2. Характеристика города и потребителей газа

В данном курсовом проекте проектируется система газоснабжения, расположенная в г. Вилейка, для которой t_х.5= -24°C, преобладающее направление ветра в зимнее время западное.

Так как город средних размеров и в нем имеются потребители, которые требуют различных давлений, то принимаем двухступенчатую схему газоснабжения с газопроводом среднего (0,3кПа-5кПа) и низкого (до 5кПа) давления. В данном случае газопровод среднего давления проектируется кольцевым, т.к. он является основной артерией питающей газом город. К кольцевой сети среднего давления присоединяются крупные потребители газа: промышленное предприятие (ПП), больница (Б), хлебозавод (ХЗ), районные котельные (РК), банно-прачечный комбинат (БПК), квартальная котельная (КК), сетевые ГРП.

Сети низкого давления состоят из тупиковых газопроводов и отдельных ответвлений.

Связь между газопроводами среднего и низкого давления осуществляется через сетевые ГРП, где давление снижается до необходимой величины и поддерживают постоянным автоматически.

Газораспределительная станция находится на востоке от города на расстоянии 300 м.

В городе 30 кварталов, включая сосредоточенные потребители (квартальную котельную, две районные котельные, хлебозавод, больницу, промпредприятие и банно-прачечный комбинат).

В пятиэтажных домах установлены газовые плиты и водоподогреватели, в 6-ми и 9-ти этажных домах только газовые плиты.

Согласно расчету в городе проживает 72440 человек, которые используют основную часть газа на коммунально-бытовые нужды.

Квартальная котельная оборудована котлами “КЧ-3”, котел оборудован инжекционной горелкой, промышленное предприятие потребляет 1100 м³/ч согласно заданию.

3. Определение свойств газа

Состав газа, используемого для газоснабжения города:

СН4	96,8%
С2Н6	1,4%
С3Н8	0,7 %
С4Н10	0,2 %
C5Н12	0,1 %;
СО2	0,1 %;
N2	0,7%.
Σ	100 %

Почти все теплофизические характеристики газового топлива могут быть определены, если известен состав его по свойствам простых газов–компонентов смеси.

Плотность газового топлива в нормальных условиях определяется по следующему выражению:

ρ _см = 0,01 ∑ y_iρ_i, кг/м³, (3.1)

где у_i – объемное содержание i-го компонента , %

ρ_i – плотность i-го компонента при нормальных условиях, кг/м³.

ρ_i принимаем по справочным данным или определяем по формуле:

где М_i–молекулярная масса i-го компонента, кг/кмоль;

V_mi–объем одного киломоля i-го компонента, м³/кмоль.

V_M (СН₄)=22,38м³/кмоль; М=16,043кг/кмоль; ρ_(СН4) =16/22,38=0,717кг/м³;

V_M (С₂Н₆)=22,174м³/кмоль; М=30,068кг/кмоль; ρ_(С2Н6) =30/22,17=1,356кг/м³;

V_M (С₃Н₈)=21,997м³/кмоль; М=44,097кг/кмоль; ρ_(С3Н8) =44/21,997=2,005кг/м³;

V_M (С₄Н₁₀)=21,50м³/кмоль; М=58,124кг/кмоль; ρ_(С4Н10) =58/21,50=2,703кг/м³;

V_M (C₅Н₁₂)=20,87м³/кмоль; М=72,146кг/кмоль; ρ_(C5Н12) =72/20,87=3,457кг/м³;

V_M (СО₂)=22,268м³/кмоль; М=44,011кг/кмоль; ρ_(СО2) =44/22,628=1,976кг/м³;

V_M (N₂)=22,395м³/кмоль; М=28,043кг/кмоль; ρ_(N2) =28/22,395=1,252кг/м³.

Таким образом:

ρ_см=0,01·(96,8·0,717+1,4·1,356+0,7·2,005+0,2·2,703+0,1·3,457+0,1·1,976+0,7·

∙1,252)= 0,747 кг/м³.

Низшая теплота сгорания смеси горючих газов определяется по выражению:

Q_{Н см}=0,01∑у_i·Q_Hi, кДж/ м³, (3.3)

где Q_Hi- низшая теплота сгорания i-го компонента, кДж/ м³.

Согласно [5]:

Q_{H (СН4)}=35760 кДж/ м³.

Q_{H (С2Н6)}= 63650кДж/ м³.

Q_{H (С3Н8)}= 91140кДж/ м³.

Q_{H (С4Н10)}= 118530кДж/ м³.

Q_{H (C5Н12)}= 146180кДж/ м³.

Q_Hcм=0,01·(96,8·35760+1,4·63650+0,7·91140+0,2·118530+0,1·146180)=

=36820кДж/м³.

Концентрационные пределы воспламенения для смеси горючих газов, с балластными примесями определяются по следующей зависимости:

где Б–содержание балластных примесей в смеси:

Б= СО₂+ N₂,%; (3.5)

Б=0,1+0,7= 0,8%.

это концентрационный предел воспламенения для смеси горючих газов без балласта.

L_i-нижний или верхний предел воспламенения i-го компанента в газовоздушной смеси, об.%.

	Нижний	Верхний
L(СН4)	5	15
L(С2Н6)	3	12,5
L(С3Н8)	2	9,5
L(С4Н10)	1,7	8,5
L(C5Н12)	1,35	8,0

Пределы воспламенения отдельных компонентов горючей смеси, %

Состав горючей смеси без балластных примесей находится по формуле

Определяем нижний и верхний пределы воспламенения горючей части газа без балласта

Верхний и нижний пределы воспламенения с учетом балластных примесей

Количество воздуха теоретически для полного сжигания 1м³ газа определяется по формуле:

V_о=0,0476[∑(n+m/4)C_nH_m + 1,5Н₂S], м³возд_./м³газа (3.8)

где C_nH_m–объёмное процентное содержание соответствующего углеводородов в смеси, %,

n, m – соответствующее число атомов углерода и водорода соответственно в углеводороде.

H₂S – объемное процентное содержание сероводорода.

V_о=0,0476·[(1+4/4)·96,8+(2+6/4)·1,4+(3+8/4)·0,7+(4+10/4)·0,2+(5+12/4)·0,1]=9,72м³/м³.

С учетом влажного воздуха его количество определяется по формуле:

V_о^вл.= V_о+0,00124d_в V_о, м³_возд./м³_газа (3.9)

где d_в–влагосодержание воздуха в г/м³, определяется по I-d диаграмме для температуры 20^оС и φ=60% d_в=10 г/м³.

0,00124–удельный объём водяного пара м³/г.

V_о^вл.=9,72+0,00124·10·9,72=9,84 м³_возд./м³_газа.

Действительное количество воздуха, подаваемое в топку.

V_д=α V_о^вл., м³_возд./м³_газа (3.10)

где α–коэффициент избытка воздуха, зависящий от типа горелки, находящийся в промежутке 1,05–1,2. Принимаем α =1,1.

V_д=1,1 9,84=10,83 м³_возд./м³_газа.

В состав продуктов сгорания входят: углекислый газ, водяные пары, азот, кислород, сернистый ангидрид (если в составе имеется сероводород).

Полный объем продуктов сгорания 1м³ газообразного топлива определяется по формуле:

м³ /м³ (3.11)

Количество углекислого газа, образующегося при сгорании 1м³ газообразного топлива, зависит от содержания С в составе газа и содержания СО₂ в составе топлива.

Определяется по формуле:

V_CO2=0,01(∑n C_nH_m +СО₂), м³ _CO2/м³_газа (3.12)

где СО₂ – объемное процентное содержание углекислого газа.

V_CO2=0,01(1·96,8+2·1,4+3·0,7+4·0,2+5·0,1+0,1)=1,03 м³ /м³

Объем сернистого ангидрида при наличии в газовом топливе продуктов сероводорода определяется по формуле:

V_SO2=0,01·Н₂S (3.13)

где H₂S – объемное процентное содержание.

Поскольку H₂S в составе газа отсутствует, то V_SO2=0.

Объем водяных паров суммируется из объема паров, получающихся в результате сгорания водорода, входящего в состав углеводородов, водяных паров, содержащихся в газе в виде балласта и поступивших с воздухом.

V_Н2О=0,01(∑m/2· C_nH_m+ Н₂S+0,00124(d_г+ α·V_о ·d_в)), м³ _Н2О/м³_газа (3.14)

где V_о – теоретическое количество воздуха.

d_г–влагосодержание газа, принимаем газ сухой и d_г=0г/м³.

V_Н2О=0,01[4/2·96,8+6/2·1,4+8/2·0,7+10/2·0,2+12/2·0,1+0+0,00124·(0+1,1·10·9,72)]=

=2,02 м³ _Н2О/м³_газа

Количество кислорода в продуктах сгорания зависит от коэффициента избытка воздуха в процессе горения (21% кислорода содержится в воздухе).

V_О2=0,21·(α -1)·V_о, м³ _O2/м³_газа (3.15)

Vo₂=0,21·(1,1-1)·9,72=0,20 м³ _O2/м³_газа

Количество азота в продуктах сгорания так же зависит от α и процента наличия азота в балласте топлива (79% азота содержится в воздухе).

V_N2=0,79·α·V_о+0,01·N₂, м³ _N2/м³_газа, (3.16)

V_N2=0,79·1,1·9,72+0,01·0,7=8,45 м³ _N2/м³_газа.

V_пр.сг.= V_CO2 + V_{S O2} +Vн₂о +Vo₂+ V_N2=1,03+2,02+0,20+8,45=11,7м³_пр.сг./м³_газа

где V_CO2 ,V_N2 ,Vo₂ ,Vн₂о–соответственно объём углекислого газа, водяного пара, азота и кислорода, м³.

Проверка: V_пр.сг = V_д+1= 10,83+1≈11,83 м³/м³.

11,83≈11,7