Как сделать курсовую по газоснабжению города пошаговый пример всех расчетов от А до Я

Что нужно знать перед стартом, или фундамент вашего проекта

Курсовая работа по газоснабжению — это не просто набор разрозненных вычислений, а инженерный проект в миниатюре. Ваша конечная цель — спроектировать безопасную, экономичную и эффективную систему подачи газа для целого городского района. Это комплексная задача, требующая точности и системного подхода.

Чтобы успешно справиться с ней, важно понимать весь процесс целиком. По сути, вам предстоит пройти путь профессионального инженера-проектировщика, выполнив следующие ключевые этапы:

1. Анализ исходных данных и создание расчетной схемы.
2. Определение годовых и часовых расходов газа для всех потребителей.
3. Выбор и техническое обоснование оптимальной системы газоснабжения.
4. Проведение полного гидравлического расчета всех участков сети.
5. Подбор основного оборудования для газорегуляторных пунктов.

Главным источником истины и вашим основным инструментом на всех этапах будут нормативные документы, в первую очередь СНиП (Строительные Нормы и Правила). Именно опора на них превращает студенческую работу в грамотный инженерный расчет. Когда общая картина ясна, можно приступать к первому практическому шагу — работе с исходными данными.

Этап 1. Анализируем исходные данные и готовим расчетную схему

Любое проектирование начинается с изучения «карты местности». В вашем случае это генплан района — чертеж, на котором указаны все ключевые объекты: жилые дома разной этажности, улицы, промышленные предприятия и коммунально-бытовые учреждения (школы, больницы, котельные). Ваша первая задача — внимательно изучить генплан и перечень исходных данных, где обычно указаны:

• Численность населения района.
• Типы жилой застройки (этажность, наличие горячего водоснабжения).
• Список и характеристики промышленных и коммунальных потребителей.
• Точка подключения к существующей магистрали высокого или среднего давления.

На основе этих данных создается расчетная схема — упрощенное графическое представление будущей сети. Это ваш главный рабочий инструмент на всех последующих этапах. Процесс ее создания выглядит так:

1. На копии генплана вы наносите трассировку будущих газопроводов, стараясь прокладывать их вдоль улиц.
2. Сеть делится на участки, а точки их соединения (перекрестки, ответвления) нумеруются. Эти точки называются узлами.
3. Городские сети, как правило, проектируются смешанными: с использованием кольцевых магистральных газопроводов (для надежности) и тупиковых ответвлений к отдельным потребителям.

Сделайте схему максимально наглядной и читаемой. Аккуратная и понятная схема — залог того, что вы не запутаетесь в дальнейших расчетах. Теперь, когда у нас есть визуальный план и все цифры из задания, мы можем рассчитать, сколько именно газа потребуется нашему району.

Этап 2. Определяем годовые и часовые расходы газа

Это один из важнейших этапов, так как от его точности зависит корректность всех последующих гидравлических расчетов. Необходимо определить два ключевых показателя: годовой расход газа (нужен для общей оценки и планирования) и максимальный часовой расход. Именно последний используется для подбора диаметров труб, так как система должна справляться с нагрузкой в моменты пикового потребления.

Расчет ведется отдельно для каждой группы потребителей согласно нормативам СНиП.

Расчет для жилого сектора

Основой для расчета служит количество жителей и норма потребления газа на одного человека в год. Эта норма берется из справочных таблиц СНиП и зависит от наличия централизованного горячего водоснабжения и газовых плит. Формула в общем виде проста: годовой расход равен произведению числа жителей на норматив. Часовой расход вычисляется из годового с помощью специальных коэффициентов.

Расчет для коммунально-бытовых предприятий

К этой группе относятся школы, больницы, столовые, бани, прачечные. Их потребление газа рассчитывается не по числу людей, а по производственным показателям. Например, для столовой — по количеству условных блюд в сутки, для больницы — по числу коек, для бани — по количеству посетителей. Годовые и часовые расходы для них определяются по удельным нормам расхода тепла на их нужды.

Расчет для промышленных потребителей

Промышленные предприятия (заводы, фабрики, крупные котельные) — самые большие потребители газа. Их максимальный часовой и годовой расходы обычно прямо указаны в задании на курсовую работу, так как они зависят от установленного технологического оборудования и режима его работы.

После того как расходы для всех трех групп посчитаны, их суммируют, чтобы получить общую нагрузку на систему газоснабжения. Зная, сколько газа нам нужно в час пик, мы можем принять стратегическое решение о том, какая система лучше всего справится с этой нагрузкой.

Этап 3. Выбираем и обосновываем систему газоснабжения

Нельзя просто подать газ из магистрали напрямую в дома. Для городов используются многоуровневые системы, которые классифицируются по количеству ступеней давления. Ваш выбор должен быть осознанным и обоснованным.

Существуют три основных типа систем:

• Одноступенчатые: Состоят только из сетей низкого давления. Применяются в небольших поселках и селах.
• Двухступенчатые: Включают сети среднего (или высокого) и низкого давления. Это самая распространенная схема для городов. Газ из магистрали поступает в городскую сеть среднего/высокого давления, а затем через газорегуляторные пункты (ГРП) редуцируется до низкого и подается потребителям.
• Трехступенчатые: Включают сети высокого, среднего и низкого давления. Используются в крупнейших мегаполисах.

Для типичного курсового проекта по газоснабжению городского района, с учетом рассчитанных ранее расходов, наиболее рациональным выбором является двухступенчатая система. Она обеспечивает необходимую надежность и пропускную способность.

В такой системе ключевую роль играют два элемента: ГРС (газораспределительная станция), которая является «входными воротами» в город, понижая давление с магистрального до высокого или среднего, и ГРП (газорегуляторный пункт), которые распределены по району и понижают давление со среднего до низкого, необходимого для безопасной работы бытовых приборов. Мы определились со структурой сети. Следующий, самый ответственный этап — рассчитать ее «кровеносные сосуды», то есть диаметры труб.

Этап 4. Как устроен гидравлический расчет газопроводов

Это кульминация всей расчетной части проекта. Неправильно подобранные диаметры могут привести к тому, что до удаленных потребителей газ просто не дойдет в нужном объеме и с нужным давлением.

Главная цель гидравлического расчета — подобрать такие диаметры труб для каждого участка сети, чтобы обеспечить всех потребителей газом под необходимым давлением, при этом суммарные потери давления в сети не должны превышать нормативных значений.

Давление в трубе падает по двум причинам: из-за линейных потерь (трение газа о внутренние стенки трубы по всей ее длине) и местных потерь (в местах, где поток меняет направление или скорость: повороты, тройники, задвижки). Основная расчетная формула связывает потери давления с ключевыми параметрами участка: его длиной, расчетным расходом газа, диаметром трубы и коэффициентом гидравлического трения.

Кроме того, существует важное ограничение по скорости движения газа: например, для газопроводов высокого давления она не должна превышать 25 м/с. На практике расчет для двухступенчатой системы удобно разделить на два блока: сначала рассчитывается кольцевая сеть высокого (или среднего) давления, а затем — тупиковые сети низкого давления. Начнем с «магистрали» нашей районной сети.

Этап 5. Практика, часть первая. Выполняем расчет сети высокого давления

Расчет кольцевой сети высокого или среднего давления — наиболее сложная часть работы. Кольцо обеспечивает высокую надежность, так как газ может прийти к любой точке по двум направлениям, но требует «увязки» давлений.

Алгоритм действий следующий:

1. Определяется «диктующий» ГРП — как правило, самый удаленный от точки входа в город или самый нагруженный. Именно для него нужно обеспечить минимально допустимое давление (например, не ниже 300 кПа).
2. Выполняется предварительное распределение расходов газа по участкам кольца. Предполагается, что к каждому узлу газ движется по кратчайшему пути.
3. С помощью специальных формул для каждого участка предварительно подбирается диаметр трубы, исходя из расчетного расхода и допустимых потерь давления.
4. Далее производится «увязка» кольца. Самый известный метод — итерационный метод Лобачева-Кросса. Его суть — в последовательном уточнении расходов на участках до тех пор, пока сумма потерь давления по всему замкнутому контуру не станет близка к нулю.
5. После увязки выполняется проверочный расчет: вычисляются фактические потери давления и проверяется, что давление у диктующего и всех остальных ГРП не ниже нормативного.
6. Обязательно проверяется скорость газа на всех участках.

Результаты всех вычислений для удобства сводятся в итоговую таблицу.

Пример таблицы результатов расчета сети высокого давления

Номер участка	Длина, м	Расчетный расход, м³/ч	Диаметр, мм	Потери давления, кПа
1-2	450	8500	219	15.2
2-3	600	6200	168	22.5

С «магистралью» разобрались. Теперь нужно так же детально рассчитать сети, которые идут непосредственно к домам и предприятиям.

Этап 6. Практика, часть вторая. Считаем тупиковые сети низкого давления

Расчет тупиковых сетей низкого давления, отходящих от ГРП к конечным потребителям, значительно проще, поскольку здесь нет необходимости в сложной увязке кольца. Расчет ведется последовательно по ходу движения газа.

Ключевая особенность здесь — учет путевого расхода газа. В отличие от магистрали, где газ в основном идет транзитом, на участках низкой сети он постоянно отбирается мелкими потребителями (жилыми домами). Поэтому расчетный расход для каждого следующего участка будет меньше, чем для предыдущего.

Пошаговый расчет для одной из тупиковых веток выглядит так:

1. Определяется общая нагрузка на ветку (сумма расходов всех потребителей на ней).
2. Для каждого участка определяется его расчетный расход. Он равен сумме путевого расхода на этом участке и транзитного расхода, идущего на все последующие участки.
3. С помощью расчетной формулы для газопроводов низкого давления (она отличается от формулы для высокого давления) подбирается диаметр первого участка от ГРП.
4. Определяются потери давления на нем и давление в конце участка.
5. Эта процедура повторяется для каждого следующего участка вплоть до самого удаленного потребителя.

Главная проверочная задача — убедиться, что давление газа у последнего, самого невыгодно расположенного потребителя (например, у газовой плиты в дальнем доме) находится в допустимых пределах и не ниже минимального значения (например, 1.2 кПа). Результаты также сводятся в таблицу, аналогичную таблице для сетей высокого давления. Все расчеты выполнены. Остался финальный штрих — официально оформить результаты и подобрать ключевое оборудование.

Этап 7. Подводим итоги и подбираем оборудование для ГРП

Завершающий этап курсовой работы — это синтез всех полученных данных и перевод их в конкретные технические решения. Вы выполнили гидравлические расчеты для всей системы и теперь можете с уверенностью сказать, какие диаметры труб нужны на каждом участке.

На основе этих расчетов выполняется подбор ключевого оборудования. Главный элемент любого ГРП — это регулятор давления. Его подбирают по двум основным параметрам:

• Максимальный часовой расход газа, проходящий через данный ГРП (эту цифру вы уже рассчитали).
• Перепад давления, на котором он должен работать (например, со среднего давления 0.3 МПа до низкого 2.0 кПа).

По каталогам производителей выбирается модель регулятора, способная обеспечить стабильную работу в заданных условиях. Помимо регулятора, в состав ГРП входит и другое важное оборудование: фильтры для очистки газа, предохранительные клапаны для защиты от скачков давления и коммерческие узлы учета (счетчики).

Итогом вашей работы становится пояснительная записка. Она должна содержать все разделы, которые мы рассмотрели: анализ исходных данных, расчеты расходов, обоснование системы, полные гидравлические расчеты сетей высокого и низкого давления (с итоговыми таблицами) и раздел по подбору оборудования. К записке прикладываются графические материалы: генплан и расчетная схема. Теперь у вас есть все знания, чтобы не просто выполнить, а успешно защитить свой проект!

Список источников информации

1. Гидравлический расчет и проектирование газопроводов: учебное пособие по дисциплине «Газоснабжение» для студентов специальности 270109 – теплогазоснабжение и вентиляция / Г. П. Комина, А. О. Прошутинский; СПбГАСУ. – СПб, 2010. – 148 с.
2. Ионин А. А. Газоснабжение: Учеб. для вузов – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1989. – 439с.: ил. – ISBN 5-274-00006-1
3. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
4. Стаскевич Н. Л., Северинец Г. Н., Вигдорчик Д. Я. «Справочник по газоснабжению и использованию газа». — Л.: Недра, 1990. – 762с.: ил.