Молодежникова Л.И. Технологические энергоносители промышленных предприятий. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

газ через предохранительно-запорный клапан поступает в регулятор

давления, где давление газа снижается до заданного. Предохранитель-

но-запорный клапан предназначен для автоматического прекращения

поступления газа в сеть низкого или среднего давления при превыше-

нии давления сверх заданного. После регулятора газ пониженного дав-

ления выходит через задвижку в городскую газораспределительную

сеть соответствующего

давления. Чтобы во время ремонта оборудова-

ния ГРП не было перерыва в газоснабжении, на технологической линии

предусматривается обводной газопровод (байпас).

На выходном газопроводе низкого давления после регулятора дав-

ления устанавливают гидравлический предохранительный клапан, кото-

рый сбрасывает избыток газа в атмосферу, предотвращая повышение

давления газа после регулятора. Если избыток газа будет

настолько ве-

лик, что пропускная способность предохранительного клапана будет

недостаточной для его удаления, то срабатывает предохранительно-

запорный клапан. Для замера давления в газопроводе до регулятора и

после него служат показывающие и самопищущие манометры, устанав-

ливаемые на щите.

Рис.7. Предохранительно-сбросной клапан типа ПКС

1 – регулировочный винт; 2 – пружина; 3 – мембрана;

4 – уплотнение; 5 – золотник; 6–седло

Предохранительный клапан (рис. 7) работает следующим образом.

Давление газа после регулятора передается по импульсной трубке под

мембранное пространство предохранительного клапана через отверстие.

Мембрана клапана связана с рычагом, на котором закреплен падающий

груз. При давлении на мембрану вверх (при повышении давления сверх

установленной нормы за регулятором) или вниз (при падении давления)

сцепление

рычага с грузом нарушается. Груз падает и ударяет по сцеп-

лению рычагов, удерживающих тарельчатый клапан в открытом поло-

жении, который опускается в седло, в результате чего прекращается по-

ступление газа в регулятор давления.

Предохранительные клапаны должны действовать:

а) при падении давления газа за регулятором ниже минимально до-

пустимого, при котором обеспечивается нормальная работа газогрелоч-

ных устройств;

б) при повышении давления газа за регулятором выше максималь-

но допустимого, при котором обеспечивается нормальная работа газо-

горелочных устройств и на которое рассчитан данный газопровод.

Конструкция клапана должна

обеспечивать закрытие клапана со

следующими отклонениями от нормальной величины давления импуль-

са: максимальное +5 %, минимальное –5 %.

Наиболее распространены регуляторы РДУК, РД и т. д.

Регулятор прямого действия (рис. 8). Регулировку этого прибора

выполняют следующим образом. При увеличении газопотребления дав-

ление в газопроводе снижается. Это уменьшение давления по импульс-

ной трубке передается в надмембранную

полость пневматического ре-

гулятора. В связи с этим мембрана регулятора и связанный с ней шток

золотника клапана под действием усилия, развиваемого пружиной, нач-

нут подниматься, при этом клапан откроется и количество проходящего

газа через него увеличится. Газ проходит до тех пор, пока не установит-

ся новое равновесие, т. е. пока

расход газа не станет равен его поступ-

лению. Чем больше расход газа, т. е. чем больше открыт клапан и выше

находится мембрана, тем меньше давление в надмембранной полости.

Это давление соответствует регулируемому давлению на выходе из ре-

гулятора.

Рис. 8. Регулятор давления прямого действия РД-64

1 – затвор; 2 – корпус; 3 – мембранный привод; 4 – манометр;

5 – двухступенчатый редуктор; 6 – шток;, 7 – седло

Конструкция регуляторов давления газа должна отвечать следую-

щим основным требованиям:

 колебание регулируемого давления (давление после регулятора)

не должно превышать ± 10 % номинальной величины без пере-

стройки независимо от влияния изменения расхода газа в преде-

лах паспортной характеристики регулятора и колебаний началь-

ного (входного) давления до ± 3 кгс/см

;

 минимальный регулируемый расход для односедельных клапанов

должен быть не более 2 % и для двухседельных клапанов не более

4 % номинального расхода.

Как уже было изложено раньше, кроме ГРП и ГРУ в системах газо-

снабжения имеются газораспределительные станции (ГРС), которые

подают газ из магистральных газопроводов в городские сети. На ГРС

давление газа снижают до

величины, необходимой для систем газо-

снабжения (до 2 – 1,2 – 0,6 – 0,3 МПа), и поддерживают постоянным.

Основное отличие ГРС от ГРП и ГРУ состоит в том, что они получают

газ из магистральных газопроводов и поэтому их оборудование рассчи-

тывают на рабочее давление в 5,5; 7,5 МПа. ГРС отличается от ГРП так

же дополнительной обработкой газа (очисткой, одоризацией,

подогре-

вом). Чаще всего работа современных ГРС автоматизирована, чтобы

обеспечить безвахтенное обслуживание.

5 Газовые приборы и горелки. Процесс горения

5.1 Газовые приборы

В жилых и общественных зданиях газ используют для приготовле-

ния пищи и горячей воды. Основными приборами, которые применяют

для газоснабжения жилых и общественных зданий, являются кухонные

плиты для приготовления пищи, газовые водонагреватели, обеспечи-

вающие подогрев воды для хозяйственно-бытовых нужд и местных сис-

тем отопления, газовые котлы, камины

, инфракрасные излучатели.

В коммунально-бытовых и производственных предприятиях при-

меняют: газовые кипятильники, духовые шкафы, специальные плиты

ресторанного типа, холодильники и холодильные установки, пищева-

рочныые котлы, сушильные и гладильные машины и другие.

Работа газовых приборов характеризуется следующими показате-

лями:

1. Тепловой нагрузкой, или количеством тепла в газе, которое рас-

ходуется прибором, в

кВт.

2. Производительностью, или количеством полезно используемого

тепла, которое передается нагреваемому телу, в кВт.

3. Коэффициентом полезного действия КПД, представляющим со-

бой отношение производительности к тепловой нагрузке прибора.

4. Давление газа, на которое газовый прибор рассчитан, и макси-

мальный расход газа.

Кроме перечисленных газовые приборы имеют еще предельные ха-

рактеристики, которые на базе

максимальных значений позволяют ус-

тановить надежность, предельный срок эксплуатации данной конструк-

ции. Эти характеристики устанавливают при заводских испытаниях.

Тепловая нагрузка газовых приборов может быть номинальной

нормальной и предельной.

Номинальной считают такую нагрузку, при которой газовый при-

бор работает наиболее эффективно, т. е. с наименьшим химическим не-

дожогом газа, наибольшим КПД, и

развивает номинальную производи-

тельность. При нормальной нагрузке в конструктивных элементах при-

бора не должно возникать опасных тепловых напряжений, сокращаю-

щих срок его службы. Предельной (максимальной) тепловой нагрузкой

считают нагрузку, превышающую нормальную на 20т%. При этой на-

грузке не должны заметно ухудшаться показатели работы прибора.

5.2 Типы газовых горелок

Горелка – это устройство

, обеспечивающее устойчивое сгорание

топлива и возможность регулирования горения. Камера горения – это

часть горелки или теплового агрегата, в которой происходит горение.

По методу сжигания газа горелки можно разделить на четыре

группы:

1) горелки полного предварительного смешения, работающие по

кинетическому принципу;

2) горелки предварительного смешения газа с частью воздуха,

необходимого для горения. У горелок этого типа газ сгорает бунзе-

новским пламенем;

3) горелки с незавершенным предварительным смешением газа с

воздухом, которые осуществляют диффузионно-кинетический прин-

цип сжигания газа;

4) горелки без предварительного смешения газа с воздухом, ра-

ботающие по диффузионному принципу.

Кроме основной классификации горелки можно различать по

способу подачи воздуха, давлению газа, расположению горелки в топ-

ке и излучающей способности горелки.

По способу подачи воздуха горелки подразделяются на:

1) эжекционные, в которых воздух засасывается энергией газовой

струи (эжектирование воздухом газа применяют весьма редко);

2) бездутьевые, у которых воздух поступает в топку вследствие

разрежения;

3) дутьевые с подачей воздуха в топку с помощью вентилятора.

5.3 Условие воспламенения и горения газа

Горение газообразного топлива – это сочетание физических и хи-

мических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев

смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и

химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха, со-

провождаемое образованием факела (пламени) с интенсивным тепловы-

делением. Постоянный подвод к фронту горения горючего газа и воз-

духа в нужном

количестве, их тщательном перемешивании и нагреве до

температуры самовоспламенения достигается устойчивое горение газо-

воздушной смеси.

Пути, с помощью которых осуществляется воспламенение газовоз-

душной смеси:

1) нагревается весь объем газовоздушной смеси до температуры

самовоспламенения. Т. е. газовоздушная смесь воспламеняется и горит

без постороннего источника зажигания. Применяется это в основном в

двигателях

внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают

быстрым сжатием до определенного давления.

2) используется посторонний источник зажигания, такие как высо-

конагретые тела, запальники и т. д. До температуры воспламенения на-

гревается не вся газовоздушная смесь, а ее часть, данный способ приме-

няется при сжигании газов в горелках газовых приборов. Реакцию горе-

ния

газообразного топлива следует начать с затрат необходимого коли-

чества энергии для разрыва молекулярных связей и создания новых.

Процесс горения газовоздушной смеси нуждается в газе и воздухе в

газовоздушной смеси и в определенных пределах. Эти самые пределы

называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости.

Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого

смесь

не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называ-

ется верхним пределом воспламеняемости. Различают нижний и верх-

ний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание газа в газо-

воздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором

происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламе-

няемости.

Пределы воспламеняемости также зависят от давления газовоз-

душной смеси, при повышении которого диапазон между нижним и

верхним пределами воспламеняемости расширяется. Не малое влияние

на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в га-

зах. При изменении содержания в газе балласта (N

и С0

) в сторону

увеличения пределы воспламеняемости сужается, а повышении содер-

жания балласта выше определенных пределов приводит к тому, что га-

зовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и

воздуха.

6. Расчетные расходы газа

Годовые расходы газа для каждой категории потребителей следует

определять на конец расчетного периода с учетом перспективы разви-

тия объектов – потребителей газа.

Продолжительность расчетного периода устанавливается на осно-

вании плана перспективного развития объектов – потребителей газа.

Годовые расходы газа для жилых домов, предприятий бытового об-

служивания населения, общественного питания, предприятий по произ-

водству хлеба и кондитерских изделий, а также для учреждений здраво-

охранения следует определять по нормам расхода теплоты, приведен-

ным в приложении 1.

Нормы расхода газа для потребителей, не перечисленных в прило-

жении 1, следует принимать по нормам расхода других видов топлива

или по данным фактического расхода используемого топлива с учетом

КПД при переходе

на газовое топливо.

При составлении проектов генеральных планов городов и других

поселений допускается принимать укрупненные показатели потребле-

ния газа, м

/год на 1 чел., при теплоте сгорания газа 34 МДж/ м

(8000 ккал/м

 при наличии централизованного горячего водоснабжения – 100;

 при горячем водоснабжении от газовых водонагревателей – 250;

 при отсутствии всяких видов горячего водоснабжения – 125 (165

в сельской местности).

Годовые расходы газа на нужды предприятий торговли, предпри-

ятий бытового обслуживания непроизводственного характера и т.п. сле-

дует принимать в размере до 5 % суммарного расхода теплоты на жи-

лые дома, приведенного в приложении 1.

Годовые расходы газа на технологические нужды промышленных и

сельскохозяйственных предприятий следует определять по данным топ-

ливопотребления (с учетом изменения

КПД при переходе на газовое то-

пливо) этих предприятий с перспективой их развития или на основе

технологических норм расхода топлива (теплоты).

Система газоснабжения городов и других населенных пунктов

должна рассчитываться на максимальный часовой расход газа.

Максимальный расчетный часовой расход газа Q, м

/ч, при 0 °С и

давлении газа 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) на хозяйственно-бытовые и про-

изводственные нужды следует определять как долю годового расхода

по формуле

max y

QKQ

(1)

где ܭ

௠௔௫

௛

– коэффициент часового максимума (коэффициент пере-

хода от годового расхода к максимальному часовому расходу газа); Q

–

годовой расход газа, м

/год.

Коэффициент часового максимума расхода газа следует принимать

дифференцированно по каждому району газоснабжения, сети которого

представляют самостоятельную систему, гидравлически не связанную с

системами других районов.

Значения коэффициентов часового максимума расхода газа на хо-

зяйственно-бытовые нужды в зависимости от численности населения,

снабжаемого газом, приведены в приложении 2; для бань, прачечных,

предприятий

общественного питания и предприятий по производству

хлеба и кондитерских изделий – в приложении 3.

Расчетный часовой расход газа для предприятий различных отрас-

лей промышленности и предприятий бытового обслуживания производ-

ственного характера (за исключением предприятий, приведенных в

приложении 3) следует определять по данным топливопотребления (с

учетом изменения КПД при переходе на газовое топливо) или по

фор-

муле (1) исходя из годового расхода газа с учетом коэффициентов часо-

вого максимума по отрасли промышленности, приведенных в рекомен-

дуемом приложении 4.

Для отдельных жилых домов и общественных зданий расчетный

часовой расход газа Q

, м

/ч, следует определять по сумме номиналь-

ных расходов газа газовыми приборами с учетом коэффициента одно-

временности их действия по формуле

dsimnomi

QKqn





(2)

где ∑

–

сумма произведений величин K

sim

, q

nom

и n

от I до m;

sim

– коэффициент одновременности, значение которого следует при-

нимать для жилых домов по справочной литературе; q

nom

– номиналь-

ный расход газа прибором или группой проборов, м

/ч, принимаемый по

паспортным данным или техническим характеристикам приборов; n

–

число однотипных приборов или групп приборов; m – число типов при-

боров или групп приборов.

Годовые и расчетные часовые расходы теплоты на нужды отопле-

ния, вентиляции и горячего водоснабжения следует определять в соот-

ветствии с указаниями СНиП 2.04.01-85, СНиП 2.04.05-91* и СНиП

2.04.07-86*.

Гидравлические режимы работы распределительных газопроводов

низкого, среднего и высокого давления должны приниматься

из условий

создания при максимально допустимых потерях давления газа наиболее

экономичной и надежной в эксплуатации системы, обеспечивающей ус-

тойчивость работы ГРП и газорегуляторных установок (ГРУ), а также

работы горелок потребителей в допустимых диапазонах давления газа.

Расчетные внутренние диаметры газопроводов необходимо опре-

делять гидравлическим расчетом из условия обеспечения бесперебойно-

го газоснабжения

всех потребителей в часы максимального потребления

газа.

7 Гидравлический расчет газопроводов

Гидравлический расчет газопроводов следует выполнять, как пра-

вило, на электронно-вычислительной машине с оптимальным распреде-

лением расчетной потери давления между участками сети.

При невозможности или нецелесообразности выполнения расчета

на электронно-вычислительной машине (отсутствие соответствующей

программы, отдельные участки газопроводов и т. п.) гидравлический

расчет допускается производить по приведенным в данном приложении

формулам или по номограммам, составленным по этим формулам.

Расчетные потери давления в газопроводах высокого и среднего

давления следует принимать в пределах давления, принятого для газо-

провода.

Расчетные потери давления газа в распределительных газопроводах

низкого давления следует принимать не более 180 даПа.

Распределение величины потери давления между уличными, дво-

ровыми и внутренними газопроводами следует принимать по таблице.

Суммарная потеря

давления газа от ГРП

или другого регули-

рующего устройства

до наиболее удаленно-

го прибора,

даПа

В том числе в

газопроводах

уличных и

внутриквартальных

дворовых и

внутренних

180 120 60

Значения расчетной потери давления газа при проектировании га-

зопроводов всех давлений для промышленных, сельскохозяйственных и

бытовых предприятий и учреждений коммунального хозяйства прини-

маются в зависимости от давления газа в месте подключения с учетом

технических характеристик принимаемых к установке газовых горелок,

устройств автоматики безопасности и автоматики регулирования техно-

логического режима тепловых

агрегатов.

Падение давления в газопроводах низкого давления следует опре-

делять в зависимости от режима движения газа по газопроводу, харак-

теризуемого числом Рейнольдса:

Re 0,0354 ,



 (3)

где Q – расход газа, м

/ч, при температуре 0 °С и давлении 0,10132

МПа (760 мм рт.ст.); d – внутренний диаметр газопровода, см; v – ко-

эффициент кинематической вязкости газа, м

/с (при температуре °С и

давлении 0,10132 МПа).

В зависимости от значения Re падение давления в газопроводах

определяется по следующим формулам:

для ламинирного режима движения газа при Re < 2000

1,132 10 ,



 (4)

для критического режима движения газа при Re = 2000 – 4000

2,333

5,333 0,333

0,516 ,





(5)

для турбулентного режима движения газа при Re > 4000

69( 1922 ) ,

nvdQ

dQd





(6)

где Н – падение давления, Па;

ߩ – плотность газа, кг/м

, при тем-

пературе 0 °С и давлении 0,10132 МПа; l – расчетная длина газопровода

постоянного диаметра, м; n – эквивалентная абсолютная шероховатость

внутренней поверхности стенки трубы принимается равной, см: для

стальных труб – 0,01; для полиэтиленовых труб – 0,002; Q, d,v – обо-

значения те же, что и формуле (3).

Расчетный расход газа на участках распределительных наружных

газопроводов низкого давления, имеющих путевые расходы

газа, следу-

ет определять как сумму транзитного и 0,5 путевого расходов газа на

данном участке.

Гидравлический расчет газопроводов среднего и высокого давле-

ния по всей области турбулентного режима движения газа следует про-

изводить по формуле

22 2

( 1922 ) ,

PP n vdQ

ld Qd







(7)

где p

–

абсолютное давление газа в начале газопровода, МПа; p

–

то же в конце газопровода, МПа; l, n, d, v, с, Q – обозначения те же, что

и в формуле (6).

Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники,

запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения рас-

четной длины газопроводов на 5–10 %.

Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетную

длину газопроводов следует определять по формуле

ll ld





(8)

где l

– действительная длина газопровода, м; ∑ζ – сумма коэффи-

циентов местных сопротивлений участка газопровода длиной l

; ld –

эквивалентная длина прямолинейного участка газопровода, м, потери

давления на котором равны потерям давления в местном сопротивлении

со значением коэффициента ζ = 1;

Эквивалентную длину газопровода следует определять в зависимо-

сти от режима движения газа в газопроводе по следующим формулам:

для ламинарного режима движения газа

5,5 10 / ,ld Q v



  (9)

для критического режима движения газа

1,333 0,333 0,333

12,15 / ,ld d v Q (10)

для всей области турбулентного режима движения газа