Учебное пособие 800357

где = l – удлинение короткого плеча, см;

= 12 10-6 коэффициент линейного расширения металла, 1/°С;

= 1–tн – превышение расчетной температуры теплоносителя над температурой воздуха, °С;

lк – длина короткого плеча, см;

dн – наружный диаметр трубопровода, см; Е = 2 105 – модуль упругости стали, кг/см2;

n = lд/lк – соотношение длины длинного и короткого плеча;= – 90, – угол поворота трассы.

Приведенная формула не учитывает гибкости отводов и применяется для сварных поворотов при lк 40 dн. Максимальная длина меньшего компенсирующего плеча принимается до 50 м. Полученные по формулам напряжения необходимо сравнить с допускаемыми, которые принимаются равными 800 900 кг/см2. Можно решать и обратную задачу, т.е. по допускаемым напряжениям определять необходимую длину короткого плеча.

Максимальное боковое смещение короткого и длинного плеча, см

Максимальное боковое смещение сторон теплопроводов учитывается при укладке трубопроводов в канале, чтобы расстояние от стенок канала к трубе было больше боковых смещений fк и fд . Для облегчения расчетов используются номограммы и табл. [4].

13.3.Расчет и выбор неподвижных и подвижных опор

Втепловых сетях применяются подвижные и неподвижные опоры. Подвижные опоры могут быть скользящие, катковые, роликовые, подвесные и др. При подземной прокладке в непроходных каналах рекомендуется применять скользящие опоры на бетонных подушках, при надземной – катковые. На участках бесканальной прокладки трубопроводов подвижные опоры не устанавливают. Пролеты между подвижными опорами трубопроводов на бетонных подушках приведены в табл. приложения 8. Неподвижные опоры предусматриваются при всех способах прокладки тепловых сетей. Места установки неподвижных опор совмещают, как правило, с узлами ответвления труб, местами установки на трубопроводах запорной арматуры, сальниковых компенсаторов, грязевиков и др. оборудования.

Расчет и выбор неподвижных опор. Основной нагрузкой на неподвижные опоры является горизонтальная нагрузка, возникающая под действием следующих сил: трения в подвижных опорах; трения в сальниковых конденсаторах; трения о грунт при бесканальной прокладке; упругой деформации гибких компенсаторов или самокомпенсации; внутреннего давления при применении неуравновешенных сил внутреннего давления.

41

Неподвижные опоры подразделяются на концевые, размещающиеся перед заглушкой или поворотом, т.е. в конце трубопровода, и промежуточные, размещающиеся между двумя смежными участками.

Горизонтальная нагрузка на концевую неподвижную опору определяется как сумма сил, действующих на опору с одной стороны; на промежуточную опору как разность сил, действующих с каждой стороны, при этом меньшая сумма сил принимается с коэффициентом 0,7. При равенстве суммы сил, действующих на опору с обеих сторон, в качестве расчетной принимается одна из сумм с коэффициентом 0,3.

Силы трения в подвижных опорах труб, Н, определяют по формуле

Nтр = q L. (1.86)

Силы трения в сальниковых компенсаторах, Н, определяют по формуле

Неуравновешенные силы внутреннего давления, Н, при применении сальниковых компенсаторов на участках трубопроводов, имеющих запорную арматуру, переходы, углы поворота или заглушки, определяются по формуле

Силы упругой деформации при гибких компенсаторах и при самокомпенсации Рк, определяется расчетом труб на компенсацию тепловых удлинений.

Суммарная горизонтальная нагрузка на неподвижную опору, Н, равна

где q – вес 1м трубопровода в рабочем состоянии (вес трубы, воды, изоляции), Н/м;

L – длина трубопровода от неподвижной опоры до компенсатора или угла поворота трассы при самокомпенсации, м;– коэффициент трения в подвижных опорах труб, для скользящих опор = 0,3; n – число болтов компенсатора;

lс – длина слоя набивки по оси сальникового компенсатора, м; dс – наружный диаметр патрубка сальникового компенсатора, м;

c – коэффициент трения набивки о металл, принимаемый равным 0;

Fс – площадь поперечного сечения набивки сальникового компенсатора, м2, определяемая по формуле

где dв – внутренний диаметр корпуса сальникового компенсатора, м; Рр – рабочее давление теплоносителя, Па (но не менее 0,5 106 Па).

Неподвижные опоры должны рассчитываться на наибольшую горизонтальную нагрузку при различных режимах работы трубопроводов, в том числе при открытых и закрытых задвижках. Сводка различных схем установок непо-

42

движных опор и расчетных формул для определения горизонтальных нагрузок, действующих на неподвижную опору при наиболее часто встречающихся схемах расчетных участков тепловых сетей, приведена в [4].

По максимальным горизонтальным усилиям выбирают тип неподвижной опоры: лобовую, щитовую или с одноили двухсторонними упорами. Для подземной канальной прокладки тепловых сетей используют, как правило, неподвижные опоры, лобовые или с одно- и двухсторонними упорами, для бесканальной прокладки – щитовые опоры.

Расчет и выбор подвижных опор. Подвижные опоры тепловых сетей устанавливаются для поддержания трубопроводов в горизонтальном положении. Вертикальная нормальная нагрузка на опору трубы, Н, определяется по формуле

гдеq – вес1мтрубопроводаврабочемсостоянии (веструбы,воды,изоляции),Н/м; l – пролет между подвижными опорами, м.

Горизонтальные нормативные осевые Ро и боковые нагрузки Рб на подвиж-

где o, б – коэффициенты трения в опорах при перемещении опоры вдоль оси трубопровода и под углом к оси, принимаемым по [3, табл. 1].

По величине вертикальной нагрузки на одну опору определяется тип подвижной опоры: скользящая, роликовая или катковая.

Контрольные вопросы

1.Как определить максимальные изгибающие напряжения на спинке П- образного компенсатора для гнутых колен и жестких сварных колец?

2.При какой прокладке тепловых сетей могут применяться П-образные компенсаторы?

3.В зависимости, от какой величины с помощью номограмм определяются вылет компенсатора и сила упругой деформации?

4.При каких условиях на теплопроводах наблюдается естественная компенсация температурных удлинений?

5.Как определить максимальное боковое смещение короткого и длинного плеча при естественной компенсации?

6.В зависимости от какого показателя определяется тип подвижной опоры тепловой сети?

7.Под воздействием каких сил возникает основная нагрузка на неподвижные опоры?

8.Какими параметрами определяется горизонтальная нагрузка на концевую неподвижную опору?

43

Часть 2. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И ПРЕДПРИЯТИЙ

Современные газораспределительные системы представляют собой сложные инженерные сооружения основными элементами, которых являются: газораспределительные станции, газовые сети различного давления, газорегуляторные пункты и установки [9].

В зависимости от максимального давления газа городские газопроводы подразделяют на газопроводы низкого (до 5 кПа), среднего (от 5 кПа до 0,3 МПа) и высокого (II категории – от 0,3 до 0,6 МПа; I категории – 0,6 до 1,2 МПа) давлений. Газопроводы низкого давления предназначены для подачи газа в жилые и общественные здания и сооружения. Газопроводы среднего и высокого давления II категории предназначены для питания городских распределительных сетей низкого давления через газорегуляторные пункты. Газопроводы высокого давления I категории предназначены для питания городских сетей среднего и высокого давлений II категории через ГРП, а также промышленных предприятий, нуждающихся в газе с давлением свыше 0,6 МПа [9].

По числуступеней давления,системы газоснабжения городовразделяются:

-двухступенчатые, которые состоят из сетей низкого и среднего или низкого и высокого давления II категории;

-трехступенчатые, которые состоят из сетей низкого, среднего и высокого до давления II категории;

-многоступенчатые, которые состоят из сетей низкого, среднего и высокого давления I и II категорий.

Двухступенчатые системы принимают для средних и небольших городов.

Вслучае невозможности прокладки газопроводов высокого давления в центральной части города применяется трехступенчатая система. В этом случае высокое давление в центральной, наиболее плотно застроенной и населенной части города, заменяется средним. Многоступенчатые системы газоснабжения применяют только в крупных городах и областных системах.

Согласно [9] запорная арматура на газопроводах устанавливается в следующих местах:

-на распределительных газопроводах низкого давления для отключения отдельных микрорайонов, кварталов, группы жилых домов и на газопроводах среднего и высокого давления при отключении отдельных участков;

-перед жилыми, общественными и производственными зданиями, наружными газопотребляющими установками, на пересечении водных преград, железных дорог общей сети и автомобильных дорог I и II категорий и ГРП.

По виду, всех потребителей газа можно разделить на следующие группы: бытовые, коммунальные и общественные, промышленные. Все городские потребители потребляют газ неравномерно. В зависимости от периода, в течение которого потребление принимают постоянным, различают: сезонную, суточную и часовую неравномерность. Режим расхода газа городом зависит от режима отдельных категорий потребителей и их удельного веса в общем потреблении [9].

44

Согласно [10] прокладку газопроводов следует предусматривать подземной и наземной. В некоторых случаях допускается надземная прокладка газопроводов по стенам зданий внутри жилых дворов и кварталов, а также на отдельных участках трассы, в том числе на участках переходов через искусственные и естественные преграды при пересечении подземных коммуникаций. Надземные и наземные газопроводы с обвалованием могут прокладываться в скальных, многолетнемерзлых грунтах, на заболоченных участках и при других сложных грунтовых условиях. Материал и габариты обвалования следует принимать исходя из теплотехнического расчета, а также обеспечения устойчивости газопровода и обвалования. Прокладку газопроводов следует осуществлять на глубине не менее 0,8 м до верха газопровода или футляра. В местах, где не предусматривается движение транспорта и сельскохозяйственных машин, глубина прокладки стальных газопроводов может быть не менее 0,6 м.

Возможность размещения газоиспользующего оборудования в помещениях зданий различного назначения и требования к этим помещениям устанавливаются строительными нормами и правилами [10], а также данными заводских паспортов и инструкций, определяющих область и условия его применения. Ввод газопровода осуществляется непосредственно в помещение, где устанавливается газопотребляющее оборудование, или в смежное с ним помещение, соединенное открытым проемом.

Контрольные вопросы

1.Приведите классификацию газопроводов по давлению.

2.Назовите определение городских газораспределительных систем.

3.Приведите классификацию систем газоснабжения городов по количеству ступеней.

4.Гденеобходимоустанавливатьзапорную арматурусистемгазоснабжения?

5.Назовите виды прокладки газопроводов.

6.Каким образом осуществляется ввод газопроводов в здание?

1. Определение расчетного расхода газа на уличную распределительную сеть

1.1. Определение плотности и теплоты сгорания газа

Плотность газа определяется как сумма произведений плотностей компонентов на их объемные доли:

3,221 С5Н12С 1,977 СО2С 1,539 Н2SС 1,25 N2C ),

низшая теплота сгорания газа

45

где ρгС – плотность сухого газа, кг/м3;

QНС – низшая теплота сгорания сухого газа, кДж/м3;

СН4С, С2Н6С и т.д. – объемное содержание компонентов (сухой состав) для заданного месторождения, %, [9, табл.1.4].

Плотность и теплота сгорания влажного газа определяется пересчетом

где d – влагосодержание газа, кг/м3; K=0,804/(0,804+d) – коэффициент пересчета.

1.2. Определение потребления газа различными потребителями

По заданной плотности населения и площади жилых кварталов определяется количество жителей населенного пункта

где m – число кварталов, шт;

Рj – плотность населения j-ог жилого квартала, чел/га; Fквj – площадь j-ог квартала, га;

Все виды городского потребления газа разделены на коммунальнобытовые потребления, потребление на отопление и вентиляцию, и промышленное потребление.

- Коммунально-бытовое потребление

Расчетный расход газа, м3/ч, (при 0 °С и 101,3 кПа) на хозяйственнобытовые и коммунальные нужды по отдельным категориям потребителей

где qi – норма потребления газа одной расчетной единицы (1 р.е.), кДж/р.е. [9,

табл. 5.1], [10, табл. 2];

ni – количество расчетных единиц на одну тысячу жителей, р.е./тыс.жит. [9]; kо – коэффициент одновременности, приложение [10];

хг – коэффициент охвата газоснабжением; f – число р.е. для сел; Kт 1/ m – коэффициент часового максимума, год/ч [2, 11];

qi* – суммарная тепловая нагрузка горелок 1 р.е., кДж/ч;

46

т – число часов использования максимума, ч/год [9].

Потребление газа мелкими коммунально-бытовыми потребителями (ателье, мастерскими, парикмахерскими, магазинами и др.) Qkomm , м3/ч определяется в соответствии с [10].

- Потребление на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение

Потребление газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий Qов , м3/ч, вычисляется по формуле

где tв – расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, принимаемая для жилых и общественных зданий равной 18°С; для промышленных зданий принимается по заданию, °С;

tср.о – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, прини-

маем в соответствии с [1], °С;

no – продолжительность отопительного периода в сутках по числу дней со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С и ниже, принимаемая в соответствии с [1], суток;

tр.о – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,

принимаемая как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в соответствии с параметрами Б для холодного периода года [2], °С;

tр.в – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции,

принимаемая всоответствиис параметрамиАдля холодного периода года [2], °С; q – укрупненный показатель максимального часового расхода тепла на отопление 1м2 жилой площади зданий, кДж/(ч·м2), [9];

Fж – общая жилая площадь отапливаемых зданий, м2;

о– КПД отопительной системы; Ко, Кв – коэффициенты, учитывающие расходы теплоты на отопление и венти-

ляцию общественных зданий; при отсутствии данных соответственно принимаются равными 0,25 и 0,4.

Число часов использования максимума для отопительных котельных, ч/год:

Потребление газа на централизованное горячее водоснабжение от котельных Qгв, м3/ч

где qгв – укрупненный показатель среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение, кДж/(ч∙чел), [9, табл. 5.3];

47

tхл,tхз – температура водопроводной воды в отопительный и летний периоды,

(tхз=5 °С; tхл=15 °С);

β – коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период; при отсутствии данных принимается равным 0,8 (для курортных и южных городов 1,0); ηк – КПД котельной, равный 0,8÷0,85;

Кцгв – коэффициент охвата ЦГВ.

Потребление газа котельными (ТЭЦ) района, м3/ч

где KТЭЦ – коэффициент, учитывающий выработку электроэнергии на ТЭЦ (при

отсутствии данных принимается равным 2,0);

QПТ – расход газа на выработку пара для технологических нужд промышленности, м3/ч

где in – теплосодержание технологического пара, кДж/кг;

ВПТ – суммарная паропроизводительность котлоагрегатов, вырабатывающих пар для технологических нужд, т/ч.

- Промышленное потребление

Расчетный часовой расход газа промышленным предприятиям, включающим потребление на технологические нужды, отопление, вентиляцию цехов и подразделений промплощадки, м3/ч

QГОД

QППi ППi Km , (2.13)

QНР

гдеQППГОДi – годовое потребление газа промпредприятием, кДж/год, принимаемое по заданию;

Кm – коэффициент часового максимума промпредприятия, раздел [9, п. 5.4 с. 64]. При проектировании внутриплощадочной сети газопроводов должно быть известно потребление газа отдельными потребителями, питаемыми от этой сети (цехами, котельными, столовыми и рядом других потребителей) по

укрупненным показателям потребления топлива этих потребителей.

1.3. Расчет расхода газа на распределительную сеть

Вначале определяется расчетный расход газа, м3/ч, на распределительную сеть низкого давления, от которой питаются все бытовые, мелкие коммунальные и часть промышленных потребителей, которым необходим газ низкого давления.

48

где Кперсп. – коэффициент, учитывающий перспективное развитее населенного

пункта (при отсутствии данных принимается равным 1,3);

r – число бытовых и коммунальных потребителей, питающихся от сети низкого давления.

В число r коммунально-бытовых потребителей включаются потребители жилых зданий (потребление газа на приготовление пищи, горячей воды и стирку белья в квартирах), предприятия общественного питания, учреждения здравоохранения.

Если в жилом районе предусмотрена приусадебная застройка (например жилой район сельского типа), то в число r коммунально-бытовых потребителей включаются расходы газа на местные системы отопления от отопительных приборов (АГВ, газовых печей и т.п.) и горячее водоснабжение от газовых колонок, определяемые соответственно по формуле (2.7) при условии что Кв = 0 и по формуле (2.9) при Кцгв = Кмест.гв.

Далее определяются расчетные расходы газа на распределительные сети других ступеней давления (среднего, высокого) QСДp ;QpВД ;м3 /ч, путем суммиро-

вания расходов всех потребителей, питающихся от сети соответствующей ступени давления (например, котельных, ТЭЦ, хлебозаводов, ГРП, баннопрачечных комбинатов) с учетом перспективного развития населенного пункта.

Контрольные вопросы

1.Как определить плотность и теплоту сгорания газа?

2.Приведите формулу для определения объема потребления газа комму- нально-бытовыми потребителями.

3.Приведите алгоритм расчета потребления газа на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

4.Как определить расход газа на распределительную сеть?

2.Расчет предварительного потокораспределения

вгазовой сети низкого давления

2.1. Выбор системы газоснабжения

Многоступенчатая распределительная система газоснабжения населенного пункта или крупного промышленного объекта представляет собой иерархическую структуру, включающую несколько гидравлически связанных через ГРП систем различных ступеней давления. Расчет системы газоснабжения определенной ступени давления может производиться независимо от смежных систем других ступеней давления.

49

Вначале обоснованно выбирается система газоснабжения, а именно, количество ступеней давления, структура сетей в пределах каждой ступени, количество ГРП и их размещение, исходя из требований надежности снабжения газом потребителей и экономичности системы. Поскольку эти два условия зачастую вступают в противоречие друг с другом (повышение надежности системы путем кольцевания сетей влечет за собой увеличение ее металлоемкости и стоимости), необходимо найти оптимальное проектное решение. Рациональной с этой точки зрения представляется комбинированная сеть, сочетающая кольцевание основных транзитных направлений газовых потоков с тупиковой системой снабжения газом отдельных потребителей. Размещать сетевые регуляторные пункты следует в центрах нагрузок, с радиусом действия, примерно равным Rопт.

2.2. Определение путевых расходов по участкам сети

Для определения путевых составляющих участковых расходов сети низкого давления необходимо вначале вычислить расходы газа по жилым кварталам Qj , м3/ч, рис.2.1.

В частном случае, при p1 p2 ... pj p

где Nj – численность населения жилого квартала j; QпНД QpНД QрсНД – расчетный

расход газа на сеть низкого давления за вычетом давления за вычетом расходов крупных потребителей QрсНД , питающихся от сети.

Рис. 2.1. Генеральный план населенного пункта с двухступенчатой системой газоснабжения

50