131

Саратовский государственный технический университет

Специальность Теплогазоснабжение и вентиляция

Кафедра Теплогазоснабжение и вентиляция

Дипломный проект

Газоснабжение рабочего поселка на 8.5 тыс. жителей

Пояснительная записка

Проект выполнен

студ. Щербаков Д.А.

Руководитель проекта

Усачев А.П.

Содержание

Реферат

Ведение

Раздел 1. Характеристика объекта газоснабжения и исходные данные

1.1 Природные и инженерно-строительные условия

1.2 Источник газоснабжения

Раздел 2. Основные решения по газоснабжению

2.1 Система газораспределения

2.2 Газопроводы

2.3 Защита газопровода от коррозии

Раздел 3. Расчетные расходы газа

3.1 Годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения

3.2 Нормативные расходы газа

3.3 Годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения

3.4 Годовые расходы газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий

3.5 Годовой расход газа на горячее водоснабжение

3.6 Годовые расходы газа на промышленные нужды

3.7 Расчетные часовые расходы газа

3.8 Расчетные часовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды

3.9 Расчетные часовые расходы газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий

3.10 Расчетный часовой расход газа на горячее водоснабжение

3.11 Расчетные часовые расходы газа на промышленные нужды

Раздел 4. Гидравлический расчет

4.1 Подбор шкафного газорегуляторного пункта (ГРП)

4.2 Расчет кольцевой сети среднего давления

4.2.1 Гидравлический расчет газопровода в отделении для сушки кирпича

4.3 Гидравлический расчет тупиковой дворовой сети низкого давления

Раздел 5. Патентный поиск

5.1 Вводная часть

5.2 Изучение и анализ конструкций блочных котельных

5.2.1 Конструкция блочной котельной

5.2.2 Конструкция водонагревателя

5.2.3 Конструкция котельной установки

5.3 Выбор блочной котельной

Раздел 6. Технико-экономическое обоснование

6.1 Выявление оптимальной трассировки межпоселкового распределительного газопровода

6.2 Выбор оптимального количества очередей строительства газораспределительной станции

6.3 Определение оптимальной мощности и радиуса действия газорегуляторного пункта

Раздел 7. Газооборудование блочной котельной

7.1 Внутреннее газооборудование сушильного отделения

Раздел 8. Автоматика регулирования и безопасности газовых агрегатов

8.1 Общие положения

8.2 Автоматика и КИП сушильного отделения

Раздел 9. Организация строительства

9.1 Выбор методов производства работ

9.2 Расчет потребности в основных строительных материалах, деталях и оборудовании

9.3 Расчет сетевого графика

9.4 Расчет стройгенплана

9.5 Расчет потребности во временных сооружениях

9.6 Определение потребности строительства в воде, электроэнергии, сжатом воздухе

9.7 Расчет потребности сжатого воздуха для продувки и опрессовки трубопроводов

9.8 Решения по технике безопасности

9.9 Технико-экономические показатели

Раздел 10. Эргономические основы безопасной эксплуатации системы газоснабжения станции

10.1 Анализ возможных опасных и вредных факторов при эксплуатации системы газоснабжения

10.2 Разработка организационных и технических мероприятий по обеспечению безопасной эксплуатации системы газоснабжения

10.3 Техника безопасности

10.4 Пожарная безопасность

Раздел 11. Экономика строительства

Раздел 12. Экологическая экспертиза проекта

12.1 Характеристика объекта

12.2 Воздействие объекта на атмосферный воздух

12.3 Расчет аварийного выброса

12.4. Расчет выбросов загрязняющих веществ при вводе газопровода в эксплуатацию

12.5 Воздействие отходов на состояние окружающей природной среды

12.6 Мероприятия по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

Заключение

Список использованных источников

Реферат

Пояснительная записка содержит 127 страниц, 22 таблицы, 8 рисунков, 16 источников литературы, графическая часть содержит 11 листов формата А1.

СХЕМА ГАЗОСНАБЖЕНИЯ, ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЕ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, НОРМАТИВНЫЕ РАСХОДЫ ГАЗА, ЧАСОВОЙ РАСХОД ГАЗА, ГОДОВОЙ РАСХОД ГАЗА, ГАЗОПРОВОД, ГОЛОВНОЙ ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫЙ ПУНКТ, РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ.

Объектом разработки проекта газоснабжения является посёлок на 8,5 тыс. жителей.

Цель проекта - разработка системы газоснабжения для нужд населения, коммунально-бытовых потребителей и промышленных предприятий.

В данном проекте необходимо определить годовые и часовые расходы газа на различные нужды, выполнить гидравлический расчет систем среднего и низкого давления. В проекте выполнено технико-экономическое обоснование проектных решений, включены разделы экономики, организации строительства. Предусмотрены мероприятия по организации и безопасности строительства.

Den Bericht

Der erklrende Zettel enthelt 127 Seiten, 22 Tabellen, 8 Zeichnungen, 16 Quellen der Literatur, der graphische Teil enthelt 11 Bilder des Formates А1.

Die hydraulische Rechnung, die Organisation des Baues, die normativen Kosten(Aufwдnde) des Gases, die Uhrkosten(Aufwand) des Gases, die jдhrliche Kosten(Aufwand) des Gases, das Gasleitungsnetz, den Regler des Druckes(Blutdruck).

Ein Objekt der Erarbeitung des Projektes газоснабжения ist die Siedlung auf 8,5 tausend Bewohner.

Das Zweck des Projektes - die Erarbeitung des Systemes газоснабжения fьr die Bedьrfnisse der Bevцlkerung, der коммунально-haushaltskunden und der industriellen Betriebe.

Im gegebenen(vorliegenden) Projekt braucht man jдhrlich und die Uhrkosten(Aufwдnde) des Gases auf verschiedene Bedьrfnisse zu bestimmen, die hydraulische Rechnung der Systeme des mittleren und niedrigen Druckes(Blutdruck) zu erledigen. Im Projekt ist die technisch-ekonomische Begrindung der Projektbeschille erledigt, es sind die Abteilungen(Teile) der ekonomik, der Organisation des Baues eingeschlossen. Es sind die nahmen nach der Organisation und der Sicherheit des Baues vorgesehen.

Введение

В обеспечении страны необходимым количеством высококачественного топлива ведущая роль, как и прежде будет принадлежать газовой промышленности.

Современные системы газоснабжения представляют собой сложный комплекс, состоящий из газораспределительных станций (ГРС), газовых сетей высокого, среднего и низкого давления, газорегуляторных пунктов и установок (ГРП и ГРУ), и предназначены для обеспечения газообразным топливом населения, коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных потребителей.

Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную и безопасную подачу газа потребителям, отличаться простотой и удобством в эксплуатации и предусматривать возможность отключения отдельных ее элементов для производства профилактических, ремонтных и аварийно-восстановительных работ.

Масштабы и темпы развития газовой промышленности и газоснабжаемых систем определяет добыча газа, который становится основным потребляемым топливом в стране. Природный газ является наиболее качественным топливом.

Структура энергопотребления в коммунально-бытовом секторе в России по качеству должна стремиться к мировой.

Цель дипломного проекта - углубление и закрепление знаний, полученных при изучении курса «Газоснабжение» и других дисциплин, практическое освоение методики проектирования, освоение навыков работы со СНиПами, ГОСТами, необходимой технической и нормативно-справочной литературой.

Дипломный проект выполнен согласно заданию руководителя проекта выданного 17 марта 2007г.

Раздел 1. Характеристика объекта газоснабжения и исходные данные

1.1 Природные и инженерно-строительные условия

Застройка населенного пункта предусмотрена различной этажности, в основном одно-двухэтажная. Центральная часть населенного пункта застроена трёх-, пятиэтажными домами.

Климатическая характеристика даётся на основании наблюдений метеостанции и [1].

Характерно неравномерное распределение осадков по сезонам года. Зима сухая, холодная с преобладанием ясной погоды. Лето тёплое и влажное с большим количеством осадков, особенно в августе.

Среднегодовое количество осадков составляет 577 мм. В тёплый период выпадает почти 86% осадков, зимой осадков выпадает мало. Средняя высота снежного покрова за зиму составляет 37 см.

Максимальные среднемесячные скорости ветра до 4-5 м/сек.

Основные климатические показатели приведены в таблице 1.1

В геологическом строении района принимают участие среднезернистые песчаники с прослоями алевролитов и глинистых сланцев мощностью 10,0 м.

Под почвенно-растительным слоем, слаборазложившимся торфом или насыпным грунтом мощностью 0,2-0,8 м залегают пылеватые суглинки с включением гравия и гальки до 25%, ниже по разрезу залегают галечнико-гравийные отложения с суглинисто-супесчаным заполнителем от 15 до 50% и включением валунов до 10%.

Грунтовые воды, приуроченные к галечниковым грунтам, залегают на глубине 6-8 м от поверхности, обладают местами напором до 3,0 метров. В интервале глубине 1-4 м встречаются воды типа «верховодка».

Таблица 1.1 - Климатические показатели.

Наименование параметра	Значение параметра	Примечание
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, 0С	- 19	См. [1]
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, 0С	- 5
Продолжительность отопительного периода, суток	152
Средняя температура наружного воздуха отопительного периода, 0С	1,5
Глубина промерзания грунта,м	1,4 - 1,6

1.2 Источник газоснабжения

Низшая теплота сгорания природного газа 34861 кДж/м³.Усредненный состав природного газа приведен в таблице 1.2.

Таким образом, низшая теплота сгорания природного газа данного состава составляет , а плотность .

Система газоснабжения поселка принята двухступенчатая. Давление на выходе из ГРС 0,6 МПа. К газопроводу высокого давления 0,6 МПа подключаются все газифицируемые промышленные предприятия, котельные и проектируемые газорегуляторные пункты, через которые осуществляется подача газа населению.

Таблица 1.2 - Состав и характеристика газа.

Состав газа	Теплота сгорания,	Плотность,
Компоненты	Доля в общем объеме,
Метан	0,9263	35840	33198,6	0,7168	0,664
Этан	0,0363	63730	2313,4	1,3566	0,049
Пропан	0,0125	93370	1167,1	2,019	0,025
Бутан	0,0049	123770	606,5	2,703	0,013
Пентан	0,0011	146340	161	3,221	0,003
Азот	0,0189	-	-	1,2505	0,024
Итого	1,0	-	37446,6	-	0,778

В многоэтажной застройке схемой газоснабжения предусматривается использование всех существующих внутриквартальных

газопроводов. При этом от проектируемых ГРП по распределительным газопроводам низкого давления природный газ подается в существующие внутридворовые газовые сети с подключением их в местах выхода из групповых установок сжиженного газа. Схема газоснабжения станции Ярославская решена, исходя из расположения газораспределительной станции, планировки поселка и расположения крупных потребителей газа. Распределение газа проектируется по двухступенчатой схеме. К магистральному газопроводу подключаются ряд промышленных потребителей, котельные и газорегуляторные пункты для подачи газа давлением 0,003 МПа на индивидуально - бытовые нужды населения. Прокладка газопроводов низкого давления от газорегуляторных пунктов рекомендуется в основном надземная по фасадам зданий. Схема газоснабжения в основном тупиковая за исключением районов одноэтажной застройки, где предусматривается частичная закольцовка газопроводов низкого давления из условий гидравлического расчета с целью уменьшения диаметров газопроводов.

Подача газа на бытовые нужды отопления одноэтажной застройки осуществляется от ГРП по распределительным и внутриквартальным газопроводам. Использование газа в станции предусматривается:

- населению, проживающему в многоэтажной застройке - на приготовление пищи;

- населению, проживающему в одноэтажной застройке - на приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд, на нужды отопления;

- промышленным предприятиям - на технологические нужды, отопление и горячее водоснабжение.

Отопление и горячее водоснабжение коммунально- бытовых учреждений и многоэтажной жилой застройки осуществляется централизовано от котельных. Основные технико - экономические показатели по схеме газоснабжения приведены в разделе «Технико - экономическая часть».

Схема газоснабжения станции решена, исходя из расположения газораспределительной станции, планировки поселка и расположения крупных потребителей газа.

Раздел 2. Основные решения по газоснабжению

2.1 Система газораспределения

Схема газораспределения

Схема газораспределения населенного пункта решена исходя из условия расположения головного газорегуляторного пункта (ГГРП), характера планировки и застройки населенного пункта, расположения крупных сосредоточенных потребителей.

Распределение газа по населенному пункту от головного газорегуляторного пункта принятого по двухступенчатой схеме:

ступень - газопроводы среднего давления PN 0,3 МПа;

ступень - газопроводы низкого давления PN 0,003 МПа (300 даПа);

К газопроводам среднего давления подключаются газорегуляторные пункты шкафного типа, коммунально-бытовые и промышленные потребители, отопительные котельные.

Схема газопроводов среднего давления принята кольцевая и тупиковая.

К газопроводам низкого давления подключаются жилые дома, мелкие коммунально-бытовые потребители.

Схема газопроводов низкого давления принята тупиковая.

Для снижения давления газа со среднего PN 0,3 МПа до низкого PN 0,3 МПа в населенном пункте предусматривается строительство 12 газорегуляторных пунктов шкафного типа.

Схема распределения газа по потребителям населенного пункта проектируется на основе учета его современной планировки.

2.2 Газопроводы

Проектируемый газопровод среднего давления выполнен подземно из стальных труб, изготовленных в соответствии с требованиями стандартов и отвечающие требованиям [2] «Газораспределительные системы».

Трубы стальные [3] выпускаются отечественными заводами и имеют сертификат качества. Грунты по трассе газопровода относятся к среднепучинистым. Нормативная глубина сезонного промерзания грунта составляет 1,4 - 1,6 м. Глубина прокладки стального газопровода 1,35 м до верха трубы.

Проектируемый газопровод низкого давления выполнен надземно на опорах из стальных труб по [3], изготовленных в соответствии с требованиями стандартов и отвечающие требованиям [2] «Газораспределительные системы».

Для возможности отключения отдельных участков газопровода и ШРП предусматривается установка отключающих устройств. Места их установки представлены на листе 1.

Поземные и надземные стальные газопроводы, внутреннее газооборудование ШРП подлежат испытанию на герметичность.

В соответствии с требованиями правил охраны газораспределительных сетей вдоль трассы газопровода устанавливается охранная зона в виде территории ограниченной условными линиями, проходящими на расстоянии 2 м с каждой стороны газопровода, для ШРП - в виде территории, ограниченной замкнутой линией, проведенной на расстоянии 10м от ШРП

2.3 Защита газопровода от коррозии

Для защиты от атмосферной коррозии надземные участки газопровода покрываются двумя слоями грунтовки ГФ 021 и окрашиваются двумя слоями краски для наружных работ.

Электрохимическая защита газопроводов.

Электрохимическую защиту газопроводов среднего давления на стадии схемы намечается выполнить с помощью установок катодной защиты типа ОПС.

Для повышения эффективности катодной поляризации и увеличения зон действий катодных станций предусматривается установка изолирующих фланцевых соединений (ИФС).

Для систематического контроля и наблюдения за эффективностью систем защиты от коррозии предусматривается устройство контрольно-измерительных пунктов (КИП), которые устанавливаются на газопроводах, прокладываемых на территории населенного пункта через 200 м.

В качестве анодных заземлителей предусматривается использование чугунных труб диаметром 150мм.

Раздел 3. Расчетные расходы газа

3.1 Годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения

Годовой объем потребления газа населенным пунктом является основой для разработки проекта газоснабжения. Расчет газовой потребности следует производить по нормам на конец расчетного периода, с учетом перспектив развития потребителей газа.

Все виды потребления газа в населенном пункте условно разделяются на следующие группы:

1. Расход газа населением в квартирах для приготовления пищи и горячей воды.

2. Расход газа предприятиями коммунального хозяйства (баня, прачечная, больница, хлебопекарня, котельные).

3. Расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий от различных источников теплоснабжения (котельные, местные отопительные установки).

4. Расход газа на производственные нужды.

Годовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды населения зависят, в основном, от числа жителей и уровня благоустройства.

Численность газоснабжаемого населения.

Численность газоснабжаемого населения приведена в таблице 3.1.

3.2 Нормативные расходы газа

Удельные нормативные расходы тепла, отнесенные к различным измерителям, принимаются по [4] (приложение А) и производится их пересчет на газа по формуле

 (3.1)

где - удельный расход газа на единицу измерения;

- удельный расход тепла в на условную единицу измерений;

-низшая теплота сгорания газа, , принимается по таблице 1.2

Расчет сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 - Нормативные расходы газа на различные измерители.

Потребители газа	Измеритель, к которому отнесена норма.	Норма расхода газа в год.
1. Жилые дома.
1.1 На приготовление пищи (плита и централизованное горячее водоснабжение)	На 1 человека в год.	4100	109,5
1.2 На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных нужд, включая стирку белья(при отсутствии газового водонагревателя и централизованного горячего водоснабжения)	То же	6000	160,23
1.3 На приготовление пищи и горячей воды для хозяйственных и бытовых нужд, включая стирку белья(водонагреватель и плита)	То же	10000	267,0
2. Предприятия бытового обслуживания.
2.1 Прачечная	1 т сухого белья	18800	502,0
2.2 Баня	1 помывка	85	1,07
3. Предприятия общественного питания.
3.1 Столовая	1 обед	8,5	0,112
4. Учреждения здравоохранения.
4.1 Больница	На 1 койку в год	12400	331,14
5. Хлебопекарня.
5.1 На выпечку хлебобулочных изделий	На 1 шт.	5450	145,54

3.3 Годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения

На основе данных таблиц 5 и 6, а так же раздела 3.1.1 об охвате горячим водоснабжением, рассчитываются годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения по населенному пункту. К полученному газовому расходу добавляется расход газа на нужды предприятий бытового обслуживания, не указанных в таблице 6, который принимается в размере 5 % от годового расхода газа на индивидуально- бытовые нужды.

Расчет сводим в таблицу 3.2

Таблица 3.2 - Годовой расход газа на бытовые и коммунальные нужды.

№	Потребители	Количество измерителей	Норма расхода газа,	Годовой расход газа,
1	2	3	4	5
1	1. Индивидуально-бытовые нужды (жилые дома), в том числе	8500		983,25
2	1.1 Приготовление пищи (при централизованном горячем водоснабжении)	2690	109,5	441,75
3	1.2 Приготовление пищи и горячей воды (без водоподогревателя)	420	160,23	134,6
4	1.3 Приготовление пищи и горячей воды (при наличии газового водоподогревателя)	1100	267,0	440,55
5	Прочие 5% от 1.			20,015
6	2. Коммунально-бытовые нужды, в том числе			688,3
7	2.1 Прачечная	318,75 т сухого белья в год	502,0	160
8	2.2 Баня	110500 помывки	1,07	118,2
9	2.3 Столовая	обедов	0,112	260,6
10	2.4 Больница	85 коек в год	331,14	28
11	2.5 Хлебопекарня	т в год	145,54	338,7
12	Всего годовой расход газа по индивидуально- и коммунально-бытовым нуждам.	-	-	3613,965
13	Годовой расход газа по сосредоточенным потребителям (прачечная, баня, больница, хлебопекарня)	-	-	905,5
14	Годовой расход газа без сосредоточенных потребителей.	-	-	2708,465

Примечания:

1.Мощность механизированных прачечных принимается из условия, что услугами прачечной пользуются 25% всего населения микрорайона и на 1-ого человека в год приходится 150 кг сухого белья. Количество белья, стираемого в год, определяется по формуле (3.2):

Количество белья, стираемого в год, определяется по формуле (3.2):

(3.2)

2. Банями пользуется 25% населения и на одного человека в году приходится 52 помывки. Число помывок в год определяется по формуле (3.3)

(3.3)

3.Число жителей, пользующие услугами предприятий общественного питания составляет 25% всего населения микрорайона. Годовое количество завтраков, обедов и ужинов составляет:

4.Количество мест в больницах не нормируется, а определяется заказчиком. Принимаем 10 мест на 1000 жителей. Тогда количество коек составит:

(3.4)

5.Мощность хлебозавода принимается из расчета выпечки 0,75 кг в день на человека хлеба, хлебобулочных изделий на 1000 человек в год:

(3.5)

6.Расход газа предприятиями торговли и бытового обслуживания населения не производится и принимается в размере 5% от расхода газа жилыми зданиями.

3.4 Годовые расходы газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий

Годовой расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий определяется по формуле:

, (3.6)

где - годовой расход газа на отопление и вентиляцию, ;

- расчетная температура внутреннего воздуха, отапливаемых зданий, принимаемая равной 18 ;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, принимаемая равной -23 (смотреть таблицу 1.1);

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, принимаемая равной -23 (смотреть таблицу1.1);

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период, принимаемая равной -1,2 (смотреть таблицу 1.1);

- коэффициенты учитывающие расходы тепла на отопление и вентиляцию общественных зданий, принимаем соответственно 0,25 и 0,4;

- среднее число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течении суток, принимается равным 16 часам;

- продолжительность отопительного периода в сутках, принимается равным 173 дням (смотреть таблицу 1.1);

-жилая площадь отапливаемых зданий, принимается равной 18,0 ; .

- КПД отопительной системы, принимается для котельных 0,85, для местных отопительных установок 0,75;

- низшая теплота сгорания газа, принимается по таблице 1.2 и составляет 37446,6 ;

- укрупненный показатель максимального часового расхода тепла на отопление жилых зданий в на 1 жилой площади, принимается по [5] в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления. В нашем случае принимается =144.

Отапливаемая площадь общественных зданий определяется в размере 25% площади жилых зданий.

Для определения часового расхода на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий предварительно определяем источник теплоснабжения, т.к. они имеют различные КПД и сводим в таблицу 3.3

Таблица 3.3 - Распределение потребления тепла по источникам теплоснабжения.

Застройка по населенному пункту	Общая площадь зданий,	Источник теплоснабжения	КПД системы
		Котельная	Местные отопительные установки	Котельная	Местные отопительные установки
		%	Объем,	%	Объем,
1. Отопление жилых зданий.
Одноэтажная	5310	-	-	100	5310	-	0,75
Двух-, трехэтажная	20520	85	17442	15	3078	0,85	0,75
Четырехэтажная	4560	100	4560	-	-	0,85	-
2. Отопление общественных зданий.
Одноэтажная	1327,5	100	1327,5	-	-	0,85	-
Двух-, трехэтажная	5130	100	5130	-	-	0,85	-
Четырех-, пятиэтажная	1140	100	1140	-	-	0,85	-
3. Вентиляция общественных зданий.
Одноэтажная	531	100	531	-	-	0,85	-
Двух-, трехэтажная	2052	100	2052	-	-	0,85	-
Четырех-, пятиэтажная	456	100	456	-	-	0,85	-

Расчет годового расхода газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий для удобства и простоты целесообразно произвести, расчленив формулу 3.6 на 2 части:

Отопление и вентиляцию, а затем расчеты произвести с учетом источников теплоснабжения, указанных в таблице 3.3. Получим 4 составляющих:

-расход газа на отопление жилых зданий от котельной,тыс. /год

(3.7)

-жилая площадь, отапливаемая от котельной, (принимается по таблице 3.3);

- КПД отопительной системы жилых зданий от котельной (принимается по таблице 3.3)

- коэффициент перевода в



- расход газа на отопление жилых зданий от местных отопительных установок тыс. /год

(3.8)

- жилая площадь, отапливаемая местными приборами, (принимается по таблице 3.3);

- КПД отопительной системы местного отопления жилых зданий (принимается по таблице 3.3)

- расход газа на отопление общественных зданий от котельной, тыс. /год

(3.9)

- коэффициент, учитывающий расход тепла на отопление общественных зданий, в нашем расчете равен 0,25.

При этом - площадь отапливаемых общественных зданий (принимается по таблице 3.3);

- КПД системы отопления общественных зданий от котельной (принимается по таблице 3.3);

- расход газа на вентиляцию общественных зданий от котельной; тыс. /год

(3.10)

- коэффициент, учитывающий расход тепла на вентиляцию общественных зданий. При этом - это вентилируемая площадь общественных зданий.

- КПД системы вентиляции общественных зданий от котельной (принимается по таблице 3.3).

Всего расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий составляет:

3.5 Годовой расход газа на горячее водоснабжение

Годовой расход газа на централизованное горячее водоснабжение от котельной ()тыс. /год определяется по формуле:

(3.11)

где - укрупненный показатель среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение в с учетом общественных зданий, в нашем случае составляет 1151 ;

- число жителей, пользующихся горячим водоснабжением от централизованных источников, в нашем случае 8500 человек.

- число дней отопительного периода в сутках, нашем случае составляет 152 суток;

и - температура холодной воды в летний и зимний периоды в , при отсутствии данных принимается равным соответственно 15 и 5 ;

- коэффициент, учитывающий снижения расхода горячей воды в летний период, при отсутствии данных принимается равным 0,8;

- КПД котельной, в нашем случае равен 0,85 (принимается по таблице 3.3);

- теплота сгорания газа, в нашем случае по таблице 1.2 соответствует 37446,6 ;

350 - число суток работы горячего водоснабжения в году.



где - коэффициент перевода в .

Из общего расхода газа на горячее водоснабжение надо выделить расход газа за отопительный сезон ()тыс. /год и летний период ()тыс. /год.

(3.12)

(3.13)

3.6 Годовые расходы газа на промышленные нужды

Годовые расходы газа на промышленные нужды определены исходя из технической характеристики устанавливаемого газового оборудования.

Результаты расчетов годовых расходов газа по всем категориям потребителей связаны в таблицу 3.4, по сосредоточенным промышленным потребителям и котельным - в таблицу 3.5.

Таблица 3.4 - Годовые расходы газа по категориям потребителей.

Потребители	Газовый расход,
1. Индивидуально - бытовые нужды	1311
жилые дома.	1311
2. Прочие 5%	32,775
3. Коммунально - бытовые нужды, в том числе	305
Прачечная	79,07
Баня	58,4
Хлебопекарня	167,4
4. Учреждения здравоохранения, в том числе	14
Больница	14
5. Предприятия общественного питания, в том числе	128,8
Столовая	128,8
6. Отопление жилых и общественных зданий, в том числе	2415,5
Котельные	1282,2
Местные отопительные установки	1127,3
7. Промышленные потребители	21614
Всего по населенному пункту	27133

Таблица 3.5 - Годовые и расчетные часовые расходы газа по сосредоточенным коммунально-бытовым потребителям, производственным потребителям и котельным.

Наименование	Номер по генсхеме	Расход газа	Подключение к газопроводу
		Годовой	Часовой
Отопительная котельная
Котельная	1	12689,5	3095	0,6 МПа
Итого		12689,5	3095	0,6 МПа
Хлебопекарня	1	167,4	19,1	Среднее давление
Итого		167,4	19,1	Среднее давление
Больница	2	14	1,6	Среднее давление
Итого		14	1,6	Среднее давление
Баня	3	58,4	6,7	Среднее давление
Итого		58,4	6,7	Среднее давление
Всего		38853,1	9517,4

3.7 Расчетные часовые расходы газа

Система газопотребления для обеспечения бесперебойности снабжения потребителей должна рассчитываться на максимальный часовой расход газа.

3.8 Расчетные часовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды

Расчетные часовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды (), /ч следует определить, как долю годового расхода () по формуле:

(3.14)

где - коэффициент часового максимума (коэффициент перехода от годового расхода к максимальному часовому расходу газа). Значения на бытовые и мелкие коммунальные нужды приведены в таблице 2 [4].

Таблица 3.6 - Расчетный расход газа на бытовые и мелкие коммунальные нужды.

Число жителей, тыс. чел.	Коэффициент часового максимума	Расход газа
		Годовой,	Часовой,
8,5	0,00115	1587,6	139,7

Примечание. Годовой расход определен, как сумма расходов на нужды населения, предприятия общественного питания и предприятия бытового обслуживания и составляет:

Значение коэффициента часового максимума для предприятий коммунального хозяйства принимаются по таблице 3 [4] Расчет максимальных часовых расходов газа по этим потребителям приведен в таблице 3.7.

Таблица 3.7 - расчетные расходы газа для предприятий коммунального хозяйства.

Потребители.	Коэффициент часового максимума.	Расход газа.
		Годовой,	Часовой,
Прачечная	1/2900	79,07	27,3
Баня	1/2700	58,4	21,7
Хлебопекарня	1/6000	167,4	27,9
Итого	-	305	76,9

Примечание: для гидравлического расчета газопроводов принимаются расчетные часовые расходы газа по установленному оборудованию в бане и хлебопекарне.

3.9 Расчетные часовые расходы газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий

Максимальные часовые расходы газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий /ч определяется по формуле:

(3.15)

где - площадь отапливаемых или вентилируемых зданий, (принимается по таблице 3.3);

- укрупненный показатель максимального расхода тепла, , в нашем случае 726 .

- низшая теплота сгорания газа, в нашем расчете 37402,7 ;

- КПД системы, принимается по таблице 3.3.

3.10 Расчетный часовой расход газа на горячее водоснабжение

Расчетный часовой расход газа на горячее водоснабжение определяется по формуле:

; (3.16)

; (3.17)

где - расчетный часовой расход газа на горячее водоснабжение, _;

2 - коэффициент неравномерности;

- среднесуточный расход газа на горячее водоснабжение, определяется делением годового расхода газа за отопительный сезон () на число дней отопительного периода. ( - смотреть по таблице 1.1).

;

.

3.11 Расчетные часовые расходы газа на промышленные нужды

Эти расходы определяются с помощью коэффициента часового максимума, принимаемого в зависимости от режима работы и назначения потребления, приведены в таблице 3.5.

Раздел 4. Гидравлический расчет

4.1 Подбор шкафного газорегуляторного пункта (ГРП)

Газовое топливо должно подаваться потребителю под определенным давлением, поэтому газ подается через автоматические регулирующие устройства, которые поддерживают после себя заданное давление не зависимо от расхода газа, эти регулирующие устройства называются ГРП. Их назначение поддержание связи между газопроводами различных давлений путем автоматического регулирования давления газа, который поступает из газопровода с большим давлением в газопровод с меньшим давлением, и поддержание этого давления постоянным, независимо от колебания давления до ГРП и независимо от расхода газа. Применение ГРП шкафного типа (ШГРП) позволяет сократить протяженность сети низкого давления и увеличить более экономичное по металлоемкости сеть высокого и среднего давлений. Исходными данными для выбора ШГРП является расход газа, давление газа на выходе и на входе в ШГРП. Подбор ШГРП осуществляется для каждого квартала.

Подбор сводится в таблицу 4.1

Таблица 4.1 Подбор ГРП

Квартал	Марка ШГРП	Регулятор давления	Входное давление
1	2	3	4
1	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
2	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
3	ГРПН-1200	РДУК2Н-50 РДБК1-100	0,3
4	ГРПН-50	РДБК1-50	0,3
5	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
6	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
7	ГРПН-50	РДБК1-50	0,3
8	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
9	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
10	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
11	ГРПН-50	РДБК1-50	0,3
12	ГРПН-50	РДБК1-50	0,3
13	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
14	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
15	ГРПН-50	РДБК1-50	0,3
16	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
17	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
18	ГРПС-100С	РДУК2Н-100	0,1
19	ГРПН-50	РДБК1-50	0,3

4.2 Расчет кольцевой сети среднего давления

Газовые сети высокого и среднего давлений являются верхним уровнем системы газоснабжения. Наибольшее распространение получили кольцевые сети. Они имеют следующие преимущества: надежность в работе, большая равномерность потребления и распределение давления газа. В отличие от тупиковых сетей, в кольцевых направление потоков и количество газа протекает по участкам непостоянно. Задачей гидравлического расчета является определение диаметров участков сети, которые бы обеспечили равномерность гидравлического режима сети подачу потребителям требуемого качества газа при заданном перепаде давления. Начальное давление газа принимают максимальное по [2], конечное давление принимается таким, чтобы обеспечить при максимальной нагрузке минимально допустимое давление газа перед регулятором давления. Величина этого давления складывается из максимального давления газа перед горелкой, перепад давления в абонентском и перепадов. В большинстве случаев перепад давления в ГРП достаточно иметь избыточное давление 0,15 - 0,2 МПа. При расчете кольцевой сети необходимо иметь резерв давления для лечения пропускной способности систем при аварийном гидравлическом режиме такие режимы возникают при выключении головных участков сети. Ввиду кратковременности аварийных ситуаций следует допускать снижения качества системы при отказах в ее элементах. Это снижение оценивается коэффициентом обеспеченности (К_об), который зависит от категории потребителя: - для коммунально-бытовых предприятий К_об = 0,8 - 0,85; для отопительных котельных К_об = 0,7 - 0,75.

Таким образом, количество газа подаваемого потребителям при аварийном гидравлическом режиме не должно быть меньше предельного значения, определяемого соотношением:

Q_ав = К_об·Q_расч. (4.1)

В газопроводах среднего и высокого давления, перепады давления значительны, поэтому необходимо учитывать изменение плотности и скорости движения газов. Потери давления на преодоление сил трения определяются по формуле:

(4.2)

где P_н, P_к - соответственно давление газа в начале и в конце участка, МПа

l - длина расчетного участка, км

К_э - коэффициент эквивалентной шероховатости

d - диаметр трубопровода, см

н - коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с

с - плотность газа кг/м³

Q - расход газа, м³/ч

Для однокольцевого газопровода аварийных режимов, подлежащих расчету, два:

- при выключении участков сети слева и справа от точек питания. При этом газопровод превращается в тупиковый. Расчет производится в следующей последовательности:

1. Составляется расчетная схема газопроводной сети, нумеруются участки, проставляются длины, выписываются расчетные расходы каждым потребителем.

2. Производится предварительный расчет кольца по формулам:

V_р = 0,59·У К_{об i}·V_i (4.3)

(4.4)

где V_р - расчетный расход газа, м³/ч

V_i - расчетные расходы газа потребителями, м³/ч

К_об - коэффициент обеспеченности газом потребителей

P_н, P_к - давление газа в начале и в конце сети,

l_к - протяженность расчетного кольца,

1,1 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления,

0,59 - приближенное значение коэффициента при путевой нагрузке.

3. Выполняются два варианта гидравлического расчета аварийных режимов при выключенных головных участков с лева и с права от точки питания. И определяются суммированием расчетные расходы газа каждого участка сети от пика к ГРП.

4. Рассчитывается распределение потребления газа при нормальном режиме работы сети и определяется давление газа во всех узловых точках.

5. Проверяются диаметры ответвлений к сосредоточенным потребителям при расчетном гидравлическом режиме.

Уl = 608 м

Расчетные длины ответвлений.

Таблица 4.3.

№ уч-ка	Длина ответвлений,м
	2-6	3-7	4-8	5-9
длина	12	9	9	12

Уl_отв = 42 м

По формулам (4.3), (4.4) подбираем диаметр кольца:

V_р = 0,59·0,7·973,94=402,2 м³/ч

По номограмме среднего давления определяем диаметр кольца d_к = 100мм и оставляем его постоянным на всех участках.

Производим расчет для аварийных режимов при выключении участков 2-3 и 2-16. Для них выполняется гидравлический расчет:

а) отказ участка 2-3:

При отказе участка кольцевая сеть становится тупиковой; расчет ведем влево от ГГРП.

Участок 1-5:

V_р = 0,7·973,94= 681,76 м³/ч

d = 100мм

По номограмме определяем действительную величину квадрата давления:



Определяем давление в конце участка по формуле:

где P_н - давление газа в начале сети (участка)

Участок 5-1

V_р = 0,7·973,94 = 681,76 м³/ч;

d = 150мм;

Rд = 8,7 кПа/м;

Аналогично выполняется расчет остальных участков. Данные сводим в таблицу.

Рассчитываем участки ответвлений для аварийных режимов. Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления p_{н отв} выбирается меньшее. Для этого давления подбирается длина ответвления при условии чтобы давление в конце ответвления p_{к отв} было не меньше 100 кПа. Диаметр должен быть не менее 50 мм.

Фактическое значение давления в начале участка ответвления определяется по формуле:

 (4.5)

Участок 2-6:

l = 12м;

V_р = 0,7·1455,1 = 1018,6 м³/ч;

P_н = 299,9 кПа;

P_к = 100 кПа;

d = 15мм;

По номограмме Rд^ф = 66,6 кПа/м, тогда

-

что не меньше 100кПа, значит диаметр оставляем. Аналогично рассчитываем остальные участки ответвлений, данные сводим в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 Гидравлический расчет ответвлений в сети среднего давления.

№ отв-ний	Расч-й расход Vр м3/ч	Дли-на ответ-ий l, м	Давлен. в нач. уч-ка Pн, кПа	Вел. квад. давл. Rg, кПа/м	Диаметр ответв-лений d, мм	Давлен. в конце ответвл Pк, кПа	Фактич. давл. в кон. отв. Pкф,кПа
1	2	3	4	5	6	7	8
2-6	1455,1	12	299,9	66,6	15	100	298,4
3-7	1116,6	9	299,5	88,5	15	100	266,3
4-8	1646,7	9	299,8	88,7	15	100	266,5
5-9	1988,63	12	299,4	63,4	70	100	254,1

4.2.1 Гидравлический расчет газопровода в отделении для сушки кирпича

Количество газа подаваемого потребителям при аварийном гидравлическом режиме не должно быть меньше предельного значения, определяемого соотношением:

Q_ав= К_об·Q_расч. (4.6)

Потери давления на преодоление сил трения определяются по формуле:

(4.7)

где P_н, P_к - соответственно давление газа в начале и в конце участка, МПа

l - длина расчетного участка, км

К_э - коэффициент эквивалентной шероховатости

d - диаметр трубопровода, см

н - коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с

с - плотность газа кг/м³

Q - расход газа, м³/ч

Производится предварительный расчет по формулам:

V_р= 0,59·У К_{об i}·V_i (4.8)

(4.9)

где V_р - расчетный расход газа, м³/ч

V_i - расчетные расходы газа потребителями, м³/ч

К_об - коэффициент обеспеченности газом потребителей

P_н, P_к - давление газа в начале и в конце сети,

l_к - протяженность расчетного кольца,1,1 - коэффициент, учитывающий местные сопротивления,

0,59 - приближенное значение коэффициента при путевой нагрузке.

Расчетная схема гидравлического расчета сети среднего давления.

Таблица 4.2.

№ уч-ка	Длина участка,м
	1-2	2-3	3-4
длина	12,5	12,2	34

Уl = 58,7 м

По формулам (4.3), (4.4) подбираем диаметр кольца:

V_р = 0,59·0,7·460=190 м³/ч

По номограмме среднего давления определяем диаметр d_к = 219 мм и оставляем его постоянным на всех участках.

Производим расчет для аварийных режимов при выключении участков 1-2 и 3-4. Для них выполняется гидравлический расчет:

а) отказ участка 1-2:

При отказе участка расчет ведем следующим образом:

Участок 1-2:

V_р = 0,7·460= 322 м³/ч

d = 219мм

По номограмме определяем действительную величину квадрата давления:

Определяем давление в конце участка по формуле:

где P_н - давление газа в начале сети (участка)

Участок 2-1

V_р = 0,7·460 = 322 м³/ч;

d = 219мм;

Rд = 131,6 кПа/м;

Аналогично выполняется расчет остальных участков.

Рассчитываем участки ответвлений для аварийных режимов. Из сравнения двух значений начальных давлений для каждого ответвления p_{н отв} выбирается меньшее. Для этого давления подбирается длина ответвления при условии чтобы давление в конце ответвления p_{к отв} было не меньше 100 кПа. Диаметр должен быть не менее 50 мм.

Данные по расчету сводим в таблицу 4.5

№ участка	Длина участка, м	Расход, м3/ч	Диаметр участка, мм
1	2	3	4
1-2	12,5	460	219
2-3	12,2	920	219
3-4	34	1380	219

4.3 Гидравлический расчет тупиковой дворовой сети низкого давления

Городские сети обычно прокладываются под проезжей частью внутриквартальных проездов и улиц. Ширина проездов должна обеспечивать необходимый разрыв от здания до газопровода. Величина разрывов регламентируется по [2] в зависимости от величины давления в газопроводе. При давлении газа до 5 кПа величина разрыва составляет 2 м. Гидравлический расчет тупиковой дворовой сети низкого давления проводят в следующей последовательности:

1) на генплане квартала проектируют газовые сети по тупиковой схеме;

2) намечают расчетные участки от точки подключения распределительного уличного газопровода до отключающего устройства на вводе в здание;

3) определяют расчетный расход газа мі/ч по участкам по формуле

(4.10)

где - коэффициент одновременности работы газовых приборов по [2]

- номинальный расход газа на прибор, мі/ч

- число однотипных приборов, шт.

Для укрупненных значений можно принять для ПГ-4 - 1,1 мі/ч, для ВПГ - 2,2 мі/ч

4) определяют среднеориентировочные удельные потери давления на

расчетной ветке от точки подключения до наиболее удаленного

газифицируемого здания по формуле

(4.11)

где 250 - нормативный перепад давления;

1,1 - потеря давления на местные сопротивления;

- суммарная длина расчетной ветки, м.

Диаметр участка газопровода определяем по расчетным расходам газа и значениям удельных ориентировочных потерь давления (по номограмме).

По формуле определяем расчетный расход газа на участке:

V_1-2 = 3,8•2•12•0,325=29,64 м³/ч.

V_2-3 = (7,6•12•2+7,6•28)•0,217= 85,7 м³/ч.

V_3-4 = (7,6•12•2+7,6•28•2)•0,192 = 116,7 м³/ч.

V_4-5 = (608+7,6•12•2)•0,1865= 147,4 м³/ч.

V_5-6 = (790,4+7,6•12+7,6•28)•0,175 = 191,52 м³/ч.

V_6-7 = (1094,4+7,6•12)•0,17 = 201,5 м³/ч.

V_7-8 = 201,5 м³/ч..

Данные расчета сводим в таблицу 4.5.

Потери давления,Па на участках определим по формуле:

?Р = Rд·l, (4.12)

где Rд - действительные удельные потери давления, по номограмме, Па/м

l - длина участка в метрах, м

?Р_1-2 = 1•16 = 16 Па

?Р_2-3 = 2,5•40 = 100 Па

?Р_3-4 = 1,6•33 = 52,8 Па

?Р_4-5 = 2,2•24 = 52,8 Па

?Р_5-6 = 1,5•40 = 60 Па

?Р_6-7 = 1,4•35 = 49 Па

?Р_7-8 =1,4•23= 32,2 Па

Средние ориентировочные удельные потери давления:

Данные расчета сводим в таблицу 4.5.

Гидравлический расчёт тупиковой дворовой сети низкого давления Таблица 4.5.

№ Уч-ка	Длина участка l, м	Расчетный расход газа V, м3/ч	Средние ориентировоч-ные удельные потери давления Rор, Па/м	Диаметр участка Д, мм	Потери давления
					Действительные удельные потери давления Rд,Па/м	Потери давления на участке ?Р, Па
1	2	3	4	5	6	7
1-2	16	29,64	1,07	70	1	16
2-3	40	85,7	1,07	80	2,5	100
3-4	33	116,7	1,07	100	1,6	52,8
4-5	24	147,4	1,07	100	2,2	52,8
5-6	40	191,5	1,07	125	1,5	60
6-7	35	201,5	1,07	125	1,4	49
7-8	23	201,5	1,07	125	1,4	32,2

Потери давления на участке не превышают допустимых потерь (250 Па), расчет окончен.

Раздел 5. Патентный поиск

5.1 Вводная часть

В настоящее время в России газификация городов природным газом получила широкое распространение по сравнению с другими видами топлив. Это обусловлено, прежде всего, невысокими капитальными затратами в систему газоснабжения, удобством эксплуатации газовых сетей и приборов, более высоким коэффициентом полезного действия газовых приборов, самым низким уровнем ущерба окружающей среде, возможности полной автоматизации работы сетей и приборов.

При разработке данного дипломного проекта были применены новые запатентованные блочные котельные, описание, достоинства и недостатки которых приведены ниже.

5.2 Изучение и анализ конструкций блочных котельных

5.2.1 Конструкция блочной котельной [6]

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к газовым емкостным водонагревателям, и может быть использовано для нагрева воды и негорючих водных растворов в различных отраслях промышленности. Задача изобретения - создание надежного в эксплуатации емкостного газового водонагревателя за счет предотвращения коррозии жаровых труб путем исключения конденсации водных паров внутри каждой из них. Поставленная задача решается в водонагревателе, содержащем резервуар с крышей, внутри которого расположены Г-образные жаровые трубы, горизонтальные участки каждой из которых подключены к горелочному устройству и расположены на опорах, установленных на днище резервуара под вертикальными участками, каждый из которых имеет соосно размещенный с ним патрубок, причем длину горизонтального участка каждой из Г-образных жаровых труб выбирают по заданной зависимости. При этом водонагреватель дополнительно снабжен блоком управления, подключенным к датчику температуры, расположенному внутри резервуара на его стенке, и к горелочному устройству, взрывным клапаном, подогревателями газа, жестко закрепленными в стенке резервуара и расположенными компланарно по отношению к каждому из горизонтальных участков Г-образных жаровых труб.

Рис.1

5.2.2 Конструкция водонагревателя [7]

Известен водонагреватель (см. патент РФ 2028554 по кл. F 24 Н 1/28, опубл. 1983 г.)[9], содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней емкостей, расположенных одна над другой, снабженных патрубками дл подвода и отвода нагреваемой жидкости, расположенную в корпусе и погруженную в последний жаровую трубу, выполненную в виде спирально-конического змеевика, состоящего соответственно из нижнего и верхнего участков, соединенных между собой перепускным патрубком, расположенным в верхней емкости, причем один конец змеевика подключен к горелочному устройству. Верхняя емкость корпуса выполнена в виде конусообразной воронки, сливной патрубок расположен в нижней емкости и выполнен по спирали, имеющей направление закрутки, совпадающее с направлением закрутки верхнего участка змеевика, и противоположное направлению закрутки нижнего его участка. Однако конструкция данного водонагревателя сложна в изготовлении и ненадежна в эксплуатации за счет выполнения жаровых труб в виде спирально-конического змеевика. Кроме этого, недостатком данной конструкции является непродолжительный срок службы водонагревателя из-за коррозии жаровой трубы, обусловленной конденсацией в ней водяных паров, а также сложность эксплуатации горелки из-за присутствия сконденсированной влаги в жаровой трубе.

Для решения поставленной задачи в водонагревателе емкостном газовом, содержащем резервуар с крышей, внутри которого расположены Г-образные жаровые трубы, горизонтальные участки каждой из которых подключены к горелочному устройству и расположены на опорах, установленных на днище резервуара под вертикальными участками, каждый из которых имеет соосно размещенный с ним патрубок, согласно изобретению, длину горизонтального участка каждой из Г-образных жаровых труб выбирают из условия:

L=[GC(tвых -tвх)n-1 -KpDH(tст -0,5(tвых +tвх))]:[KpD(tст -0,5(tвых +tвх))], (5.1)

где L - длина горизонтального участка Г-образной жаровой трубы, м;

G - расход нагреваемой воды, кг/с;

С - теплоемкость нагреваемой воды, кДж/(кг,o С);

tвых - температура нагреваемой воды на выходе из резервуара,o С;

tвх - температура нагреваемой воды на входе в резервуар, o С;

n - количество Г-образных жаровых труб;

К - средний коэффициент теплопередачи от стенки жаровой трубы к нагреваемой воды, кВт/(м2 o С);

p=3,14;

D - наружный диаметр жаровой трубы, м;

Н - высота вертикального участка жаровой трубы, смачиваемого жидкостью, м;

tст - средняя температура стенки жаровой трубы, o С.

Кроме того, водонагреватель дополнительно снабжен блоком управления, подключенным к датчику температуры, расположенному внутри резервуара на его стенке, и к горелочному устройству. Устройство дополнительно может содержать взрывной клапан, расположенный на крыше резервуара; подключенные к горелочному устройству подогреватели газа, жестко закрепленные к стенке резервуара и расположенные компланарно по отношению к каждому из горизонтальных участков Г-образных жаровых труб; а опора выполнена в виде опоры скольжения. При выборе длины горизонтального участка каждой из жаровых труб по указанной зависимости, полученной из совместного решения уравнений теплового баланса и теплопередачи, средняя температура стенки жаровой трубы tст принимается на уровне на 5-10o С выше температуры конденсации водяных паров (точки росы по водяным парам) для используемого топлива и для номинального режима эксплуатации жаровых труб. Оптимальная длина горизонтального участка исключает образование конденсата водяных паров в жаровой трубе. Для исключения конденсации водяных паров внутри каждой из жаровых труб, при тепловой нагрузке ниже номинальной, блок управления, обеспечивает дискретное автоматическое управление работой горелок. Расположенный на крыше резервуара взрывной клапан, обеспечивает сброс импульса давления водяных паров внутри резервуара при нештатном режиме его эксплуатации (например, при подаче воды в резервуар при уже включенной жаровой трубе). Предотвращение деформации резервуара при номинальном режиме эксплуатации водонагревателя осуществляется с помощью патрубка на крыше резервуара, обеспечивающего образование кольцевого воздушного зазора между вертикальным участком жаровой трубы и крышей, что, в конечном итоге, приводит к выравниванию давления воздуха внутри и снаружи резервуара.

Для повышения срока службы водонагревателя опора каждой жаровой трубы, выполненная в виде опоры скольжения, допускает только аксиальное перемещение жаровой трубы при ее температурных деформациях, что, в отличие от прототипа, исключает всплытие жаровых труб при заполнении водой резервуара и, следовательно, исключает изгибающие усилия на стенку резервуара, возникающие при использовании опоры качения. Для обеспечения возможности надежной работы водонагревателя, особенно в зимних условиях эксплуатации, для предотвращения отказов работы установленных перед горелками регулятора давления и отсечных клапанов вследствие образования в них газовых гидратов, водонагреватель может дополнительно содержать подогреватели газа, жестко закрепленные в стенке резервуара и расположенные компланарно по отношению к каждому из горизонтальных участков Г-образных жаровых труб.