đồ án thiết kế hệ thống cấp khí đốt

Các số liệu công nghệ nhu cầu dùng khí - bản vẽ đi kèm Trình tự tính toán, thiết kế: - Xác định như cầu dùng khí và lưu lượng khí tính toán; - Vạch tuyến ống và tính toán thủy lực hệ thố

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG VIỆN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : Ths.NGUYỄN VĂN HÙNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN VIỆT HOÀNG

MSSV : 1193.57

LỚP : 57HK

Hà Nội – 2015

ĐỒ ÁN CẤP KHÍ ĐỐT

Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống cấp Khí đốt

Số liệu ban đầu:

1 Các số liệu về kiến trúc, xây dựng:

- Tổng mặt bằng: Đề số 5

- Mặt bằng và mặt cắt:

- Chi tiết căn hộ: Chọn mặt bằng Căn hộ 3A

2 Các số liệu công nghệ (nhu cầu dùng khí - bản vẽ đi kèm)

Trình tự tính toán, thiết kế:

- Xác định như cầu dùng khí và lưu lượng khí tính toán;

- Vạch tuyến ống và tính toán thủy lực hệ thống cấp khí;

- Chọn sơ đồ công nghệ, thiết bị, phụ tùng và thiết kế lắp đặt trạm Khí đốt

Nội dung thuyết minh:

Thuyết minh đầy đủ phương án tính toán nhu cầu dùng khí và lưu lượng tính toán; mô tả hệ thống, phương pháp lắp đặt, neo từ trạm đến điểm cuối cùng nối với thiết bị dùng khí, các phụ tùng, khí cụ trên đường ống; phương án tính toán thủy lực mạng lưới đường ống; phương pháp tính toán và chọn các thiết bị phụ tùng sơ đồ côngnghệ của trạm

Khối lượng bản vẽ: (3 bản vẽ A1)

Mặt bằng cấp khí; mặt bằng và mặt cắt, sơ đồ không gian mạng lưới bên trong nhà; mặt bằng và mặt cắt, sơ đồ công nghệ trạm; các chi tiết lắp đặt

Mục lục

I XÁC ĐỊN LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN 4

1.1 Chọn tuyến bất lợi nhất để tính toán thủy lực 5

1.2 Mô tả mạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc 6

II TÍNH TOÁN MẠNG LƯỚI THỦY LỰC TRONG NHÀ 7

2.1 Hệ số cản cục bộ 7

2.2 Xác đinh độ dài tính toán của từng đoạn ống 7

2.3 Tính toán tổn thất trên tất cả các đoạn ống 8

III TÍNH TOÁNH THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG NGOÀI NHÀ 12

IV TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TRẠM KHÍ ĐỐT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 15

4.1 Tính công suất và chọn thiết bị của trạm cấp khí 15

4.2 Chọn thiết bị hóa hơi 17

GIỚI THIỆU SƠ QUA VỀ KHÍ ĐỐT LỎNG LPG

Khí dầu mỏ hoá lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) là một sản phẩm từ quá trình xử lý khí tự nhiên và lọc dầu thô LPG là một hổn hợp khí propan và butan Dưới áp suất cao, khí LPG sẽ biến thành chất lỏng tiện cho việc cất trữ LPG trở nên

dễ dàng hơn Lúc đưa vào sử dụng thi ta cho chúng qua trạm, bộ điều áp để hạ áp suất nhằm biến chất lỏng LPG thành khí để sử dụng.

Khí LPG có rất nhiều ưu điểm như giảm thiểu ô nhiềm môi trường, tiết kiệm hơn so với các loại khí đốt khác Có thể nói LPG là loại nhiên liệu thông dụng, đa năng và thân thiện với môi trường.

Khí đốt thiên nhiên là nhiên liệu ở trạng thái khí hiện nay được sử dụng rất phổ biến trên thế giới.Đặc biệt khí đốt hóa lỏng do có những tính chất cơ bản là lợi thế của nó như nhiệt trị cao,dễ dàng vận chuyển và bảo quản,tồn trữ ở trạng thái lỏng nên nó đóng vai trò rất quan trọng trong việc “khí hóa” các thành phố,vùng dân cư

và khu công nghiệp,thậm chí ở nông thôn và các vùng hẻo lánh ngay ở các nước không có nền công nghiệp dầu lửa và khí đốt.

TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ

I XÁC Đ N L U L ỊN LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN ƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN ƯU LƯỢNG TÍNH TOÁNỢNG TÍNH TOÁN NG TÍNH TOÁN

- Lưu lượng khí tính toán đối với điểm dùng, tiểu khu riêng biệt được tính theo công

thức sau (công thức 5.19, trang 116 giáo trình Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền):

0 1

m gio

tt i i i



trong đó:

Ko – hệ số hoạt động đồng thời của thiết bị, dụng cụ cùng loại hay nhóm thiết

bị, dụng cụ

Vi – lưu lượng dùng khí danh định của thiết bị, dụng cụ cùng loại hay nhóm thiết bị, dụng cụ (m3/h)

ni – số lượng các thiết bị, dụng cụ khí cùng loại

- Với khí LPG hóa lỏng (tra bảng 9.2 trang 227, Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền)

 Đối với bêp gas 4 chỗ nấu Vb = 0,25 (m3/h)

 Đối với bình đun nước nóng Vbnn = 0,79 (m3/h)

- Hệ số hoạt động đồng thời Ko được tính theo công thức (trang 262, Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền:

Sơ đôg không gian mạng lưới cấp khí đốt biểu diễn trên bản vẽ

1.1 Ch n tuy n b t l i nh t đ tính toán th y l c ọn tuyến bất lợi nhất để tính toán thủy lực ến bất lợi nhất để tính toán thủy lực ất lợi nhất để tính toán thủy lực ợi nhất để tính toán thủy lực ất lợi nhất để tính toán thủy lực ể tính toán thủy lực ủy lực ực

Từ sơ đồ không gian và mặt bằng bố trí ta thấy đường ống trong nhà có tuyên bất lợinhất là tuyến ống dẫn từ ống chính rồi đi trên mặt bằng đến bếp 4 chỗ nấu của khu căn

hộ số 3B tầng 2 nhà B, số thứ tự các đoạn ống được đánh dấu như trên bản vẽ

Bảng 1 1 Tính toán lưu lượng dùng khí

B p 4 ki ngếp 4 kiềng ềng0,25 (m3/) Bình n0,79 (mước nóngc nóng3/h)

1.2 Mô t m ng l ả mạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ưới đường ống và nguyên lý làm việc ường ống và nguyên lý làm việc i đ ng ng và nguyên lý làm vi c ống và nguyên lý làm việc ệc

- Khí đốt được lấy từ mạng lưới bên ngoài cấp từ các bồn chứa được tăng áp qua van điều áp cấp 1 và dẫn theo đường ống chôn ngầm, đi sát tường lên trên đến cụm hộp van khóa tổng của tòa nhà đặt tại tầng mái (bên trong có cụm van khóa, van tỏa nhiệt, van điều áp cấp 2) qua hộp van khóa tổng, khí đốt giảm áp suất xuống còn 0,04 bar và được dẫn xuống trục đứng của tòa nhà (đi trong hố kĩ thuật dành cho khí đốt và nước)

- Trong hố kĩ thuật khí đốt được dẫn xuống các tầng bằng đường ống trục đứng (thép đúc) Tại mỗi tầng, đường ống dẫn khí đốt trục đứng vào đồng hồ đo khí đốt của mỗi căn hộ các tầng thông qua T thu, tại đầu ra của nhánh chính tới các đồng hồ đo khí đốt

có lắp một cụm van khóa, van an toàn nhiệt, van điện từ Khí đốt từ nhánh chính được dẫn vào nhánh phụ cho mỗi đông hồ, đồng hồ sẽ đo lượng gas tiêu thụ của căn hộ Ống dẫn khí đốt từ sau đồng hồ thiết bị đo tới căn họ là ống mềm không gỉ bọc nhựa D20 được đi trên trần phụ dọc hành lang, tại vị trí trên trần của khu căn hộ sẽ có 1 chạc 3 phân chia làm 2 đường ống D20, một đường ống đi tới bình nước nóng, một bình chứa đi tới bếp 4 chỗ nấu Trước mỗi thiết bị tiêu thụ sẽ được trang bị 1 van khóa

tự ngắt khi quá dòng, khi sự cố đứt hoặc hở dây nối mềm làm gas bị xì ra mạnh

II TÍNH TOÁN M NG L ẠNG LƯỚI THỦY LỰC TRONG NHÀ ƯU LƯỢNG TÍNH TOÁNỚI THỦY LỰC TRONG NHÀ I TH Y L C TRONG NHÀ ỦY LỰC TRONG NHÀ ỰC TRONG NHÀ.

- Mạng lưới đường ống vận chuyển khí trong nhà là mạng lưới áp suất thấp nên ta tínhtoán thủy lực cho đoạn ống này theo phương án áp dụng cho đường ống áp suất thâp

- Căn cứ vào lưu lượng để chọn đường kính hợp lý với vận tốc không quá 7 m/s để đảm bảo độ ồn (TCXDVN 377-2006) và đặc biệt thỏa mãn tổng tổn thất trên toàn bộ đường ống không vượt quá 600 Pa hoặc 0,7Po (Po là áp suất định mức của thiết bị sử dụng khí cao nhất và xa nhất)

- Sau khi tính toán xong lưu lượng và chọn đường kính ống, dựa vào sơ đồ không gian

và mặt bằng ta ra được chiều dài của từng đoạn ống và tiếp theo ta đi tính toán tổn thấtcủa từng đoạn ống và tổng tổn thất trên toàn bộ đường ống

- Tổng tổn tất trên đường ống bao gồm tổn thất áp suất dọc đường do ma sát, tổn thất

áp suất cục bộ và độ sụt áp suất bổ sung

2.1 H s c n c c b ệc ống và nguyên lý làm việc ả mạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ục bộ ộ.

- Hệ số cản cục bộ ζ của chương ngại vật lấu ở bảng 9.1 trang 272, Cấp khí đốt – Hoang Thị Hiền

2.2 Xác đinh đ dài tính toán c a t ng đo n ng ộ ủy lực ừng đoạn ống ạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ống và nguyên lý làm việc

- Độ dài tính toán của đoạn ống dẫn khí là tổng của độ dài thực và độ dài tương đương(công thức 6.16, Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền):

ltt= lth+ltd (m)trong đó:

lth – chiều dài đoạn ống đo được trên thực tế (m)

ltđ – chiều dài tương đương với ∑ζ ζ

- Công thức tính chiều dài tương đương:

ltđ = l’tđ×∑ζ ζ (m)trong đó:

l’tđ – chiều dài tương đương ứng với ζ = 1 (tra phụ lục 9 đồ thị 9.9, Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền)

∑ζ ζ – tổng hệ số cản cục bộ

2.3 Tính toán t n th t trên t t c các đo n ng ổn thất trên tất cả các đoạn ống ất lợi nhất để tính toán thủy lực ất lợi nhất để tính toán thủy lực ả mạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ống và nguyên lý làm việc

- Dùng đồ thị tra tổn thất áp suất đơn vị của khí hỏa lỏng ở đương ống áp suất thấp tra

ra tổn thất áp suất trên 1m dài chiều dài ống

- Sau đó xác định tổng tổn thất áp suất trên các đoạn ống và toàn đường ống tính toán theo công thức:

∆P= R ×ltt (Pa)trong đó:

R – tổn thất áp suất riêng trong từng đoạn ống dẫn khí áp suất thấp đối với khí hóa lỏng propan (tra phụ lục 9, hình 9.3)

Bảng 2 1 Tính toán thủy lực đường ống dẫn khí đốt bên trong nhà

Độ dàiđoạn ống(m)

Hệ số cản cục bộ l'tđ ứng

với ζ = 1(m)

ltđ ứngvới ∑ζ(m)

Độ dài ltđ(m)

Tổn thất áp suất ΔPP

(Pa)

ống Trên toànđoạn ống

tt(m3/h) (mm)D

Độ dàiđoạn ống(m)

Hệ số cản cục bộ l'tđ ứng

với ζ = 1(m)

ltđ ứngvới ∑ζ(m)

Độ dài ltđ(m)

tt(m3/h) (mm)D

Độ dàiđoạn ống(m)

Hệ số cản cục bộ l'tđ ứng

với ζ = 1(m)

ltđ ứngvới ∑ζ(m)

Độ dài ltđ(m)

- Tổn thất áp suất tại thiết bị dùng khí xa nhất, bất lợi nhất là bình nước nóng là: 100 (Pa)

- Tổn thất trên toàn bộ đường ống trong tòa nhà A-B là: ∑ζ ΔPP = 496.03 + 100 = 596.03 (Pa) < 600 (Pa)

=> Vậy độ sụt áp đảm bảo yêu cầu, đường kính ống chọn là hợp lý

III TÍNH TOÁNH TH Y L C Đ ỦY LỰC TRONG NHÀ ỰC TRONG NHÀ ƯU LƯỢNG TÍNH TOÁNỜNG ỐNG NGOÀI NHÀ NG NG NGOÀI NHÀ ỐNG NGOÀI NHÀ.

- Đường ống ngoài nhà là đường ống áp suất trung bình chính vì vậy tính toán thủy lực đường ống ngoài nhà phải tính theo trường hợp áp suất trung bình và cao

- Đối với đường ống bên ngoài, tổn thất áp suất cục bộ có thể nhận bằng 10% tổn thất

áp suất dọc đường, tức là:

ltt= 1.1×lttrong đó:

ltt – chiều dài tính toán của đoạn ống (m)

lt – chiều dài thực của đoạn ống (m)

- Hiệu số áp suất điểm đầu và cuối được xác định như sau P2d  P2cđược xác định như sau (công thức trang 268, Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền):

ltt – đồ dài tính toán của đoạn ống (m)

k – độ nhám tuyệt đối của thành ống (m3/h)

d – đường kính ống (cm), d = 10 (cm)

V – lưu lượng tính toán của đoạn ống (m3/h)

- Tại điểm nối với hộp giảm áp trên mái nhà qua bộ điều áp cho áp suất cuối:

H – độ cao hình học của cột ống, H = 60.6 (m) theo bản vẽ

g – gia tốc trọng trường, g = 9.81 (m/s2)

pk, pkk – mật độ không hóa lỏng và mật độ không khí: pk = 1.205 (kg/m3), tra phụ lục 5 Cấp khí đốt – Hoàng THị Hiền với tỷ lệ propan và butan là 50% ta tính được pk = 2.196 (kg/m3)

Vậy ΔPP = 53.1×9.81×(2.196-1.205) = 516.22 (Pa) = 0.000516 (Mpa)

Bảng 3.1 Tính lưu lượng khí các đoạn ống bên ngoài

l(m)

ltt(m) A = Pđ2 - Pc2 Pđ

(Mpa)

Pc(Mpa)

ΔPP(Mpa)

Cột ápthủy tĩnh

Tổng tổnthất đoạn

Lưu lượng khítính toán Vtt (m3/

h)

Bếp 4 kiềng0.25 (m3/h) Bình nước nóng0.79 (m3/h)

IV TÍNH TOÁN THI T K TR M KHÍ Đ T VÀ L A CH N THI T B ẾT KẾ TRẠM KHÍ ĐỐT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ẾT KẾ TRẠM KHÍ ĐỐT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ẠNG LƯỚI THỦY LỰC TRONG NHÀ ỐNG NGOÀI NHÀ ỰC TRONG NHÀ ỌN THIẾT BỊ ẾT KẾ TRẠM KHÍ ĐỐT VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ỊN LƯU LƯỢNG TÍNH TOÁN

4.1 Tính công su t và ch n thi t b c a tr m c p khí ất lợi nhất để tính toán thủy lực ọn tuyến bất lợi nhất để tính toán thủy lực ến bất lợi nhất để tính toán thủy lực ị của trạm cấp khí ủy lực ạng lưới đường ống và nguyên lý làm việc ất lợi nhất để tính toán thủy lực

- Xác định thể tích khí cần thiết theo ngày khi biết lưu lượng khí tính toán khi đã biết thể tích Vh theo công thưc:

1.5

h ngay tt

t

(m3/ngày)trong đó:

1.5 – hệ số tính đến tính không đều theo thời gian của nhu cầu dùng khí

T – thời gian hoạt động (h) trong ngày, lấy t = 20 (h)

242 201.5

G – dung tích chứa của thiết bị bồn, kg

G1 – nhu cầu dung khí tổng cộng trong tháng của các điểm dùng, kg

T – khoảng thời gian dự kiến giữa 2 lần nạp khí là 15 ngày

t – khoảng thời gian dự phòng khi có sự cố bị chậm trễ nạp khí 5 ngày

- Hỗn hợp khí hóa lỏng gồm 50% propan và 50% butan ở điều kiện làm việc 200C chonên khối lượng riêng của khí hóa lỏng ở 200C là:

ρ= ρ1+ρ2

2 (kg /m

3

)

trong đó: ρ1 – khối lượng riêng của propan ở 200C

ρ2 – khối lượng riêng của butan ở 200C

- Tra bảng 2.1 trang 235 phụ lục 2, Cấp khí đốt – Hoàng Thị Hiền ta ta có:

ρ1=1 ,872( kg/m3) , ρ2=2 ,519( kg/m3) V y ậy ρ=

1, 872+2, 519

2 =2, 196(kg/m

3)

- Dung tích ch a c a thi t b b n là:ứa của thiết bị bồn là: ủa thiết bị bồn là: ếp 4 kiềng ị bồn là: ồng

– th tích riêng c a khí đi u ki n công tác trong b n, m

υ – thể tích riêng của khí ở điều kiện công tác trong bồn, m ểm dùng là: ủa thiết bị bồn là: ở điều kiện công tác trong bồn, m ềng ệ số hoạt ồng 3/kg

Vtb – dung tích cho phép c a m t b n, mủa thiết bị bồn là: ộng đồng ồng 3

- Trong b n khí đ t t n t i ch y u d ng hóa l ng áp su t cao B n chôn ồng ống ồng ạn ủa thiết bị bồn là: ếp 4 kiềng ở điều kiện công tác trong bồn, m ạn ỏng áp suất cao Bồn chôn ất cao Bồn chôn ồng

ng m nên ít ch u tác đ ng c a th i ti t Ta ch n đi u ki n tính toán là 20ầu dùng khí tổng cộng trong tháng của điểm dùng là: ị bồn là: ộng đồng ủa thiết bị bồn là: ời K ếp 4 kiềng ọn điều kiện tính toán là 20 ềng ệ số hoạt 0C Theo đó kh i lống ượng dụng cụ dùng khíng riêng c a LPG (50% Của thiết bị bồn là: 3H8 – 50% C4H10) là:

ρ0=0 ,528+0 ,601

2 ×1000=564 ,5(kg /m

3)

- Tham kh o giáo trình C p khí đ t – Hoàng Th Hi n, l a ch n b n ch a đ t ất cao Bồn chôn ống ị bồn là: ềng ựa chọn bồn chứa đặt ọn điều kiện tính toán là 20 ồng ứa của thiết bị bồn là: ặt

ng m PS-16 dung tích có ích là 133 (mầu dùng khí tổng cộng trong tháng của điểm dùng là: 3), dung tích th c là 162,4 (mựa chọn bồn chứa đặt 3)

- S lống ượng dụng cụ dùng khíng b n c n ch n là:ồng ầu dùng khí tổng cộng trong tháng của điểm dùng là: ọn điều kiện tính toán là 20

đười Kngkínhtrong

chi uềngdàichung

thửthuỷ

l cựa chọn bồn chứa đặt

" PS " 160 160 162,4 133 3400 18152 2640 1,8 2,3

Bảng 4 2 Kích thước bồn PS-16

Sống

hi uệ số hoạt

Kích thước nóngc(mm) Kh ilượng dụng cụ dùng khíốngn

gchung

- Khu đất của thiết bị nhóm bồn cần được bao quanh bởi bức tường cao 4m và có thể chịu lửa Bồn được đặt trên bệ đỡ chuyên dụng, xung quanh được nệm cát chặt để chống những chấn động ở bên trên, mỗi bồn được đặt trong khoang cát sạch, không cóchất ăn mòn, khoang chứa bồn cần phải thiết kế sao cho có thể chống thấm, chống xâm thực của các chất gây ăn mòn hóa học, chống ăn mòn điện

- Bồn chứa được giữ bằng các đai kẹp được níu với các tấm bê tông thép nhằm gia cố chống bị nổi những lúc ngập lụt

- Bên dưới đường ống liên hệ pha lỏng của từng khối thiết bị nhóm đặt ngầm cần phải thiết kế một khoang để có thể xuống kiểm tra

4.2 Ch n thi t b hóa h i ọn tuyến bất lợi nhất để tính toán thủy lực ến bất lợi nhất để tính toán thủy lực ị của trạm cấp khí ơi.

- Máy hóa hơi được đặt trong trạm điều áp có tác dụng hóa hơi khí hóa lỏng trước khi vận chuyển vào đường ống đặt trong nhà Tổng năng suất của nó chính là lưu lượng dùng khí của cả tòa nhà:

- Nguyên lý hoạt động của máy hóa hơi:

Máy hóa hơi là dùng khí đốt để đun nước nóng, nước nóng dùng để gia nhiệt cho LPG Dòng khí đốt lỏng đi vào máy trong ống xoắn ruột gà, nó nhận nhiệt từ nướcnóng bao quanh phía ngoài ống xoắn Sau khi nhận nhiệt dòng khí đốt được dẫn vào phòng bay hơi Tại đây LPG bốc hơi rồi theo ống góp đi ra khỏi máy

Hoạt động của máy hóa hơi hoàn toàn tự động nhờ vào thiết bị cảm biến nhiệt độ dòngnước tại nhiệt Nhiệt độ hoạt động của nước là 600C ± 50C Nếu nhiệt độ tăng quá

650C quá trình hóa hơi sẽ chậm lại hoặc ngừng, máy sẽ tự động ngắt, ngừng gia nhiệt cho dòng LPG Khi tiêu thụ khí đốt tăng lên quá trình hóa hơi tiếp tục, nhiệt độ xuống