблиц – 3, использованных источников – 5, формул – 12.
Ключевые слова: газоснабжение, газопроводы, газовые сети, газораспределительные станции, газорегуляторные пункты, регулятор давления, предохранительный запорный клапан, предохранительный сбросный клапан, газовый фильтр.

СОДЕРЖАНИЕ
TOC \o "1-3" \h \z \u Введение PAGEREF _Toc82795687 \h 51. Литературный обзор PAGEREF _Toc82795688 \h 62. Расчет газовой сети PAGEREF _Toc82795689 \h 173. Подбор оборудования ГРП PAGEREF _Toc82795690 \h 24Заключение PAGEREF _Toc82795691 \h 32Список использованных источников PAGEREF _Toc82795692 \h 33Приложение PAGEREF _Toc82795693 \h 34

ВведениеРоссия является самой крупной газодобывающей и газопотребляющей страной мира. Разведка газовых месторождений и добыча природного газа в настоящее время в стране идут полным ходом, что ведет за собой наращивание темпов газификации коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных объектов.
Газоснабжение — организованная подача и распределение газового топлива для нужд народного хозяйства. Промышленная система газоснабжения — технический комплекс, состоящий из газовых сетей, газорегуляторных пунктов (ГРП) и газорегуляторных установок (ГРУ), газопроводов и агрегатов, включая контрольно-измерительные приборы и трубопроводы безопасности. Комплекс обеспечивает транспортирование газа по пром. предприятию и распределение его по газовым горелкам агрегатов. По трубопроводам газ поступает на территорию предприятия через ввод, на котором вне предприятия устанавливают главное отключающее устройство. Газ от ввода к цехам транспортируют по межцеховым газопроводам.

1. Литературный обзорОбщие сведения о системе газоснабжения. Газоснабжение - организованная подача и распределение газового топлива для нужд народного хозяйства. Природный газ является самым дешевым и одновременно самым удобным видом топлива, так как его доставка к месту сжигания не связана с трудовыми затратами [1].
К жилым домам его поставляют по магистральным сетям низкого давления с подземной и воздушной прокладками. В состав газовой смеси входят горючие и балластные компоненты в различном соотношении в зависимости от места добычи. В горючую смесь газообразного топлива входят: метан СН4, водород Н2, окись углерода СО и тяжелые углеводороды. В состав балласта газового топлива входят азот N2 и углекислота СО2, на долю которых приходится около 14% от общего объема. При смешивании с воздухом природный газ образует взрывоопасную смесь, поэтому подводку и эксплуатацию установок, работы выполняют в строгом соответствии с требованиями СНиП [2].
Современные системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс сооружений, состоящий из следующих основных элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давлений, газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов и установок.
Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную подачу газа потребителям, быть безопасной в эксплуатации, простой и удобной в обслуживании, должна предусматривать возможность отключения отдельных элементов или участков газопроводов для производства ремонтных и аварийных работ.
Приступая к изучению вопроса системы газоснабжения, прежде всего, необходимо ознакомиться с классификацией газопроводов по их назначению и давлению в них газа. Надо уяснить факторы, определяющие выбор той или иной системы, уделив особое внимание фактору надежности снабжения газом.
Газопроводы, прокладываемые в городах и населенных пунктах, классифицируются по следующим показателям:
– по виду транспортируемого газа: природный, попутный нефтяной, сжиженный углеводородный, искусственный, смешанный;
– по давлению газа: низкое, среднее, высокое;
– по местоположению относительно земли: подземные (подводные), надземные (надводные);
– по назначению в системе газоснабжения: городские магистральные, распределительные, вводы, вводные газопроводы (ввод в здание), импульсные, продувочные;
– по расположению в системе планировки городов и населенных пунктов: наружные, внутренние;
– по принципу построения (распределительные газопроводы): закольцованные, тупиковые, смешанные;
– по материалу труб: металлические, неметаллические [4].
Основными задачами в области развития систем газоснабжения являются:
применение для сетей и оборудования новых полимерных материалов, новых конструкций труб и соединительных элементов, а также новых технологий;
внедрение эффективного газоиспользующего оборудования;
расширение использования газа в качестве моторного топлива на транспорте;
внедрение энергосберегающих технологий;
обеспечение на основе природного газа производства тепла и электроэнергии для децентрализованного тепло- и энергосбережения небольших городов и сельских населённых пунктов.
Объекты систем газоснабжения. Системы газоснабжения состоит из следующих основных элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давлений, газораспределительных станций (ГРС), газорегуляторных пунктов (ГРП) и установок.
Основным элементом систем газоснабжения являются газопроводы, которые классифицируются по давлению газа и назначению. в зависимости от максимального давления транспортируемого газа газопроводы согласно СНиП 2.04.08–87 «газоснабжение» подразделяются на:
– газопроводы высокого давления I категории — при рабочем давлении газа свыше 0,6 МПа (6 кгс/см2) и газовоздушных смесей и до 1,6 МПа (16 кгс/см2) для сжиженных углеводородных газов (СУГ);
– газопроводы высокого давления II категории — при рабочем давлении газа свыше 0,3 МПа (3 кгс/см2) до 0,6 МПа (6 кгс/см2);
– газопроводы среднего давления — при рабочем давлении газа свыше 0,005 МПа (0,05 кгс/см2) до 0,3 МПа (3 кгс/см2);
– газопроводы низкого давления — при рабочем давлении газа до 0,005 МПа (0,05 кгс/см2) включительно [3].
Газопроводы низкого давления служат для транспортирования газа в жилые и общественные здания, предприятия общественного питания, а также во встроенные в жилые и общественные здания отопительные котельные и предприятия бытового обслуживания.
Газопроводы среднего и высокого давления служат для питания городских распределительных сетей низкого и среднего давления через ГРП. Они также подают газ через ГРП и местные газорегуляторные установки (ГРУ) в газопроводы промышленных и коммунальных предприятий [1].
Газораспределительные станции (ГРС) служат для понижения давления газа до уровня, необходимого по условиям его безопасного потребления и обеспечивает также подачу газа обусловленного количества с определённой степенью очистки и одоризации (см. рис. 1.1).
На ГРС осуществляются следующие основные технологические процессы:
очистка газа от твёрдых и жидких примесей;
снижение давления (редуцирование);
одоризация;
учёт количества (расхода) газа перед подачей его потребителю.

Рисунок 1.1 - Технологическая схема ГРС [1]
1 - узел переключения; 2 - узел очистки газа; 3 - узел предотвращения гидратообразования; 4 - узел редуцирования; 5 - узел учета газа; 6 - узел одоризации газа.
Основные узлы ГРС:
- узел переключения предназначен для переключения потока газа высокого давления с автоматического на ручное регулирование давления по обводной линии, а также для предотвращения повышения давления в линии подачи газа потребителю с помощью предохранительной арматуры;
- узел очистки газа предназначен для предотвращения попадания механических (твёрдых и жидких) примесей в технологическое и газорегуляторное оборудование и средства контроля и автоматики ГРС и потребителя;
- узел предотвращения гидратообразования предназначен для предотвращения обмерзания арматуры и образования кристаллогидратов в газопроводных коммуникациях и арматуре.
- узел редуцирования предназначен для снижения и автоматического поддержания заданного давления газа, подаваемого потребителю.
- узел учёта газа предназначен для учёта количества расхода газа с помощью различных расходомеров и счётчиков.
- узел одоризации газа предназначен для добавления в газ веществ с резким неприятным запахом (одорантов). Это позволяет своевременно обнаруживать утечки газа по запаху без специального оборудования.
Газорегуляторные пункты (ГРП) - комплекс технологического оборудования и устройств, предназначенный для понижения входного давления газа до заданного уровня и поддержания его на выходе постоянным (см. рис. 1.2). В зависимости от размещения оборудования газорегуляторные пункты подразделяются на несколько типов:
- газорегуляторный пункт шкафной (ГРПШ), в котором технологическое оборудование размещается в шкафу из несгораемых материалов;
- газорегуляторная установка (ГРУ), в которой технологическое оборудование не предусматривает наличие ограждающих конструкций, смонтировано на раме и размещается на открытых площадках под навесом, внутри помещения, в котором расположено газоиспользующее оборудование, или в помещении, соединенным с ним открытым проемом;
- пункт газорегуляторный блочный (ПГБ), в котором технологическое оборудование смонтировано в одном или нескольких транспортабельных зданиях контейнерного типа;
- стационарный газорегуляторный пункт (ГРП), где технологическое оборудование размещается в специально для этого предназначенных зданиях, помещениях или открытых площадках. Принципиальное отличие ГРП от ГРПШ, ГРУ и ПГБ состоит в том, что ГРП (в отличие от последних) не является типовым изделием полной заводской готовности.

Рисунок 1.2 - Газорегуляторный пункт(ГРП) с основной и резервной линиями редуцирования [5]:
1, 3 — сбросные и продувочные трубопроводы; 2 — настроечная свеча; 4, 5, 6, 7, 13, 17 — запорная арматура; 8, 9 — манометр; 10 — кран шаровой для манометра; 11 — импульсный трубопровод; 12 — предохранительный сбросной клапан; 14 — регулятор давления газа с предохранительным запорным клапаном; 15 — фильтр газовый; 16 — индикатор перепада давления
Основная линия редуцирования включает следующее последовательно соединенное трубопроводами оборудование: входное отключающее устройство 4, фильтр газовый 15, регулятор давления газа 14 с встроенным предохранительным запорным клапаном, выходное запорное устройство 17.
Фильтр газа осуществляет его очистку от механических примесей. Степень засоренности фильтра определяется с помощью индикатора перепада давления 16.
Регулятор давления газа осуществляет понижение давления до требуемого и сохраняет его неизменным вне зависимости от изменения входного давления и расхода газа.
Встроенный в регулятор предохранительный запорный клапан осуществляет перекрытие подачи газа в случае выхода давления (контролируемого через импульсный трубопровод 11) за верхний или нижний пределы его настройки.
Предварительная настройка параметров регулятора давления и предохранительного запорного клапана осуществляется через кран 7, для чего предварительно перекрываются краны 6 и 17. После настройки давление сбрасывается через трубопровод 2.
Резервная линия редуцирования идентична основной по составу технологического оборудования и служит для регулирования давления газа на период обслуживания или ремонта оборудования основной линии. Давление газа на входе обеих линий редуцирования контролируется через краны 10 с помощью манометров 8 на входе и 9 на выходе ГРП. Для продувки газопровода основной и резервной линии служат трубопроводы 3.
Помимо запорного клапана, для защиты потребителя от повышения выходного давления сверх установленных значений в составе ГРП предусмотрена сбросная линия, предназначенная для сброса газа в атмосферу. Она состоит из трубопровода забора контролируемого давления с запорным устройством 13, предохранительного сбросного клапана 12, сбросного трубопровода 1.
Классификация систем газоснабжения. В зависимости от числа ступеней перепада давления газа в газопроводах системы газоснабжения городов и населенных пунктов делятся на одно-, двух- и многоступенчатые:
1) одноступенчатая — система газоснабжения, при которой распределение и подача газа потребителям осуществляются по газопроводам только одного давления, как правило низкого (см. рис. 1.3). Она рекомендована для населенных пунктов и небольших городов, присоединяемых к магистральным газопроводам, а также для поселков при автономном газоснабжении, когда в качестве источников газа выступают станции смешения паров сжиженных углеводородных газов (СУГ) с воздухом, биогазовые или газогенераторные установки;
2) двухступенчатая система обеспечивает распределение и подачу газа потребителям по газопроводам двух категорий: среднего и низкого или высокого и низкого давления. Эта система рекомендуется для городов с большим числом потребителей, размещенных на значительной территории и получающих газ от магистральных газопроводов (см. рис. 1.4);
3) трехступенчатая — система газоснабжения, где распределение и подача газа потребителям осуществляются по газопроводам трех категорий давления: низкого, среднего и высокого (см. рис. 1.5). Эта система может быть рекомендована для больших городов;
4) многоступенчатая система обеспечивает распределение газа по газопроводам четырех давлений:
по газопроводам низкого давления — до 5 кПа (500 мм вод. ст. избыточных);
газопроводам среднего давления — от 5 кПа до 0,3 МПа;
газопроводам высокого давления II категории — от 0,3 до 0,6 МПа;
газопроводы высокого давления I категории для природного газа и газовоздушных смесей — от 0,6 до 1,2 МПа; для сжиженных углеводородных газов — до 1,6 МПа [2].
Схемы систем газоснабжения представлены на рисунках 1.3-1.5.

Рисунок 1.3 - Схема одноступенчатой системы распределения газа [1]
1 — магистральный газопровод; 2 — ГРС; 3 — кольцевые газопроводы; 4 — ответвления к потребителям; 5 — тупиковые газопроводы.

Рисунок 1.4 - Схема двухступенчатой системы распределения газа [1]
1 — магистральный газопровод высокого давления; 2 — ГРС; 3 — крупные потребители газа; 4 — городские ГРП, питающие газопроводы низкого давления; 5 — газопроводы высокого и среднего давления; 6 — кольцевые газопроводы низкого давления; 7 — ответвления к потребителям; 8-9 — тупиковые газопроводы (8 — низкого давления, 9 — среднего давления)

Рисунок 1.5 - Схема трехступенчатой системы распределения газа [1]
1 — магистральный газопровод; 2 — ГРС; 3 — газопровод высокого давления (до 1,2 МПа); 4 — промышленные предприятия, которым по технологии требуется газ высокого давления; 5 — ГРП, ограничивающий давление газа в газопроводах среднего давления; 6 — газопроводы среднего давления; 7 — ответвления к потребителям на газопроводах низкого давления; 8 — газопроводы низкого давления; 9 — крупные потребители газа, присоединяемые к газопроводам среднего давления; 10 — городские ГРП, питающие газопроводы низкого давления.

По принципу построения системы газоснабжения делятся на кольцевые, тупиковые и комбинированные (см. рис. 1.6).

Рисунок 1.6 - Схемы тупиковых, кольцевых и комбинированных систем газоснабжения [4]
В тупиковых газовых сетях газ поступает потребителю в одном направлении, т.е. потребители имеют одностороннее питание, и могут возникнуть затруднения при ремонтных работах. Недостаток этой схемы- различная величина давлений газа у потребителей. Причем по мере удаления от источника газоснабжения или ГРП давление газа падает. Эти схемы применяют для внутриквартальных и внутридворовых газопроводов.
Надежность кольцевых сетей выше, чем тупиковых. Кольцевые сети представляют систему замкнутых газопроводов, благодаря чему достигается более равномерный режим давления газа у потребителей и облегчается проведение ремонтных и эксплуатационных работ. Положительным свойством кольцевых сетей является также то, что при выходе из строя какого-либо газорегуляторного пункта нагрузку по снабжению потребителей газом принимают на себя другие ГРП.
Комбинированная система состоит из кольцевых газопроводов и присоединяемых к ним тупиковых газопроводов. При изучении вопросов трассировки сетей низкого и высокого (среднего) давлений нужно обратить внимание на характер промышленного объекта или застройки города. 

2. Расчет газовой сетиПромышленные предприятия получают газ от городских газораспределительных сетей среднего и высокого давления. Основная масса промышленных предприятий работает на максимальном давлении газа до 0,6 МПа. Крупные промышленные предприятия могут быть подключены к магистральным газопроводам первой ступени с давлением до 1,2 МПа, если такое давление обусловлено технологическими процессами. Предприятия с малыми расходами газа (50–150 м3/ч) можно присоединять также к сетям низкого давления [5].
Как правило, при гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давления расчетные расходы газа потребителями принимаются в качестве сосредоточенных нагрузок, для сетей низкого давления учитывается также и равномерно распределенная нагрузка. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с установкой газорегуляторных пунктов у каждого потребителя или небольшой группы потребителей населенного пункта является применимость к ним принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками. Основная задача гидравлических расчетов заключается в том, чтобы определить диаметры газопроводов.
Необходимо выполнить гидравлический расчет тупиковой разветвленной сети среднего давления для газоснабжения потребителей (см. рис. 2.1). Избыточное давление в начале сети РН = 0,3 МПа, а перед ГРП потребителей не менее РК = 0,05 МПа (исходя из требований устойчивой работы ГРП).
Исходные данные: Расходы газа потребителей:
Q1 = 900 м3/ч, Q2 = 1700 м3/ч, Q3 = 5900 м3/ч, Q4 = 700 м3/ч, Q5 = 500 м3/ч
длины участков:
l0-1 = 820 м, l1-2 = 220 м, l2-3 = 280 м, l2-4 = 220 м, l1-5 = 500 м, l5-6 = 200 м,
l5-7 = 600 м, l7-8 = 200 м, l7-9 = 270 м

Рис. 2.1 - Расчетная схема развлетвленной тупиковой сети
1) Определяются расчетные расходы газа по участкам сети. Значение расчетного расхода
на участке 7–9 равно:
Q5=500 м3/чна участке 5–7 равно:
Q4+Q5=700+500=1200 м3/чна участке 1–5 равно:
Q3+Q4+Q5=5900+700+500=7100 м3/чна участке 0–1 равно:
Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=900+1700+5900+700+500=9700 м3/чРасчетные расходы газа записываются в таблицу 2.1.
Геометрические размеры (длины) участков сети по плану и с учетом 10% надбавки на местные сопротивления рассчитывается по формуле
Lp=1,1Lг 2.1Находим
Lp(0-1)=1,1∙l0-1=1,1∙820=902 мLp(1-5)=1,1∙l1-5=1,1∙500=550 мLp(5-7)=1,1∙l5-7=1,1∙600=660 мLp(7-9)=1,1∙l7-9=1,1∙270=297 мДиаметры участков определяются по номограмме для расчета газопроводов высокого и среднего давления. Номограмма (Приложение А) дает зависимость между тремя величинами: расходом газа Q, диаметром газопровода D и параметром А, из которых нам известен только расход газа. Таким образом, имеем уравнение с двумя неизвестными. Предполагая, что располагаемый перепад давления используется равномерно и пропорционально длинам участков, вычисляется среднее значение величины Аср:
Aср=PН2-PК2Lp 2.2где ΣLp – расчетная длина главного направления 0–9.
Aср=3002-502902+550+660+297=36,32 кПа2/мДиаметры участков по главному направлению подбираем таким образом, чтобы полученное по номограмме значение А для каждого участка было по возможности ближе к Аср = 36,32 кПа2/м.
Давление газа в конце каждого участка находится по формуле
Pк=Pн2-AутLp 2.3На участке 0–1 равно (диаметр 219 мм):
Pк1=Pн12-Aут1Lp(0-1)=3002-33∙902=245 кПаНа участке 1–5 равно (диаметр 219 мм):
Pк2=Pн22-Aут2Lp(1-5)=2452-18∙550=224 кПаНа участке 5–7 равно (диаметр 108 мм):
Pк3=Pн32-Aут3Lp(5-7)=2242-27∙660=180 кПаНа участке 7–9 равно (диаметр 75 мм):
Pк4=Pн42-Aут4Lp(7-9)=1802-35∙297=148 кПаВсе найденные значения Аут, диаметров, Рн, Рк вносятся в расчетную таблицу 2.1.
После расчета главного направления производятся расчеты простых ответвлений от главного направления. Затем производятся расчеты сложных ответвлений.
Расчет отводов: Расчетные расходы газа
на участке 5–6 равно:
Q3=5900 м3/чна участке 7–8 равно:
Q4=700 м3/чРасчетные расходы газа записываются в таблицу 2.1.
Длины участков сети (отводов) по плану и с учетом 10% надбавки на местные сопротивления:
Lp(5-6)=1,1∙l5-6=1,1∙200=220 мLp(7-8)=1,1∙l7-8=1,1∙200=220 мВычисляем среднее значение величин Аср:
Aср(5-6)=2242-502220=216,7 кПа2/мAср(7-8)=1802-502220=135,9 кПа2/мДиаметры участков по отводам подбираем таким образом, чтобы полученные по номограмме значения А для каждого участка были по возможности ближе к АсрНаходим давление газа в конце каждого участка
На участке 5–6 равно (диаметр 133 мм):
Pк=Pн2-AутLp(5-6)=2242-150∙220=131 кПаНа участке 7–8 равно (диаметр 75 мм):
Pк=Pн2-AутLp(7-8)=1802-70∙220=130 кПаРасчет направления 1–3 в ответвлении:
на участке 2–3 равно:
Q1=900 м3/чна участке 1–2 равно:
Q2+Q1=1700+900=2600 м3/чРасчетные расходы газа записываются в таблицу 2.1.
Длины участков сети (сложного ответвления) по плану и с учетом 10% надбавки на местные сопротивления:
Lp(1-2)=1,1∙l1-2=1,1∙220=242 мLp(2-3)=1,1∙l2-3=1,1∙280=308 мВычисляем среднее значение величин Аср:
Aср=2452-502550=104,6 кПа2/мДиаметры участков по отвлетвлению подбираем таким образом, чтобы полученные по номограмме значения А для каждого участка были по возможности ближе к АсрНаходим давление газа в конце каждого участка
На участке 1–2 равно (диаметр 108 мм):
Pк=Pн2-AутLp(1-2)=2452-110∙242=183 кПаНа участке 2–3 равно (диаметр 89 мм):
Pк=Pн2-AутLp(2-3)=1832-45∙308=140 кПаРассчитываем отвод от сложного ответвления на участке 2–4.
Расчетный расход газа на этом участке:
Q2=1700 м3/чДлины участка сети (отвода сложного ответвления) по плану и с учетом 10% надбавки на местные сопротивления:
Lp(2-4)=1,1∙l2-4=1,1∙220=242 мВычисляем среднее значение величин Аср:
Aср=1832-502242=128,0 кПа2/мДиаметр участка 2–4 подбираем таким образом, чтобы полученное по номограмме значения А для участка были по возможности ближе к Аср. Находим давление газа в конце участка:
На участке 2–4 равно (диаметр 89 мм):
Pк=Pн2-AутLp(2-4)=1832-105∙242=90 кПаТаблица 2.1 - Расчет сети среднего давления
Участок Длина участка, м Qp,
м3/ч D,
мм Аут,
кПа2/м Давление, кПа
Lг Lp=1,1Lг РнPк=Pн2-AутLpРасчет главного направления ГРС-Q5
Аср = 36,32 кПа2/м
0–1 820 902 9700 219 33 300 245
1–5 500 550 7100 219 18 245 224
5–7 600 660 1200 108 27 224 180
7–9 270 297 500 75 35 180 148
Расчет отводов
а) 5–6 Аср = 216,7 кПа2/м
5–6 200 220 5900 133 150 224 131
б) 7–8 Аср = 135,9 кПа2/м
7–8 200 220 700 75 70 180 130
Расчет направления 1–3 в ответвлении
Аср = 104,6 кПа2/м
1–2 220 242 2600 108 110 245 183
2–3 280 302 900 89 45 183 140
Расчет отвода 2–4
Аср = 128,0 кПа2/м
2–4 220 242 1700 89 105 183 90
3. Подбор оборудования ГРП Газоснабжение потребителя (промышленного предприятия, группы жилых домов, котельной и т. д.) осуществляется через газорегуляторный пункт (ГРП), который направляет потребителю газ от распределительного газопровода. Основное назначение ГРП – это снижение давления газа и поддержание его на необходимом для эксплуатации уровне независимо от изменения расхода газа. Одновременно производится очистка газа от механических примесей и осуществляется учет расхода газа [4].
Исходные данные:
1. Расход газа V=215 м3/ч.
2. Избыточное давление газа до регулятора, р1=0,46 кгс/см2
3. Избыточное давление газа после регулятора, р2=0,03 кгс/см2
4. Плотность газа при нормальных условиях, ρ0=0,75 кг/м3
ПРГ - технологическое устройство прежде всего предназначенное для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне, не зависимо от изменений расхода газа у потребителей.
Выбор оборудования ПРГ. При выборе оборудования ПРГ необходимо учитывать рабочее давление газа в газопроводе, к которому подключается объект, состав газа и его плотность, потери давления в газопроводе, температурные условия эксплуатации оборудования.
Выбор оборудования ПРГ начинается с определения типа регулятора давления газа. После выбора регулятора давления определяются типы предохранительных запорных и предохранительных сбросных клапанов. Далее подбирается фильтр для очистки газа, затем запорная арматура и контрольно-измерительные приборы.
Выбор регулятора давления. Регулятор давления предназначен для автоматического снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне независимо от расхода газа. Регуляторы давления выбираются по расчетному расходу газа при требуемом перепаде давления. При подборе регулятора следует руководствоваться номенклатурой ряда регуляторов, выпускаемых промышленностью.
Выбор регулятора производится исходя из того, что режим его работы зависит от перепада давления в дроссельном органе. При малых перепадах имеет место докритическое истечение газа, а при определенном перепаде наступает критическое истечение, когда скорость газа равна скорости звука в газовой среде. Алгоритм выбора регулятора давления следующий.
1. Определяется режим истечения газа через седло регулятора исходя из отношения Р2/Р1, где Р1 - абсолютное входное давление газа, МПа; Р2 - абсолютное выходное давление газа, МПа.
Если Р2/Р1>0,5, то истечение газа через седло регулятора докритическое, если Р2/Р1 = 0,5 — истечение критическое, а если Р2/Р1<0,5 — сверхкритическое.
В нашем случае:
P2P1=0,030,46=0,065>0,5Получаем, что истечение через седло регулятора докритическое.
2. В зависимости от режима истечения выбирается расчетная формула пропускной способности регулятора.
Для докритического и критического течения (Р2/Р1≥0,5) пропускная способность регулятора находится по формуле
Vp=5260Kvε∆P∙P1ρ0T1z1 3.1 где ρ0 — плотность газа при нормальных условиях (t = 0°С, Ратм = 0,1033 МПа), ρ0 = 0,73 кг/м3: Т1 — абсолютная температура газа; z1 — коэффициент, учитывающий отклонение свойств реального гааа от свойств идеального (при Р1 ≤ 1,2 МПа, z1 = 1); Kv коэффициент пропускной способности регулятора давления.
Под коэффициентом пропускной способности понимается количество воды в м3/с при ρ = 1000 кг/ м3, проходящее через клапан при перепаде давления в нем 0,0981 MПа. Коэффициент Kv учитывает коэффициент местного сопротивления и проходное сечение регулирующего дроссельного органа и определяется по формуле:
Kv=5,04Fyε 3.2Зная величину местных сопротивлений ξ, можно рассчитать коэффициент пропускной способности регулятора давления, и наоборот, зная коэффициент Kv, можно определить ξ.
Коэффициент ε, учитывающий изменение плотности газа при движении через регулирующий орган, находится по формуле
ε=1-0,46∆PP1 3.3Перепад давления на линии регулирования ΔР, МПа:
∆P=P1-P2-Pрег 3.4где ΔРрег - потери давления в линии регулирования (принимаются равными 0,007 МПа).
∆P=0,045-0,003-0,007=0,035 МПаПолучаем, что
ε=1-0,460,0350,045=0,642Расчетную пропускную способность регулятора Vр м3/ч, рекомендуется принимать на 15..20% больше оптимального расхода газа, т. е.
Vp=(1,15... 1,2)Vопт 3.5Получаем, что
Vp=1,2∙215=258 м3/ч3. По расчетному расходу и перепаду давления, используя либо формулу (3.1), определяется коэффициент пропускной способности Kv.
Kv=Vp5260ε∆P∙P1ρ0T1z1Kv=2585260∙0,6420,035∙0,0450,75∙293∙1=26,84. Из табл. 3.1 выбирается тип регулятора с коэффициентом Kv, ближайшим большим, чем получен по расчету. Если несколько регуляторов имеют одно и то же значение Kv, то к установке рекомендуется любой из них.
Таблица 3.1 - Коэффициент Kv пропускной способности различных регуляторов давления
Тип регулятора Коэффициент KvТип регулятора Коэффициент KvРД-20-5 0,52 РД-50М-25 11
РД-25-5 0,52 РД-50-25 13,7
РД-32-5 0,52 РД-50-64 22
РД-32М-4 0,52 РДУК-2-50/35 27
РД-32М-6 0,8 РДУК-2-100/50 38
РД-25-6,5 0,9 РДУ-50 50
РД-32-6,5 0,9 РД-80-64 66
РД-32М-10 1,4 РДУ-80 100
РД-50М-8 1,7 РДУК-2-100/70 108
РД-32-9,5 1,9 РД-10-64 110
РД-50М-11 3,3 РДУ-100 200
РД-50-13 3,7 РДУК-2-200/105 200
РД-50М-15 5,8 РДУК-2-200/140 300
РД-50-19 7,9 РД-150-64 314
РД-50М-20 9 РД-200-64 424
По расчету получен Кv = 26,8. Ближайший коэффициент Кv в табл. 3.1 равен 27 и относится к регулятору РДУК-2-50/35. Значит, данный регулятор и следует установить в ГРП.
Нормальная работа регулятора обеспечивается, когда его максимальная пропускная способность не более 80%, а минимальная не менее 10% от расчетной пропускной способности Vр, при заданных входном Р1 и выходном Р2 давлениях.
Выбор предохранительного запорного клапана. Предохранительный запорный клапан — это полуавтоматическое устройство, прекращающее подачу газа при повышении или понижении его давления после регулятора сверх заданного. Выбор типа ПЗК определяется исходя из параметров газа, проходящего через регулятор давления максимального давления газа на входе в регулятор и выходного давления газа из регулятора), а также диаметра входного патрубка в регулятор. В ПРГ применяются П3К типов ПКН - низкого контролируемого давления и ПКВ — высокого контролируемого давления. Первый устанавливается в случаях, когда после ГРП или ГРУ поддерживается низкое давление, второй — когда поддерживается среднее давление газа. Габариты и тип клапана определяются типом регулятора давления. ПЗК обычно выбирают с таким же условным диаметром, как и регулятор. Клапаны имеют диаметры 50, 100 и 200 мм. Максимальное давление в корпусе 1,2 МПа.
По расчету был определен тип регулятора РДУК-2-50/35. Этот регулятор имеет условный диаметр 50 мм. Следовательно, ПЗК будет или ПКН-50, или ПКВ-50. Если регулятор настроен на низкое давление газа, то ПЗК будет типа ПКН-50, если на среднее - то ПКВ-50.
Выбор предохранительного сбросного клапана. Предохранительный сбросной клапан (ПСК) обеспечивает защиту газового оборудования от недопустимого повышения давления газа путем сброса излишков газа в атмосферу из газопровода после регулятора. ПСК подбирается по пропускной способности регулятора давления. Пропускная способность ПСК определяется по паспортным данным изготовителя или расчетом.
При наличии ПЗК перед регулятором давления количество газа, подлежащее сбросу, можно найти по формуле
V≥0,0005Vp 3.6где V — количество газа, подлежащее сбросу ПСК в течение часа, м3/ч, при t=0°С и Р = 0,10132 МПа; Vp — расчетная пропускная способность регулятора давления, м3/ч, при t=0°С и Р = 0,10132 МПа.
При отсутствии П3К перед регулятором давления количество газа находится по формулам:
для регуляторов с золотниковыми клапанами:
V≥0,01Vp 3.7для регулирующих заслонок с электронными регуляторами:
V≥0,02Vp 3.8ПСК выпускают на условные диаметры 25 и 50 мм. В ПРГ устанавливаются следующие типы ПСК: ПСК-50, ПСК-50п.
Так как регулятор давления РДУК-2-50/35 не имеет ПЗК и оснащен золотниковыми клапанами, то количество газа, подлежащее сбросу, можно найти по
V≥0,01Vp=0,01∙258=2,58 м3/чВыбор фильтра. Для очистки газа от механических примесей в ПРГ устанавливают следующие типы фильтров:
сетчатые (ФС, ФСС);
волосяные (ФВ);
кассетные сварные (ФГ);
висциновые с кольцами Рашига.
Таблица 3.2 - Характеристики газовых фильтров
Фильтр Входное давление, МПа, не более Допустимая пропускная способность, м3/ч, при входном давлении, МПа
0,1 0,2 0,3 0,6 1,2
ФС-25 1,6 145 175 205 270 370
ФС-40 1,6 305 370 430 510 770
ФС-50 0,6 430 530 610 810 770
ФСС-40 0,6 535 655 755 1000 770
ФСС-50 0,6 1070 1310 1510 2000 770
ФВ-80 1,2 625 765 880 1170 1600
ФВ-100 1,2 890 1090 1250 1665 2270
ФВ-200 1,2 3500 4250 4900 6500 8870
ФГ-50 0,6 2500 3600 4500 7000 8870
ФГ-100 0,6 7000 10000 11000 15000 8870
1,2 7000 10000 11000 15000 19000
ФГ-200 0,6 7000 10000 11000 15000 19000
1,2 21000 26000 36000 36000 46000
ФГ-300 0,6 50000 58000 80000 80000 46000
1,2 50000 58000 80000 80000 100000

Рис. 3.1 - График для определения сопротивления газового фильтра
Пропускная способность фильтра определяется исходя из максимального допустимого падения давления на кассете, которое для сетчатых и висциновых фильтров составляет 5 кПа, для волосяных - 10 кПа.
Фильтр можно выбрать из табл. 3.2 по пропускной способности и входному давлению. Калибр фильтра выбирается из условия, что потери давления на фильтре с чистой кассетой не должны превышать 40% от максимально допустимого перепада давления в процессе эксплуатации.
Потери давления в чистом фильтре ΔР, рассчитывают по формуле
∆Pф=∆PгрVрVгр2∙ρ0ρгр∙P0Pвх 3.9 Формула (3.9) используется совместно с рис. 3.1, на котором представлены потери давления в чистом фильтре в зависимости от пропускной способности при Ро = 0,101 МПа (абс.) и ρгр — 1 кг/м3.
Получаем:
∆Pф=13502583002∙0,751∙0,1010,045=1681 Па∆Pфmax=∆Pф0,4=16810,4=4202 Па=4,2 кПаПо таблице 3.2 выбираем сетчатый фильтр ФСС-50.

ЗаключениеВ ходе выполнения курсовой работы была рассчитана и запроектирована система газоснабжения тупиковой разветвленной сети среднего давления. Расчеты выполнены с соблюдением норм и правил современного проектирования, учтены требования энергосберегающих мероприятий.
Принятие инженерных решений было основано на выборе оптимального варианта организации систем газоснабжения тупиковой разветвленной сети среднего давления в условиях существующих тенденций развития современных энергосберегающих технологий.
В качестве регулятора давления был выбран регулятор РДУК-2-50/35 для установки в ГРП. В зависимости от этого к нему были подобраны предохранительные запорные клапаны ПКН-50 и ПКВ-50, предохранительные сбросные клапаны ПСК-50, ПСК-50п. Для очистки газа от механических примесей был рассчитан и выбран сетчатый фильтр ФСС-50.

Список использованных источников1. Колпакова Н. В., Колпаков А. С. Газоснабжение: [учеб. пособие]/; [науч. ред. Ширяева Н. П.]; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014 — 200 с.
2. ПБ 12-529-03 Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления.
3. Скафтынов Н.А. Основы газоснабжения - Л.: изд. Недра 2001. - 339с.
4. Стаскевич, Н.Л. Справочник по газоснабжению и использованию газа / Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдорчик В.Я. - Л.: Недра 2008. - 766с.
5. Ярмольчик Ю. П., Ярмольчик М. А. Системы газоснабжения промышленных предприятий: пособие для студентов специальности 1-41 01 05 «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника» /– Минск: БНТУ, 2020 – 80 с.

ПриложениеПриложение А

Номограмма для расчета газопроводов среднего и высокого давления (природный газ р = 0,73 кг/м3; v = 14,3 x 10 м2/с)