Система производства и распределение энергоносителями промышленных предприятий

Система производства и распределение энергоносителями промышленных предприятий

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

Киевский политехнический институт

Кафедра теоретической и промышленной  теплотехники

Контрольная работа

с дисциплины  “Система производства и распределение

энергоносителями промышленных предприятий”

                                                                                          Выполнил: студент 5 курса,                                                                                                   

                                                                                           гр. ЗТП – 21, ТЭФ

                                                                                           Глянь В. В.

                                                                                           зач. книжка №  2101          

                                                                                           вариант № 2                                                

                                                                                            проверила:

                                                                                           Фуртат И.Э.                                   

2007

Задача 1.

Определить относительную плотность газа, следующего состава:

 Влагосодержание

Дано:

Решение:

1)   Проверяем правильность задания состава газовой смеси:

            2) Определяем коэффициент пересчета

3)   Состав влажного газа:

4)   Процентное содержание водяного пара в газовой смеси:

5)   Относительная плотность газа:

            Ответ:

            Задача 2.

            Определить суточную пропускную способность магистрального газопровода, если по нему транспортируется горючий газ при средней температуре 15⁰ С. Состав газа:  Влагосодержание   Длина расчетного участка Z = 32 км, начальное давление Р_н =4,1 МПа, конечное давление Р_к = 2,6 МПа, абсолютные  давления, внутренний диаметр газопровода D_вн = 0,704 м.

            Дано:

Z = 32 км;

Р_н =4,1 МПа;

Р_к = 2,6 МПа;

D_вн = 0,704 м.

Решение:

1)   Проверяем правильность задания состава газовой смеси:

2) Пересчет состава сухого газа на влажный:

            3) Состав влажного газа:

4)   Процентное содержание водяного пара в газовой смеси:

           5) Для определения , составим таблицу 1.

Таблица 1. К определению

Наименование

0,92872

-82,1

190,9

177,293

4,493

4,173

16

14,86

0,01778

32,3

305,3

5,428

4,728

0,084

30

0,533

0,00395

95,7

368,7

1,456

4,25

0,017

44

0,174

0,00099

152,8

425,8

0,422

3,502

0,00346

58

0,057

0,00099

197,2

470,2

0,465

3,237

0,0032

72

0,071

0,00099

31,1

304,1

0,301

7,397

0,00732

44

0,044

0,03458

-147,1

125,9

4,354

3,394

0,117

28

0,968

0,012

374,12

647,12

7,765

22,12

0,265

18

0,216

16,923

6)   Среднее абсолютное давление на расчетном участке:

7)   Среднеприведенное абсолютное давление:

8)   Среднеприведенная абсолютная температура:

             Определяем  по графику  [2, с.26].

9)   Плотность газа при н.у.

10)  Относительная плотность газа

                 Задаемся

11) Суточная пропускная способность МГ

 При  и

12)  при рабочих условиях,

13) Проверяем

Средняя скорость газа на расчетном участке

Коэффициент кинематической вязкости

 определяем из уравнения

Из таблицы 1

тогда

или

14) Число Рейнольдса

15) Проверяем  по формуле Альтшуля

а задавались

16) Перезадаемся ­­­­­­

 при  и

Задача 3.

Определить потери давления на преодоление сил трения в газопроводе низкого давления из водогазопроводных труб, имеющего размеры  , длиной l = 130 м  при расходе природного газа , температура газа 20⁰С. При расчетах принять , .

Дано:

l = 130 м

t_г = 20 ⁰C

_{Решение:}

1)   Внутренний диаметр газопровода.

2)   Скорость газа при нормальных условиях

3)   Число Рейнольдса

4)   Коэффициент трения

5)   Потери давления на трение

6)   Расход газа при рабочих условиях

7)   Скорость газа при рабочих условиях

8)   Число Рейнольдса при рабочих условиях

.

9)   Коэффициент трения с учетом рабочих условий

10)  Потери давления на трение с учетом рабочих условий

где

при нормальных условиях 

при рабочих условиях 

,

т.е.  увеличились на 5,51мм вод. ст.(), чем можно пренебречь.

Задача 4.

Определить избыточное давление горючего газа перед горелкой, если в газопроводе низкого давления расход газа составляет . Размеры газопровода и местные сопротивления принять следующие: , , l₁ = 90 м, l₂ = 15 м. Избыточное давление в начале газопровода для всех вариантов Р_изб. = 4 кПа, длина одной трубы для монтажа газопровода 10 м. Состав газа:  Влагосодержание

            Как изменится избыточное давление газа перед горелкой, если газопровод проложить под углом 45⁰ (возвышение к горелке)?

Дано:

l₁ = 90 м

l₂ = 15 м

Р_изб. = 4 кПа

Р_гор. - ? 

Решение:

            Плотность и коэффициент кинематической вязкости для данного состава газа принимаем из задачи № 2:       

      Так как на расчетной схеме разные диаметры, то разбиваем схему на расчетные участки:

 1) 1 – вый участок l₁ = 90 м:       

коэффициент местного сопротивления

- задвижка с параллельным затвором при    →

Скорость газа в сечении газопровода:

Число Рейнольдса:

Коэффициент трения:

Потери давления на трение:

Потери давления газа на преодоление местных сопротивлений 1 – го участка:

Общие потери на 1 – вом участке:

2) 2 – oй участок l₂ = 15 м:           

коэффициент местного сопротивления

- внезапный переход (сужение)  при    →

        Скорость газа в сечении газопровода:

Число Рейнольдса:

Коэффициент трения:

Потери давления на трение:

Потери давления газа на преодоление местных сопротивлений 2 – го участка:

Общие потери на 2 – ом участке:

3) Избыточное давление горючего газа перед горелкой:

4) Газопровод проложен под углом 45⁰ (возвышение к горелке):

Разность высот:

Поправка на гидростатическое давление:

          Избыточное давление горючего газа перед горелкой (при расположении газопровода под углом 45⁰):

Задача 5.

        По газопроводу, имеющему размеры , подается 30·10³ м³/ч горючего газа. Длина газопровода 4000 м.

           Определить давление газа у потребителя, если абсолютное давление газа в начале газопровода составляет Р₁ = 4,2 кгс/см²;

Состав газа:  Влагосодержание   

                                                                Решение:

1 – вый способ по номограмме:

1.   Вводим поправку на коэффициент уменьшения длины К = 100.

2.   На шкале расхода откладываем точку Q_н = 30·10³ м³/ч, на размерной шкале – точку  и проводим линию до пересечения системной линией.

3.   На шкале длин откладываем точку   и проводим линию до пересечения с системной линией.

4.   На пересечении с линией разницы давления находим   и умножаем на поправочный коэффициент 

5.   Давление газа у потребителя:

2 – ой способ:

Внутренний диаметр:

Задаемся 

Расход газа при рабочих условиях:

Скорость газа при рабочих условиях:

Число Рейнольдса:

Коэффициент трения:

           _{Секундный расход газа:}

          _{Подставляем все величины:}

Тогда

      где  Р₁ = 4,2 кгс/см² = 411879 Па;     

Задались      получили          

Ответ:  

Задача 6.

         Произвести гидравлический расчет тупиковых газопроводов среднего давления для транспортирования горючего газа (, ). Схема газопровода показана ниже. Абсолютное давление газа после ГРС составляет 500кПа.

Потребитель

Расчетный расход, м³/ч

Минимальное абсолютное давление, кПа

А

1800

250

Б

250

280

В

1700

340

ГРП

1500

270

Решение:

1.   Длина расчетных участков с учетом наличия сопротивления:

     Результаты расчета записываем в табл. 2.

Таблица 2. Исходные данные и результаты расчета.

Расчетный участок

Расчетный расход, Q_расч., м³/ч

Длина, м

Абсолютное давление, кПа

Сопротивление

на расчетном участке Р_н – Р_к,      кПа

начальное,

Р_н, кПа

конечное,

Р_к, кПа

1

2

3

4

5

6

7

8

1 – 2

5250

250

275

500

353,55>340

146,45

2 – 3

1800

200

220

353,55

291,007>250

62,007

2 – 5

3450

450

495

353,55

340,584>340

12,966

5 – 4

250

250

275

340,584

330,904>280

9,68

5 – 6

1700

350

385

340,584

340 = 340

0,584

5 – 7

1500

100

110

340,584

304,955>270

35,629

2. Рассчитываем участок 1 – 2.

         Определяем самого  дальнего потребителя для газа, поступающего через участок 1 – 2, - это  потребитель В.

       Расчетная длина до потребителя В:

     Расчетный расход газа на участке 1 – 2:

    Минимальное абсолютное давление у потребителя В составляет Р_к = 340 кПа, начальное давление на участке 1 – 2 – Р_н = 500 кПа.

     Определяем по номограмме конечное давление газа:

уменьшаем длину расчетного участка в 100 раз:

Рассчитываем разность  :

Уменьшаем полученное значение в 100 раз:

По номограмме определяем точки, соответствующие значениям  (Д) и  (И), и через них проводим прямую линию, которая пересечет вспомогательную ось графика J (А). Проводим прямую линию через точки, соответствующиена оси ,  (Е) и точку (А), которая пересечет ось  в точке (В). На оси  выбираем ближайшую точку в сторону увеличения диаметра (Б), соответствующую выпускаемому размеру трубопровода. Размер газопровода будет . Через точку (Б) на оси  и точку (Е) на оси  проводим прямую до пересечения с осью J (Г). Полученная точка (Ж) на оси будет соответствовать результату .

   Увеличим значение  в 100 раз;

   Вычислим фактическое давление в конце участка 1 – 2:

      Сопротивление на участке 1 – 2:

     Проверяем, чтобы давление газа в конце участка 1–2  было не меньше минимального давления у потребителя В:

2. Рассчитываем участок 2–5.

     Самый дальний потребитель – В.  Расчетная длина до потребителя В составит:

     Уменьшаем длину расчетного участка в 10 раз:

     Расчетный расход газа на участке 2 – 5:

      Минимальное абсолютное давление у потребителя В:

       Начальное абсолютное давление на участке 2–5 равно конечному абсолютному давлению на участке 1–2:

  Рассчитываем разность  :

  Уменьшаем полученное значение в 10 раз:

По номограмме определяем  и

Увеличим значение  в 10 раз;

       Конечное давление в конце участка 2 – 5:

      Сопротивление на участке 2 – 5:

     Проверяем давление в конце участка 2–5:

3. Рассчитываем участок 2–3.

Расчетная длина:  

Расчетный расход газа: 

Минимальное абсолютное давление у потребителя A: 

Начальное абсолютное давление на участке 2–3 равно конечному абсолютному давлению на участке 1–2 :

Рассчитываем разность  :       

Уменьшаем длину расчетного участка в 10 раз:  

Уменьшаем  в 10 раз: 

По номограмме определяем  и

Увеличим значение  в 10 раз;

       Конечное давление в конце участка 2 – 3:

      Сопротивление на участке 2 – 3:

     Проверяем давление в конце участка 2–3:

4. Рассчитываем участок 5–6.

Расчетная длина:  

Расчетный расход газа: 

Минимальное абсолютное давление у потребителя В: 

Начальное абсолютное давление на участке 5–6 равно конечному абсолютному давлению на участке 2–5 :

Рассчитываем разность  :       

Уменьшаем длину расчетного участка в 10 раз:  

Уменьшаем  в 10 раз:    

По номограмме определяем  и

Увеличим значение  в 10 раз;

       Конечное давление в конце участка 5 – 6:

      Сопротивление на участке 5 – 6:

     Проверяем давление в конце участка 5–6:

5. Рассчитываем участок 5–4.

Расчетная длина:  

Расчетный расход газа: 

Минимальное абсолютное давление у потребителя Б: 

Начальное абсолютное давление на участке 5–4 равно конечному абсолютному давлению на участке 2–5 :

Рассчитываем разность  :       

Уменьшаем длину расчетного участка в 10 раз:  

Уменьшаем  в 10 раз:    

По номограмме определяем  и

Увеличим значение  в 10 раз;

       Конечное давление в конце участка 5 – 4:

      Сопротивление на участке 5 – 4:

     Проверяем давление в конце участка 5–4:

6. Рассчитываем участок 5–7.

Расчетная длина:  

Расчетный расход газа: 

Минимальное абсолютное давление у потребителя ГРП: 

Начальное абсолютное давление на участке 5–7 равно конечному абсолютному давлению на участке 2–5 :

Рассчитываем разность  :       

Уменьшаем длину расчетного участка в 10 раз:  

Уменьшаем  в 10 раз:    

По номограмме определяем  и

Увеличим значение  в 10 раз;

       Конечное давление в конце участка 5 – 7:

      Сопротивление на участке 5 – 7:

     Проверяем давление в конце участка 5–7:

Задача 7.

             В газопроводе низкого давления находится объем  природного газа с температурой  и относительной влажностью  .

            Определить размеры цилиндрического конденсатосборника, приняв высоту равной диаметру, если газ охладить до температуры  . Относительную влажность газа  оставить без изменения. Плотность газового конденсата принять .

Дано:

Решение:

1. Определяем содержание водяных паров в состоянии насыщения:

При             

При               

     2.    Фактическое содержание при  составляет:

     3.   Фактическое содержание при  составляет:

     4.    Удельное количество водяного пара, которое выпадает в виде конденсата:

     5.     Общее количество выпавшего конденсата:

      6. Объем конденсата:

7.   Диаметр необходимого конденсатосборника определяем из формулы:

где h –  высота конденсатосборника, м.

            По условию h=d. Тогда

         8. Высота конденсатосборника:  

Ответ: 

Задача 8.

      Определить годовой расход природного газа на отопление и естественную вентиляцию здания, имеющего наружные размеры , если оно отапливается от ТЭЦ. Средняя температура наружного воздуха за отапливаемый период составляет . Продолжительность отапливаемого периода  месяцев. При расчетах принять . Теплоту сгорания газа определить из состава газа, согласно варианта:           

Решение:

           1. Теплоту сгорания газа определяем как сумму произведений величин теплоты сгорания горючих компонентов на их объемные доли.

       Из задачи 1 объемные доли рабочего состава газа следующие:

Теплота сгорания газа:

     2. Определяем  наружный объем здания:

     3. Годовой расход газа для отопления жилого здания составит:

где q₀ = 0,4 Вт/(м³ ·К) – удельная отопительная характеристика здания;  t_вн = 18⁰C – расчетная температура внутри жилого здания; t_н.cp = 3⁰C – средняя температура наружного воздуха за отапливаемый период;  - КПД отопительной установки (при отоплении от ТЭЦ).

        4. Годовой расход газа на естественную вентиляцию здания в связи с потерей теплоты через вентиляционные каналы:

где  q_в = 0,3 Вт/(м³ ·К) – удельная вентиляционная характеристика здания.

5. Годовой расход газа на отопление и вентиляцию:

Ответ:  

Задача 9.

            Определить количество сероводорода или диоксида углерода, которое можно извлечь из  загрязненного природного газа, если количество затраченного водного раствора моноэтаноламина составляет m = 21 кг, а концентрация моноэтаноламина в водном растворе – n = 20%.

Решение:

1.   Количество затраченного 100% моноэтаноламина составит:

2.   Молекулярная масса моноэтаноламина с учетом уравнивающего коэффициента:

3.   Молекулярная масса:

4.   Количество H₂S, которое можно извлечь из 4,2 кг 100% (C₂H₅O)NH₂ определим из пропорции:

Отсюда

5. Аналогично рассчитаем количество CO₂:

Отсюда

где

Ответ: