49026

Расчет физических свойств природного газа при нормальных условиях

Курсовая

Физика

Расчет физических свойств природного газа при нормальных условиях Основные физикохимические свойства компонентов газов используемых для газоснабжения Газы Молекулярная масса кг моль Плотность при 0 С и атмосферном давлении кг м3 Критическая температура...

Русский

2013-12-19

1012 KB

9 чел.

Министерство образования РФ

Российский государственный университет нефти и газа им. И. М. Губкина

кафедра

«Нефтепродуктообеспечения и газоснабжения»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу:

«Газораспределительные сети и газохранилища»

Вариант 15

Выполнил:

ст. гр. ТН-07-1

Оболенский А. А.

Проверил:

доц. Босюк О. С.

Москва

2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

регулирование давления газа 10

конструктивные особенности регуляторов давления 12

устройство газорегуляторных пунктов 13

список литературы 15

Состав природного газа, %

90,29

3,15

2,19

0,76

0,86

0,15

0,49

0,19

0,88

1,04

Расчет физических свойств природного газа при нормальных условиях

Основные физико-химические свойства компонентов газов, используемых для газоснабжения

Газы

Молекулярная масса, кг/моль

Плотность при 0 С и атмосферном давлении, кг/м3

Критическая температура, К

Критическое давление, МПа

16,043

0,7175

190,555

4,5988

30,070

1,3351

305,83

4,880

44,097

2,0098

369,82

4,250

58,123

2,7091

425,15

3,784

58,123

2,7068

408,13

3,648

18,0153

0,8643

647,14

22,064

34,082

1,5358

373,20

8,940

28,010

1,2502

132,85

3,494

28,0135

1,2555

126,2

3,390

44,010

1,9767

304,20

7,386

  •  Молекулярная масса газовой смеси:

  •  Газовая постоянная смеси:

  •  Критическая температура газовой смеси:

  •  Критическое давление газовой смеси:

  •  Приведенная температура (при нормальных условиях):

  •  Приведенное давление:

  •  Плотность газовой смеси:

Исходные данные:

Расходы газа, м3

Районная котельная

5,5

0,3

0,05

1600

1200

1400

4650

6200

7210

Геометрические размеры сети по плану:

  1.  – 370 м;                   3-4 – 640 м;                   5-9 – 340 м;              6-10 – 365 м;

1-2 – 440 м;                   1-8 – 590 м;                   5-6 – 350 м;              3-11 – 610 м;

2-3 – 600 м;                   2-5 – 450 м;                   6-7 – 310 м.

Методика расчета сводится к определению необходимых диаметров газопроводов и к проверке заданных перепадов давлений.

Порядок расчета:

  1.  На основании данных газовых приборов устанавливают конечные давления в тупиковых газопроводах (начальное давление определяется режимом работы газорегуляторных  пунктов).
  2.  Выбирают наиболее удаленную точку или точки распределительных газопроводов и определяют общую длину газопроводов по выбранным основным направлениям. Основных направлений к удаленным точкам может быть несколько, и каждое направление рассчитывают отдельно.
  3.  В системах газоснабжения используют правило постоянного перепада давления на единице длины газопровода. Местные сопротивления для газопроводов высокого и среднего давления учитываются введением поправочного коэффициента, при этом считают, что потери на местные сопротивления составляют 10%, тогда .
  4.  Определяют расчетные расходы для каждого сосредоточенного отбора газа и для участков газопровода.
  5.  По величинам  и  по номограмме выбирают диаметр для отдельных участков газопровода, который усредняют по стандарту в большинстве случаев в большую сторону, т. е. в сторону меньших перепадов давлений на участке газопровода.
  6.  Для стандартного диаметра по ГОСТу определяют действительное значение величины , затем находят .
  7.  Производят расчет давлений. Поскольку давление ГРП известно, то расчет можно вести с начала газопровода. При давлении , значительно большем заданного, уменьшают диаметры участков газопровода ближе к концу основного направления.
  8.  После определения давлений по данному направлению производят гидравлический расчет газопроводов-отводов по данной методике, начиная со второго пункта. При этом за начальное давление принимают давление в точке отбора.

Участок

Длина,

Давление,

Расчет главного направления  ГРС – ГРП 3

370

407

61

22260

325

27

400

386

440

484

61

20660

325

24

386

371

600

660

61

8610

219

23

371

350

640

704

61

1400

108

36

350

312

Расчет отвода 1-8

590

649

195

1600

89

123

386

266

Расчет отвода 3-11

610

671

149

7210

150

96

350

241

Расчет ответвления 2-5-6-7

450

495

94

12050

219

74

371

318

350

385

94

7400

150

76

318

268

310

341

94

1200

89

80

268

211

Расчет отвода от ответвления 5-9

340

374

200

4650

133

112

318

243

Расчет отвода от ответвления 6-10

365

401,5

123

6200

150

70

268

209

Предполагая, что располагаемый перепад давления затрачивается равномерно по всей магистрали , рассчитаем величину :

.

Участок 0-1:

;

Участок 1-2:

;

Участок 2-3:

;

Участок 3-4:

;

Для участка :

.

Участок 1-8:

;

Для участка :

Участок 3-11:

.

Предполагая, что располагаемый перепад давления затрачивается равномерно по всему ответвлению , рассчитаем величину :

.

Участок 2-5:

;

Участок 5-6:

;

Участок 6-7:

;

Для участка :

.

Участок 5-9:

.

Для участка :

.

Участок 2-8:

.

Выбор регулятора давления

Для  выбора регулятора давления даны следующие параметры :

Избыточное давление на входе в узел редуцирования

Избыточное давление после узла редуцирования

Суммарный объемный расход газа

Температура газа перед регулятором

Порядок расчёта

1.Определяем абсолютные давления газа на входе и выходе узла редуцирования :

Определяем режим течения газа через клапан регулятора давления

Так как выражение  меньше 0,5 , то расчет коэффициента пропускной способности производим по формуле :

По таблице подбираем регулятор давления РД-100-64 с  и проверяем запас пропускной способности

Запас пропускной способности выбранного регулятора давления составляет  , что немного не соответствует СНиП 42-01-2002, который требует, чтобы пропускная способность регулятора давления газа была на 15-20% больше максимального расчетного расхода газа, но в данном случае это наиболее рациональный выбор.

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ

В конце магистрального газопровода или на отводе от него в любой точке для подачи газа в газораспределительную сеть города, населенного пункта ли промышленного предприятия сооружаются газораспределительные станции.

Газораспределительные станции предназначены для выполнения следующих операций:

  •  приема газа из магистрального газопровода;
  •  очистки газа от механических примесей;
  •  снижения давления до заданной величины;
  •  автоматического поддержания давления на заданном уровне;
  •  распределения газа по потребителям;
  •  измерения количества газа.

Кроме того, на ГРС может осуществляться одоризация газа.

Для обеспечения надежной и бесперебойной работы оборудования и приборов ГРС, а также газовых приборов потребителей, газ, поступающий из магистрального газопровода, проходит через пылеуловители и фильтры, очищаясь от пыли, песка, влаги и пр.

На ГРС предусматривается защита трубопроводов от недопустимых повышений давления. С целью отключения участков газопровода, отдельных узлов и полностью ГРС устанавливают запорные устройства – задвижки и краны.

На выходе ГРС, а также между ступенями редуцирования имеются пружинные предохранительные клапаны, которые отрегулированы на срабатывание при соответствующем давлении.

На газопроводах, рассчитанных на давление газа 0,05-0,28 МПа, устанавливают специальные пружинные клапаны типа СППК1, а на газопроводах, рассчитанных на давление газа до 1,6 МПа, - клапаны типа ППК2.

Настройку клапана на необходимое давление осуществляют с помощью пружины. Выход газа из газопровода в случае срабатывания клапана происходит через специальные газопроводы (свечи), которые выведены за пределы здания и не менее чем на 2 м выше его крыши.

Два раза в год клапаны проверяют на срабатывание путем искусственного повышения давления газа.

Для учета количества газа на выходе ГРС служат измерительные устройства.  Наиболее широкое распространение на ГРС получили поплавковые дифманометры-расходометры с ртутным заполнением ДП-430. Используются также мембранные дифманометры типа ДМ и ДМПК-100. Дифманометры работают вместе с сужающим устройством (диафрагмой).

Количество газа при давлении до 0,1 МПа и объемном расходе до 1000 м3/ч можно измерять с помощью объемных счетчиков типа РС.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Управление гидравлически режимом работы системы газоснабжения осуществляют с помощью регулятора давления, который поддерживает определенное давление независимо от изменений потребления газа в сети. Регулирование выполняется за счет изменения степени снижения более высокого давления на входе в регулятор на конечное более низкое. Для решения задач регулирования необходимо измерить входную величину давления, затем сравнить измеренную величину таким образом, чтобы разность между измеренной величиной и заданной была как можно меньше. Регулятор включает в себя измеритель, преобразователь измеряемой величины, выполненный в виде мембраны, усилитель (пневматический, электрический) и исполнительное устройство (клапан, задвижка).

Принцип работы простейшего регулятора давления состоит в следующем. При изменении выходного давления нарушается равновесие мембраны, которая в зависимости от изменения выходного давления «вверх» или «вниз» от номинального (давления настройки) будет перемещать шток регулирующего органа (клапана) и уменьшать сечение клапана, если , или увеличивать сечение клапана, если . Регуляторы могут различаться по работе исполнительного органа: непрерывный, релейный, импульсный. При регулировании давления газа в основном используются непрерывные регуляторы.

Различают законы регулирования:

  1.  пропорциональный, когда изменение выходной величины прямо пропорционально разности между параметром настройки выходной величины и ее значением на выходе регулятора;
  2.  дифференциальный;
  3.  интегральный.

Наибольшее распространение получили пропорциональный закон регулирования (статический регулятор), интегральный закон (астатический регулятор) и их разновидности: пропорционально-интегральный (изодромный регулятор или ПИ-регулятор), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-регулятор).

При регулировании давления статическим регулятором каждое новое установившееся значение выходного давления зависит от величины возмущающего воздействия.

Астатический регулятор давления поддерживает одно и то же значение регулируемой величины при любом значении внешнего воздействия на регулятор давления. Статические регуляторы характеризуются неравномерностью работы, т. е. имеют остаточную погрешность между номинальной и регулируемой величинами.

В изодромном регуляторе давления заданный режим поддерживается с малой остаточной неравномерностью или без нее, т. е. повышается качество регулирования.

По способу воздействия на регулирующий клапан различают регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия регулирующий клапан перемещается усилием, возникающим в его чувствительном элементе (мембране) без использования энергии от постороннего источника. Такие регуляторы не имеют усилителей, надежны в работе, сравнительно просты по конструкции, однако менее чувствительны и менее быстродействующие. В газовом хозяйстве они получили большое распространение.

В регуляторе непрямого действия разница между настройкой и действительным значением регулирующего параметра преобразовывается в пневматический, электрический и другие сигналы, которые усиливаются и подаются на исполнительное устройство, перемещающее исполнительный (регулирующий) орган. Как усилитель, так и исполнительное устройство имеют питание от постороннего источника.

В качестве исполнительного устройства используются клапаны различных конструкций и реже дроссельные заслонки, применяющиеся лишь при небольших перепадах давления на регулирующем органе. Клапаны бывают одно- и двухседельные.

Для тупиковых сетей широко используют односедельные клапаны, так как они обеспечивают надежное отключение при отсутствии отбора газа. Однако одностороннее усилие, действующее на клапан, затрудняет процесс регулирования и увеличивает влияние изменения давления до регулятора на выходное давление. Максимальный подъем затвора выбирают таким образом, чтобы проход газа был не меньше, чем проход в седле клапана. Односедельные клапаны выполняются жесткими и мягкими, при этом используют прокладку из кожи или газостойкой резины. Для более равномерного изменения сечения клапана применяют специальную форму клапана в виде продольных окон или круговых отверстий.

Двухседельные клапаны являются разгруженными. Их применяют с пробковыми и цилиндрическими затворами. В пробковом затворе дросселирующая поверхность представляет собой поверхность вращения. Отсутствие острых кромок благоприятно при течении плохо очищенного газа. Двухседельные клапаны выпускают частично разгруженными, так как для упрощения их монтажа одно из седел изготовляют меньшего диаметра. Клапаны мало герметичны, что объясняется неравномерностью износа седел, сложностью притирки затвора одновременно к двум седлам, а также неравномерностью температурного расширения затвора и седла. Полностью закрытый двухседельный клапан допускает утечку до 4% максимального расхода, поэтому его можно применять лишь на тех участках газопровода, где постоянно расходуется газ.

В настоящее время применяют шаровые регулирующие устройства. Затвор представляет собой шар со сквозным отверстием, перемещающимся относительно седел вокруг оси, перпендикулярной к оси прохода в седлах. Уплотнительный контакт бывает естественным и принудительным. Естественный контакт реализуется за счет упругих свойств седла и давления среды, прижимающей затвор-шар к седлу. В случае принудительного контакта используются упругие элементы.

Шаровые регулирующие устройства, полнопроходные или с суженным проходом, имеют большие диапазоны регулирования. Все регулирующие устройства аттестуют по расходной характеристике. Номинальная величина расхода газа при максимальном перемещении затвора (при максимальной площади прохода) называется условной пропускной способностью. Ее значения внесены в технический паспорт регулятора. Зависимость изменения пропускной способности , отнесенной к условной пропускной способности клапана , от перемещения затвора  называют пропускной характеристикой регулирующего устройства. Пропускные характеристики могут быть линейными или нелинейными. Среди нелинейных выделяют равнопроцентную характеристику, когда приращение пропускной способности по ходу пропорционально ее текущему значению. Зависимости заслоночных и шаровых регулирующих органов – нелинейные. Своеобразную характеристику имеют шланговые и диафрагменные регулирующие устройства.

Перестановку клапана осуществляют с помощью привода. При передвижении штока, соединенного с приводом, происходит изменение проходного сечения. В регуляторах давления газа широко применяют пневматические мембранные приводы. Для настройки привода используют пружины или груз.

Чаще всего применяют регулирующие клапаны с линейной (сплошные профилированные плунжеры) и параболической (цилиндрические пустотелые плунжеры с продольными окнами) характеристиками.

В основном используют клапаны трех типов:

  1.  чугунные на условное давление 1,6 МПа и рабочую температуру до 200 С с плунжером из нержавеющей стали или бронзы;
  2.  стальные на условное давление 4 и 6,4 МПа из углеродистой или нержавеющей стали для максимальных рабочих температур до 200 С;
  3.  стальные на условное давление 10 МПа из углеродистой или нержавеющей стали для максимальных рабочих температур до 200 С.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

РЕГУЛЯТОРОВ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Конструкция регуляторов давления газа должна отвечать следующим требованиям:

  •  колебание регулируемого выходного давления газа (после регулятора) не должно превышать ±10% без перенастройки при изменении расхода газа на всем диапазоне регулирования и колебании входного давления (до регулятора) на ±25%;
  •  минимальный регулируемый расход газа для односедельных клапанов должен быть не более 2% и для двухседельных клапанов не более 4% максимального расхода;
  •  относительная нерегулируемая утечка газа через закрытые затворы двухседельных клапанов допускается не более 0,1% номинального расхода, для односедельного клапана она не допускается;
  •  регуляторы давления должны поставляться со сменными пружинами или грузами, обеспечивающими настройку выходного давления в пределах заданного диапазона, и по требованию заказчика со сменными клапанами и седлами, допускающими изменение настройки регулятора по пропускной способности в пределах заданного диапазона.

Основной регулятор давления следует выбирать по максимальному расчетному расходу газа потребителями и требуемому перепаду давления при редуцировании. Пропускную способность регулятора давления следует принимать на 15-20% больше максимального расчетного расхода газа.

На ГРС широко применяют пневматические изодромные регуляторы 04-МСТМ-410 и пропорциональные регуляторы типа РД в комплекте с мембранными регулирующими клапанами.

Пневматические регуляторы типа РД просты по конструкции, надежны в работе, устойчивы против внутреннего обмерзания и засорения сопла. Пропорциональный закон регулирования в приборе достигается за счет пропорционального перемещения заслонки относительно сопла.

УСТРОЙСТВО ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫХ ПУНКТОВ

Газорегуляторные пункты и газорегуляторные установки (ГРУ) являются автоматическими устройствами и выполняют следующие функции:

  •  снижают давление газа, поступающего из газопровода, до заданной величины;
  •  поддерживают заданное давление на выходе независимо от потребления газа и его давления перед регуляторными пунктами и установками;
  •  прекращают подачу газа при повышении или понижении давления после регуляторных пунктов и установок сверх заданных пределов;
  •  очищают газ от механических примесей;
  •  производят учет количества газа.

ГРП могут быть сетевыми, питающими городскую газораспределительную сеть низкого и среднего давления, и объектовыми, подающими газ необходимого давления промышленным и коммунальным потребителям.

ГРП состоят из следующих основных узлов:

  1.  узла регулирования давления газа с предохранительно-запорным клапаном и обводным газопроводом (байпасом);
  2.  предохранительного сбросного клапана;
  3.  контрольно-измерительных приборов;
  4.  продувочных трубопроводов.

Газ высокого или среднего давления входит в ГРП и поступает в узел регулирования, в котором по ходу движения газа располагают:

  1.  входное отключающее устройство для отключения основной линии;
  2.  фильтр для очистки газа от различных механически примесей;
  3.  предохранительный запорный клапан, автоматически отключающий подачу газа потребителям в случае выхода из строя регулятора давления газа;
  4.  регулятор, который снижает давление газа независимо от расхода газа потребителями;
  5.  выходное отключающее устройство.

Выходное давление из ГРП контролируется предохранительным запорным клапаном (ПЗК) и предохранительным сбросным клапаном (ПСК). ПЗК контролирует верхний и нижний пределы давления газа, а ПСК – только верхний. ПСК настраивается на меньшее давление, чем ПЗК, поэтому он срабатывает первым.

Если отказал регулятор давления, клапан ПСК сработал, а давление в сетях продолжает расти, то сработает ПЗК. Он перекроет газопровод перед регулятором давления и прекратит подучу газа потребителям. ПЗК сработает и при недопустимом снижении давления газа, которое может произойти при аварии на газопроводе. При устранении аварии ПЗК приводится в рабочее состояние не автоматически, а только обслуживающим персоналом.

Клапан ПСК настраивается на давление, превышающее регулируемое на 15%. Верхний предел настройки ПЗК принимают на 25% выше регулируемого давления после ГРП. Нижний предел – минимально допустимое давление газа в сети.

Для бесперебойного снабжения потребителей газом при выходе из строя регулятора давления, замене, осмотре или ремонте оборудования предусмотрен обводной газопровод (байпас). Регулирование давления газа на байпасе производят вручную. Для этого на байпасе устанавливают последовательно кран и задвижку.

Кран работает в положениях «открыто» - «закрыто» и не может быть использован для регулирования давления. Ручное регулирование давления осуществляется с помощью задвижки.

Не ГРП может быть несколько линий редуцирования, число которых зависит от расчетного расхода газа и режима его потребления. При наличии двух и более линий байпас обычно не монтируют, а во время ремонта одной из них газ поступает через другие линии. В ГРП с входным давлением более 0,6 МПа или ГРУ с расходом газа более 5000 м3/ч, а ШРП – с расходом газа свыше 100 м3/ч должны оборудоваться двумя линиями редуцирования вместо байпаса.

ГРП могут быть одно- или двухступенчатыми. В одноступенчатом ГРП входное давление газа редуцируют до выходного в одном регуляторе, в двухступенчатом – двумя последовательно установленными регуляторами. При этом регулятор первой ступени компонуют с фильтром и ПЗК, регулятор второй ступени фильтра может не иметь. Одноступенчатые схемы ГРП обычно применяют при разности между входным и выходным давлением до 0,6 МПа, при большем перепаде предпочтительнее двухступенчатые схемы редуцирования.

Газорегуляторные пункты выполняются по типовым проектам. Типовые проекты выполнены на базе универсальных регуляторов давления, используемых в промышленности.

Для очистки газа на ГРП устанавливают волосяные и сетчатые фильтры. При условных диаметрах больше 50 мм применяют волосяные фильтры, а при диаметрах 50 мм и менее – сетчатые.

Пропускная способность фильтра должна определяться исходя из максимального допустимого перепада давления на его кассете, что должно отражено в паспорте на фильтр.

Волосяные фильтры выпускают двух модификаций с максимальным давлением до 0,6 МПа и до 1,2 МПа. Перепад давления на кассете фильтра не должен превышать 10 кПа. Если он будет больше, то необходима очистка фильтра. В условиях эксплуатации перепад давления на фильтре обычно не превышает 3000…5000 Па. Перепад давления контролируется дифманометром ДСП-780 Н.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1.  Земенков Ю. Д. Газовые сети и хранилища. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. 359 с.
  2.  Бобровский С. А. Газовые сети и газохранилища. М.: «Недра», 1980. 413 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59997. Украина в годы правления Ивана Выговского 63.5 KB
  Охарактеризовать основные причины условия Гадячского договора и его последствия для украинских земель выяснить причины и последствия украино-московской войны 1658-1659гг определить основные причины поражения украинского войска под руководством Выговского...
59998. ВИХОВНА ГОДИНА З ЕЛЕМЕНТАМИ НАРОДОЗНАВСТВА «МОВА, МАМА, ПІСНЯ НА РІДНІЙ ЗЕМЛІ» 1.37 MB
  Дитинство пахне яблуками й медом І матіолою п’янкою під вікном І хмарами що так гойдають небо Дитячим довгим безтурботним сном. В світі все минає тільки зостається Мова мама пісня на рідній землі.
59999. Опис досвіду роботи з виховання особистості 173 KB
  Розбудова української держави ставить на порядок денний надзвичайно важливе і невідкладне завдання виховання нового покоління здатного не тільки осягнути загальнолюдський зміст сутності існування людини а й творчо вирішувати їх згідно з духом свого часу.
60000. Координатна площина. 6 клас 1.54 MB
  Мета уроку: навчити учнів будувати точку за її координатами і визначати координати точки позначеної на координатній площині Задачі уроку: ознайомити учнів з прямокутною системою координат на площині; навчити орієнтуватися на координатній площині...
60001. Випадкові події 92 KB
  Визначення подій: подія А яблуко яке взяли червоне або подія В яблуко яке взяли зелене ; 2визначення того яка подія швидше відбудеться А або В якщо у кошику 7 червоних і 2 зелених яблука тобто імовірність події 3 визначення...
60003. Витинаночка. Твір-опис процесу праці за власним спостереженням в художньому стилі (письмово) 1.62 MB
  Це мистецтво витинанки. Тож сміливо беріть у руки ножиці папір олівець і вирушайте у світ витинанки. Робота в групах До сьогоднішнього уроку справно готувалися групи Дослідників-пошуковців Мистецтвознавців Літературознавців Майстрів-інструкторів...