CC BY
114. Иванов В.А. Субмаринная разгрузка у мыса Айя (Крым) / Иванов В.А., Прусов А.В., Юровский Ю.Г. // Геология и полезные ископаемые Мирового океана.- К.: 2008.- №3.-С. 65 -75.
5. Иванов В.А. Новые данные о субмаринной разгрузке подземных вод у м. Айя (Крым) / Иванов В.А., Прусов А.В., Юровский Ю.Г. // Доклады Национальной Академии Наук Украины.- К.: 2008.- №7.- С. 105 - 111.
6. Кондратьев В.И. Наблюдения субмаринной разгрузки подземных вод (Южный Крым) / Кондратьев В.И., Прусов А.В., Юровский Ю.Г. // Морской гидрофизический журнал.- Севастополь: МГИ НАНУ.- 2010.- №1.- С. 32 -45.
7. Дублянский В.Н. Гидрогеология карста Альпийских складчатых областей юга СССР/ Дублянский В Н., Кикнадзе Т.З. - М.: Наука. - 1984. - 127 с.
8. Государственные санитарные нормы и правила «Гигиенические требования к воде питьевой, предназначенной для употребления человеком» (ДСанПин 2.2. 4-171-10). К. -2010.- 18с.
УДК 696.2(075.8) Боровский Б.И.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
РАЗМЕРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ В СИСТЕМЕ
ГАЗОСНАБЖЕНИЯ
Получены размерные комплексы при высшей и низшей объёмной теплоте сгорания для четырёх групп природных газов: газы газового состояния при нормальных условиях по температуре и давлению ( метан, этан, пропан, Н-бутан, изобутан ); пары газов жидкого состояния при нормальных условиях ( пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны ); газы газового и жидкого состояния при нормальных условиях (метан, этан, пропан, Н-бутан, изобутан, пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны ); пары бензола и толуола, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях. Показано, что размерный комплекс при низшей объёмной теплоте сгорания для газов газового состояния может быть использован при гидравлическом расчёте газовых систем.
Природный газ, размерный комплекс, газоснабжение, гидравлический расчёт
Введение
В науке и технике широко используются безразмерные и размерные комплексы, которые комплексно характеризуют реальные процессы.
В газоснабжении также нашли применения безразмерные и размерные комплексы. Номенклатуру размерных комплексов в газоснабжении предполагается расширить в данной статье.
Анализ публикаций
В газоснабжении безразмерными комплексами являются коэффициент гидравлического сопротивления, относительная шероховатость внутренней поверхности трубы, число Рейнольдса, а к размерным комплексам относятся потери давления, отнесённые к единице длины трубы и число Воббе [1,2]. Число Воббе равно отношению объёмной теплоты сгорания газа к корню квадратному из относительной плотности газа и характеризует постоянство теплового потока, полученного при сжигании газа [2,3]. В ГОСТ [2] приведены параметры природных газов- высшая и низшая объёмная теплота сгорания (МДж/м3) и относительная плотность по воздуху рот=рг/рв при давлении 101,325 кПа и температуре 0 и 200С. К природным газам, находящимся в газообразном состоянии при нормальных условиях, относятся пять газов: метан, этан, пропан, Н-бутан и изобутан.
Природные газы жидкого состояния при нормальных условиях- пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны, бензол и толуол ( параметры приведены для паров этих газов ). Характеристики природных газов анализируются в данной статье с целью получения размерных комплексов.
Цель и постановка задач Целью является формирование размерных комплексов природных газов. Задачи состоят в оценке точности предложенных размерных комплексов.
Методика исследования
Методика исследования заключается в таком подборе постоянных значений в предлагаемых размерных комплексах природных газов, при которых обеспечивается наибольшая их точность.
Результаты и их анализ В табл. 1 приведены параметры природных газов газового состояния при высшей объёмной теплоте сгорания (здесь и далее параметры газов из [2]).
Таблица 1
Параметры природных газов газового состояния при высшей объёмной теплоте
газ формула (МДж/м3)в Рот рг,кг/м3 Кв ошибка %
20 метан СН4 37,1 0,5546 0,6683 53,64 0,26
20 этан С2Н6 65,38 1,046 1,2600 52,95 -1,00
20 пропан С3Н8 93,98 1,549 1,8665 53,10 -0,74
20 Н-бутан н-С4Н10 123,72 2,071 2,4960 53,59 0,17
20 изобутан и-С4Н10 123,25 2,068 2,492 53,46 0,07
0 метан СН4 39,82 0,5548 0,7174 53,96 0,85
0 этан С2Н6 70,31 1,048 1,3550 53,25 -0,46
0 пропан С3Н8 101,21 1,554 2,0093 53,46 -0,75
0 Н-бутан н-С4Н10 133,80 2,090 2,7024 53,89 0,74
0 изобутан и-С4Н10 132,96 2,081 2,6907 53,77 0,50
Из табл.1 следует, что по параметру(МДж/м )в газы различаются в 3,6 раз, а по относительной плотности в 3,77 раз. Плотность газа вычисляется по формуле
рг = рот ^
где рв - плотность воздуха при температуре 0 и 200С равна 1,293 и 1,205кг/м3.
Результаты определения плотности газа рг приведены в табл. 1. С помощью этих данных получена следующая связь с индексом корреляции 0,991, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)в* Рг-0,9147 =53,5.
Таким образом, получен размерный комплекс Кв =53,5 для природных газов, находящихся в газообразном состоянии при нормальных условиях. Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет 0,85 и минус 1%. При этом, различия по параметру МДж/м3 составляет 3,6, а по рг 4 раза.
Из природных газов жидкого состояния при нормальных условиях выберем пять газов, кроме бензола и толуола: пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны (табл. 2).
Таблица 2
Параметры паров природных газов жидкого состояния при высшей объёмной
toc газ формула (МДж/м3)в рот рг,кг/м3 Gb ошибка %
20 пентаны С5Н12 155,65 2,637 3,1776 50,32 0,14
20 гексаны С6Н14 174,62 2,976 3,5860 50,17 -0,17
20 гептаны С7Н16 202,10 3,460 4,1693 50,11 -0,27
20 октаны С8Н18 229,38 3,945 4,7537 50,04 -0,42
20 нонаны С9Н20 257,48 4,410 5,3140 50,38 0,25
0 пентаны С5Н12 169,27 2,671 3,4536 50,45 0,40
0 гексаны С6Н14 187,40 2,976 3,8480 50,25 0,0
0 гептаны С7Н16 216,88 3,460 4,4738 50,20 -0,10
0 октаны С8Н18 246,18 3,945 5,100 50,14 -0,22
0 нонаны С9Н20 276,33 4.410 5,7020 50,47 0,43
Из табл. 2 следует, что по параметру (МДж/м )в газы различаются в 1,78 раз, а по плотности в 1,8 раз. С помощью данных табл.2 получена связь с индексом корреляции 0,999, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)в* Рг-0,9767 = 50,25.
Таким образом, получен размерный комплекс Ов = 50,25 для природных газов, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях. Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет 0,43 и минус 0,42%.
Рассмотрим совместно природные газы газообразного состояния и пары природных газов жидкого состояния, кроме бензола и толуола (табл. 3).
Таблица 3
Параметры природных газов газового и жидкого состояния при высшей объёмной
t0C газ (МДж/м3)в рГ,кг/м3 Zb ошибка %
20 метан 37,1 0,6683 53,64 -1,58
20 этан 65,38 1,2600 52,92 -2,90
20 пропан 93,98 1,8665 53,10 -2,56
20 Н-бутан 123,72 2,4960 53,59 -1,67
20 изобутан 123,25 2,492 53,46 -1,90
0 метан 39,82 0,7174 53,96 -1,00
0 этан 70,31 1,3550 53,25 -2,29
0 пропан 101,21 2,0093 53,46 -1,90
0 Н-бутан 133,80 2,7024 53,89 -1,11
0 изобутан 132,96 2,6907 53,77 -1,34
20 пентаны 155,65 3,1776 54,06 -0,89
20 гексаны 174,62 3,5860 54,30 -0,37
20 гептаны 202,10 4,1693 54,75 0,46
20 октаны 229,38 4,7537 55,12 1,13
20 нонаны 257,48 5,3140 55,87 2,52
0 пентаны 169,27 3,4536 54,48 -0,04
0 гексаны 187,40 3,8480 54,63 0,24
0 гептаны 216,88 4,4738 55,09 1,08
0 октаны 246,18 5,100 55,47 1,78
0 нонаны 276,33 5,7020 56,22 3,16
Из табл. 3 видно, что по параметру (МДж/м3)в газы различаются в 7,45 раз, а по плотности в 8,5 раз. С помощью данных табл.3 получена связь с индексом корреляции 0,964, корреляционная связь сильная [4]:
(МДж/м3)в* Рг-0,9147 =54,5.
Таким образом, получен размерный комплекс 2в =54,5 для природных газов, находящихся в газообразном и жидком состоянии при нормальных условиях (кроме бензола и толуола). Максимальное отклонение от величины комплекса составляет 3,16 и минус 2,9%. Вместе с тем видно, что в случае природных газов, находящихся в газообразном и жидком состоянии при нормальных условиях, индекс корреляции меньше, а отклонения от значения комплекса примерно в 3 раза выше, чем в случае природных газов, находящихся в газообразном состоянии при нормальных условиях. Однако в первом случае различие по параметру (МДж/м3)в и по плотности больше примерно в два раза, чем во втором случае.
Параметры паров бензола и толуола, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях, приведены в табл. 4.
Таблица 4
Параметры паров бензола и толуола при высшей объёмной теплоте сгорания
газ формула (МДж/м3)в Рот Рг,кг/м3 8в Ошибка, %
20 бензол СбНб 151,09 2,967 3,575 37,21 0,05
20 толуол С7Н8 164,24 3,180 3,832 37,47 0,76
0 бензол СбНб 162,615 2,967 3,8363 37,06 -0,36
0 толуол С7Н8 176,26 3,18 4,117 37,16 -0,07
С использованием данных табл.4 получена связь с индексом корреляции 0,997, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)в* Рг-1,1=37,19.
Таким образом, для бензола и толуола размерный комплекс 8в=37,19. Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет 0,76 и минус 0,36%.
Проведём анализ низшей объёмной теплоты сгорания природных газов. В табл. 5 приведены значения низшей теплоты сгорания природных газов, находящихся в газообразном состоянии при нормальных условиях.
Таблица 5
Параметры природных газов газового состояния при низшей объёмной теплоте
сгорания
10С газ (МДж/м3)н рг,кг/м3 Кн Ошибка, %
20 метан 33,41 0,6683 48,25 -1,53
20 этан 59,85 1,2600 48.47 -1,08
20 пропан 86,53 1,8665 48,97 -0,06
20 Н-бутан 114,27 2,4960 49,61 1,24
20 изобутан 113,81 2,492 49,49 1,00
0 метан 35,88 0,7174 48,57 -0,88
0 этан 64,36 1,3550 48,78 -0,45
0 пропан 93,18 2,0093 49,31 0,63
0 Н-бутан 123,57 2,7024 49,90 1,84
0 изобутан 122,78 2,6907 49,78 1,59
С помощью данных табл.5 получена связь с индексом корреляции 0,999, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)н* Рг-0,9121= 49,0.
Таким образом, получен размерный комплекс Кн= 49,0 для природных газов, находящихся в газообразном состоянии при нормальных условиях. Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет мнее ±2%. При этом, различия по параметру (МДж/м3)н составляет 3,7, а по рг 4 раза.
Параметры паров природных газов жидкого состояния при нормальных условиях ( пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны) приведены в табл.6.
Таблица 6
Параметры паров природных газов жидкого состояния при низшей объёмной
t0c газ (МДж/м3)н рГ,кг/м3 Gн Ошибка, %
20 пентаны 144,02 3,1776 47,39 -0,08
20 гексаны 161,36 3,5860 47,27 -0,34
20 гептаны 186,87 4,1693 47,36 -0,15
20 октаны 212,22 4,7537 47,41 -0,04
20 нонаны 238,76 5,3140 47,92 1,05
0 пентаны 156,63 3,4536 47,58 0,31
0 гексаны 173,17 3,8480 47,41 -0,05
0 гептаны 200,55 4,4738 47,50 0,14
0 октаны 227,76 5,100 47,56 0,27
0 нонаны 250,23 5,7020 46,93 -1,05
плотности в 1,8 раз. С помощью данных табл.6 получена связь с индексом корреляции 0,999, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)н* р
-0,9614 _
= 47,43.
Таким образом, получен размерный комплекс Он = 47,43 для природных газов, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях. Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет ±1,05%.
Рассмотрим совместно природные газы газообразного состояния и пары природных газов жидкого состояния, кроме бензола и толуола (табл. 7).
Таблица 7
Параметры природных газов газового и жидкого состояния при низшей объёмной
t0c газ (МДж/м3)н рГ,кг/м3 Zн Ошибка, %
20 метан 33,41 0,6683 48,90 0,95
20 этан 59,85 1,2600 47,89 -1,14
20 пропан 86,53 1,8665 47,98 -0,96
20 Н-бутан 114,27 2,4960 48,14 -0,62
20 изобутан 113,81 2,492 48,02 -0,87
0 метан 35,88 0,7174 49,11 1,38
0 этан 64,36 1,3550 48,30 0,30
0 пропан 93,18 2,0093 48,18 0,53
0 Н-бутан 123,57 2,7024 48,29 -0,31
0 изобутан 122,78 2,6907 48,18 -0,54
20 пентаны 144,02 3,1776 48,29 -0,31
20 гексаны 161,36 3,5860 48,27 -0,36
20 гептаны 186,87 4,1693 48,48 0,07
20 октаны 212,22 4,7537 48,63 0,40
20 нонаны 238,76 5,3140 49,25 1,67
0 пентаны 156,63 3,4536 48,55 0,22
0 гексаны 173,17 3,8480 48,46 0,04
0 гептаны 200,55 4,4738 48,67 0,48
0 октаны 227,76 5,100 48,84 0,82
0 нонаны 250,23 5,7020 48,29 -0,32
С помощью данных табл.7 получена связь с индексом корреляции 0,999, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)н* Рг"0,9451= 48,44.
Таким образом, получен размерный комплекс 2н = 48,44 для природных газов, находящихся в газообразном и жидком состоянии при нормальных условиях (кроме бензола и толуола). Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет менее ±2%. При этом, различия по параметру (МДж/м3)н составляет 7,5 раз , а по рг 8,5 раза.
Параметры паров бензола и толуола, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях, приведены в табл. 8.
Таблица 8
газ (МДж/м3)н Рг,кг/м3 Бн Ошибка, %
20 бензол 145,05 3,575 38,18 -0,05
20 толуол 156,71 3,832 38,36 0,41
0 бензол 155,67 3,8363 38,06 -0,38
0 толуол 168,18 4,117 38,18 -0,05
С помощью данных табл.8 получена связь с индексом корреляции 0,999, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)н* Рг"1,0477= 38,20.
Таким образом, получен размерный комплекс Бн = 38,20 для природных газов бензола и толуола, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях. Видно, что максимальное отклонение от величины комплекса составляет 0,41 и минус 0,38%.
В расчётах газовых систем используются параметры газа при температуре 00С и давлении 101,325 кПа[1]. При этих условиях для газов газообразного состояния получена связь с индексом корреляции 0,999, корреляционная связь полная [4]:
(МДж/м3)но* рг"0,9323= 48,74.
Получен размерный комплекс Кно = 48,74 для природных газов газообразного состояния при температуре 00С и давлении 101,325 кПа. Максимальное отклонение от величины комплекса составляет 0,35и минус 0,52%.
Полученные размерные комплексы сведены в табл.9. Общее выражение для комплексов:
(МДж/м3)* рга = Со^.
Таблица 9
Размерные комплексы природных газов _
Газы 10С Высшая объёмная теплота сгорания Низшая объёмная теплота сгорания
Метан, этан, пропан, Н- бутан, 0; 20 а = - 0,9147 а = - 0,9121
изобутан Кв =53,5 Кн= 49,0
Пентаны, гексаны, гептаны, октаны, 0;20 а = - 0,9767 а = - 0,9614
нонаны Ов = 50,25 Он = 47,43
Метан, этан, пропан, Н- бутан, 0;20 а = - 0,9147 а = - 0,9451
изобутан, пентаны, гексаны, гептаны, Ъъ =54,5 Ъ» = 48,44
октаны, нонаны
Бензол, толуол 0;20 а = - 1,1 Бв=37,19 а = - 1,0477 Бн = 38,20
Метан, этан, пропан, Н- бутан, 0 — а = - 0,9323
изобутан Кно = 48,74
ДБН В.2.5-20-2001. Газоснабжение, приложение Е (рекомендуемое) «Гидравлический расчёт газопроводов» содержит ряд гидравлических соотношений, соответствующих температуре 00С и давлению 101,325 кПа[1].Рассмотрим возможность
3 0 9323
связи этих соотношений с полученным комплексом (МДж/м )но* рг" ' = 48,74.
Коэффициент гидравлического сопротивления определяется по формуле
X = 0,11( п/ё+68/Яе )0,25,
где п- эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности трубы; ё -внутренний диаметр трубы; Яе - число Рейнольдса:
Яе = 0,0354 О/ёу,
здесь О - расход газа, м3/ч; V- коэффициент кинематической вязкости газа, м2/с.
Коэффициент кинематической вязкости газа
V = Ц/Рг,
где ц - коэффициент динамической вязкости газа, кг/мс.
Выразим отношение расхода газа О к коэффициенту кинематической вязкости через потребление теплоты От ( МДж/ч ) и формулу (3):
О^ = От Ц-1/(МДж/м3)но* Рг-1.
Произведение (МДж/м3)но* рг-1 с достаточной точностью заменим комплексом Кно = 48,74. Тогда отношение (4) примет вид:
О^ = От ц-1/48,74.
С помощью отношения (5) формулы (1) и (2) преобразуются в вид:
Яе = 0,7263 10-4 От ;
X = 0,11( п/ё+936252 ц ё /От )0,25.
Значения коэффициента X в развёрнутом виде содержится в формулах для расчёта потерь давления в газопроводах низкого, среднего, высокого давления, в том числе для паров сжиженных природных газов (этан, пропан, Н-бутан, изобутан, пентан), и для эквивалентной длины наружных надземных и внутренних газопроводов при турбулентном режиме движения газа. Отношение О^ входит так же в формулы для расчёта эквивалентной длины наружных газопроводов при ламинарном и критическом режимах движения газа. Таким образом, показана возможность использования полученного размерного комплекса Кно = 48,74 при гидравлических расчётах газопроводов.
Выводы
1. Получены размерные комплексы при высшей и низшей объёмной теплоте сгорания для четырёх групп природных газов: газы газового состояния при нормальных условиях по температуре и давлению ( метан, этан, пропан, Н-бутан, изобутан ); пары газов жидкого состояния при нормальных условиях ( пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны ); газы газового и жидкого состояния при нормальных условиях (метан, этан, пропан, Н-бутан, изобутан, пентаны, гексаны, гептаны, октаны, нонаны ); пары бензола и толуола, находящихся в жидком состоянии при нормальных условиях.
2. В семи случаях при отдельном обобщении параметров газов газового состояния и газов жидкого состояния максимальное отклонение от величины комплекса находилось в диапазоне 0,32- 1,6%. При совместном обобщении параметров газов газового состояния и газов жидкого состояния (два случая) максимальное отклонение от величины комплекса соответствовало пределам 1,7-3,2%.
3. Показано, что размерный комплекс при температуре 00С, давлении 101,325 кПа и низшей объёмной теплоте сгорания для газов газового состояния может быть использован при гидравлических расчётах газовых систем.
Список литературы
1. Газоснабжение. ДБН В.2.5-20-2001- К.: Государственные строительные нормы Украины. 2001.- 287с.
2. Газы горючие природные. Расчётные методы определения теплоты сгорания, относительной плотности и числа Воббе. ГОСТ 22667-82- М.: Издательство стандартов. 1982. - 6с.
3.кйр://ги.,мк1реа1а.ог§/,мк1/Число Воббе.
4.Вознюк С.Т. Основы научных исследований / С.Т. Вознюк, С.М. Гончаров, С.В. Ковалёв. - К.: Вища школа, 1985. - 192с.
УДК 696.2(075.8)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВОГО РАСХОДА ГАЗА ДЛЯ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ НУЖД В ОТДЕЛЬНЫХ ДОМАХ ПРИ ЧИСЛЕННОСТИ НАСЕЛЕНИЯ
МЕНЕЕ ТЫСЯЧИ ЧЕЛОВЕК
Боровский Б.И., Баранова Г.Н.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Расчёт часового расхода газа в жилых домах для хозяйственно-бытовых нужд при населении менее тысячи человек с помощью соотношений ДБН В.2.5-20-2001 «Газоснабжение» может дать завышенные значения часового расхода газа и, следовательно, увеличение материалоёмкости и стоимости газовых сетей. При этом нарушается принцип непрерывности в часовом расходе газа для хозяйственно-бытовых нужд при переходе от численности населения более к менее тысячи человек. Показано, что для сохранения принципа непрерывности следует использовать модель расчёта часового расхода газа, которая учитывает назначение газовых приборов и количество людей, проживающих в квартире. Эта модель даёт реальные значения часового расхода газа.
часовой расход газа, хозяйственно-бытовые нужды, газовая плита, горячее водоснабжение, водонагреватель
Введение
ДБН В.2.5-20-2001«Газоснабжение» [1] требует: «При проектировании систем газоснабжения следует предусматривать технические решения, обеспечивающие рациональное использование газового топлива, материалов и оборудования». Как известно, при проектировании газовых сетей необходима информация по часовому расходу газа, с увеличением которого растёт материалоёмкость газопроводов за счёт увеличения диаметров и толщины труб и стоимость газопровода. В связи с этим возникает вопрос, правомерны ли рекомендуемые соотношения, при численности населения весьма близком к тысяче человек, дающие значения часового расхода газа, значительно превышающие значения при населении тысяча человек.
Анализ публикаций
По ДБН [1] часовой расход газа в жилых домах для хозяйственно-бытовых нужд (без учёта отопления) при численности населения 1тыс. человек и более определяется соотношением (м3/ч)
о!; = ки о , (1)
а шах у
