Проектирование городских систем газоснабжения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА

Н. В. Колпакова

ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ГОРОДСКИХ СИСТЕМ
ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методическим советом УрФУ
для студентов, обучающихся по программе бакалавриата
по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017

УДК 629.063:2(07)
ББК 38.763я7
 
К 615

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра энергетики Уральского государственного 
лесотехнического университета
(заведующий кафедрой доктор технических наук, 
профессор С. М. Шанчуров);

Т. С. Жилина, кандидат технических наук, доцент,
заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция»,

М. Н. Чекардовский, доктор технических наук, доцент,
профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция»
(Тюменский индустриальный университет)

Колпакова, Н. В.
К 615  
Проектирование городских систем газоснабжения : учеб.-ме-
тод. пособие / Н. В. Колпакова ; М-во образования и науки Рос. 
Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург : Изд-во Урал. 
ун-та, 2017. — 68 с. 

ISBN 978-5-7996-2190-2

В учебно-методическом пособии изложена методика расчета ко-
личества расходуемого газа в различные времена года с определением 
максимальных нагрузок, даны основы конструирования, приведен гид-
равлический расчет систем газоснабжения низкого и высокого давлений 
по кольцевой и тупиковой схемам, показан подбор оборудования газорегу-
ляторного пункта.
Для студентов, изучающих дисциплину «Газоснабжение» в рамках 
модуля «Теплогазоснабжение».

УДК 629.063:2(07)
ББК 38.763я7

© Уральский федеральный университет, 2017
ISBN 978-5-7996-2190-2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ................................................................................................................5

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ........................................................................................7

2. РАСЧЕТ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛОГО КВАРТАЛА ...................................9
2.1. Определение годового расхода теплоты и часового расхода газа 
каждого квартала города при потреблении газа в квартирах .....................10
2.2. Построение графиков бытового газопотребления .......................................13

3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ 
КОЛЬЦЕВОГО ГАЗОПРОВОДА ...............................................................17
3.1. Выбор схемы распределительного 
газопровода низкого давления ......................................................................18
3.2. Определение оптимального числа ГРП ........................................................18
3.3. Расчет кольцевой сети низкого давления газа ..............................................20

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА 
НА КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫЕ НУЖДЫ .........................................34

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 
СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ..............37

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ 
РАСЧЕТ ВНУТРЕННЕГО 
И НАРУЖНОГО ГАЗОПРОВОДА .............................................................40
6.1. Проектирование и расчет внутреннего газопровода ...................................40
6.2. Проектирование и расчет наружного газопровода ......................................45

7. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ГАЗОРЕГУЛЯТОРНОГО ПУНКТА ..............48
7.1. Выбор регулятора давления газа ...................................................................48
7.2. Выбор газового фильтра .................................................................................51
7.3. Выбор предохранительно-запорного клапана ..............................................52
7.4. Выбор предохранительно-сбросного клапана .............................................52

Рекомендуемая нормативная документация ......................................................54

ПРИЛОЖЕНИЯ .......................................................................................................55
Приложение 1. Номограмма для определения потерь давления .......................57
Приложение 2. Номограмма для расчета газопроводов 
среднего и высокого давления.......................................................................58
Приложение 3. План квартала жилого района г. Оренбурга .............................60
Приложение 4. Схема газопровода низкого давления г. Оренбурга .................61
Приложение 5. Схема газопровода высокого давления .....................................62
Приложение 6. План первого этажа .....................................................................63
Приложение 7. Аксонометрическая схема внутреннего газопровода ..............64
Приложение 8. Схема наружного газопровода ...................................................65
Приложение 9. Типовая схема ГРПШ 13-2НУ1 .................................................66

Предисловие

Целями выполнения курсового проекта по дисциплине «Газо-
снабжение» являются: расчет газопотребления жилого квартала; 
выбор схемы газоснабжения; гидравлические расчеты — внутри-
квартальной кольцевой газовой сети низкого давления, тупиковых 
газопроводов высокого давления, внутренних и наружных тупико-
вых газопроводов низкого давления; подбор оборудования газоре-
гуляторных пунктов, а также усвоение теоретического материала 
и приобретение навыков проектирования газовых сетей и газо-
использующего оборудования.
На сегодняшний день существует несколько алгоритмов 
гидравлического расчета и подбора оборудования систем газо-
снабжения. В данном пособии был выбран наиболее оптималь-
ный вариант расчета систем газоснабжения. Цель выбранного 
варианта — научить студентов основам проектирования систем 
газоснабжения.
Основная задача гидравлического расчета — выбор опти-
мальных диаметров трубопроводов. Расчеты ведутся при условии 
максимальных нагрузок с учетом работы всех газопотребляющих 
приборов.
Проектирование систем газоснабжения городов представляет 
отрасль проектного дела, примыкающую, с одной стороны, к про-
ектированию источников газоснабжения (газовые и нефтяные про-
мыслы, газовые заводы, предприятия, вырабатывающие горючий 
газ в виде попутного продукта), а с другой — к проектированию 
городских систем теплоснабжения, водоснабжения и канализации.
Для проектирования системы газоснабжения города необхо-
димы данные о годовом потреблении газа различными потребите-
лями. Расчет годового потребления проводят согласно норматив-
ной документации.

При проектировании системы газоснабжения разрабатывают 
ряд вариантов и производят их технико-экономическое сравнение. 
Для строительства применяют наивыгоднейший вариант. Двух-, 
трех- и многоступенчатые системы газоснабжения с газорегуля-
торными пунктами, располагаемыми в отапливаемых отдельно 
стоящих зданиях, с газопроводами нескольких ступеней давле-
ний являются наиболее разработанными, распространенными, 
классическими городскими системами. Для средних и небольших 
городов обычно принимают двухступенчатую систему с газо-
проводами высокого (до 0,6 МПа) и низкого давлений. В первом 
случае высокое давление заменяют средним только частично: 
в центральной, наиболее плотно застроенной и населенной части 
города. Высокое давление применяют только для крупных городов 
и в областных системах.
Системы газоснабжения любых объектов должны обеспечи-
вать надежность и бесперебойность подачи газа. Основы повыше-
ния надежности закладываются на этапе проектирования системы 
газоснабжения, а дальнейшее повышение надежности достигается 
при строительстве и приемке в эксплуатацию подземных газопроводов 
и сооружений на них.

Хочу выразить благодарность за помощь в работе над 
пособием студентке IV курса, гр. СТ-430701, Юровских 
Елизавете Дмитриевне.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Исходные данные для выполнения курсового проекта определяются 
преподавателем и выдаются студенту в виде индивидуального 
задания, в котором представлены генплан города 
в М 1 : 10 000, необходимые параметры для гидравлических расчетов 
и выбора оборудования газорегуляторных пунктов (ГРП) 
и установок (ГРУ) (схему генплана см. в Приложении 3). На генплане 
указана средняя этажность застройки кварталов, коммунально-
бытовые и промышленные потребители.
Плотность населения в кварталах принимаем 80–100 чел./ га. 
Необходимые параметры для гидравлического расчета газопровода 
включают в себя: плотность населения (в среднем 
70–120 чел./га, без учета этажности квартала); долю населения, 
в %, пользующуюся кафе и ресторанами, банями, прачечными; 
расход газа на промышленные предприятия; мощность котлов 
в котельной; расстояние, на котором находится существующий 
магистральный газопровод высокого или среднего давления; дав-
ление газа в точке врезки в существующий газопровод среднего 
или высокого давления; допустимый перепад давления в сети низ-
кого давления; выходное давление на ГРП (ГРУ); давление в нуле-
вой точке на схемах кольцевых газопроводов.
В данном курсовом проекте предполагается использование 
природного газа северных месторождений, состав и характери-
стики которого представлены при нормальных физических усло-
виях в табл. 1.1 (t = 0 °С, р = 760 мм рт. ст. = 0,1013 МПа). 

Таблица 1.1

Состав и характеристики природного газа 

Состав газа (по объему), %

Плотность, 
ρ, кг/м3

Теплота 
сгорания 
низшая, 
, 
МДж/м3

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

СО2

N2 + редкие

H2S

97,87
0,50 0,28 0,07 0,01 0,03 1,18
Нет
0,73
33÷36

Пример плана квартала жилого района см. в Приложении 3.

2. РАСЧЕТ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ 
ЖИЛОГО КВАРТАЛА

В данном разделе представлен алгоритм расчета годового 
расхода теплоты и часового расход газа только на газопотребляю-
щее оборудование жилых домов, без учета расход газа на комму-
нально-бытовые предприятия.
Алгоритм расчета годового расхода теплоты, по которому 
определяется годовой и часовой расход газа в жилом секторе квар-
тала крупного города, основан на использовании нормативной 
документации, которая на сегодняшний день является рекоменду-
емой к применению при проектировании систем газоснабжения.
В исходных данных, выдаваемых преподавателем, помимо 
схемы квартала представлены все необходимые данные для расче-
тов, а именно:
 – низшая рабочая теплота сгорания газа;
 – плотность населения;
 – коэффициент полезного действия теплогенерирующих 
агрегатов;
 – мощность теплогенерирующих агрегатов;
 – начальные и конечные давления (высокое — II категории 
и низкое — IV категории);
 – расстояние от магистрального газопровода высокого давле-
ния до красной линии застройки квартала;
 – количество населения в процентном соотношении от 
общего числа жителей квартала, которые пользуются услу-
гами предприятий коммунально-бытового назначения;
 – расход газа на газопотребляющее оборудование промыш-
ленных предприятий.

Годовой расход газа для каждой категории потребителей сле-
дует определять на конец расчетного периода с учетом перспек-
тивы развития объектов — потребителей газа.
Продолжительность расчетного периода устанавливается на 
основании плана перспективного развития объектов — потребителей 
газа, расчеты производятся на основе укрупненных 
показателей.

2.1. Определение годового расхода теплоты 
и часового расхода газа каждого квартала города 
при потреблении газа в квартирах

На основании использования ряда исходных данных производим 
расчет расхода газа газопотребляющего оборудования 
в жилых домах.
В первую очередь определяем количество человек (чел.), проживающих 
в каждом квартале, по следующей формуле:

 
(2.1)

где  Fкв — площадь в га, полученная в результате замеров по плану 
застройки;
m — плотность населения, чел./га;
n — этажность застройки каждого квартала, принимается по 
генплану.
Годовой расход теплоты в квартале, МДж/год:

 
(2.2)

где qn — нормы расхода теплоты в МДж (тыс. ккал) на 1 человека 
в год (табл. 2.1).
В связи с тем, что нельзя точно вычислить количество работающих 
газовых приборов в различное время года или суток, то на 
основании нормативной документации расчет расхода теплоты, 

прямо пропорционально зависящий от норм расхода теплоты на 
1 человека в год, производится по максимальным нагрузкам (расходу 
газа) потребителями.
При расчетах тепловых нагрузок необходимо учитывать сум-
марное число жителей квартала и тип газопотребляющего обору-
дования (задается преподавателем), устанавливаемого в каждом 
микрорайоне (три возможных типа, см. исходные данные 
и табл. 2.1).

Таблица 2.1

Нормы расхода теплоты, МДж (тыс. ккал), 
на 1 человека в год

№ 
п/п
Газопотребляющее оборудование
Нормы расхода теплоты, 
МДж (тыс. ккал), 
на 1 чел. в год

1
При наличии в квартире газовой плиты 
и централизованного горячего водоснабжения 
при газоснабжении, q1
4 100 (970)

2

При наличии в квартире газовой плиты 
и отсутствии централизованного горячего 
водоснабжения и газового водонагревателя 
при газоснабжении, q2

6 000 (1 430)

3

При наличии в квартире газовой плиты 
и газового водонагревателя (при отсутствии 
централизованного горячего водоснабжения) 
при газоснабжении, q3

10 000 (2 400)

Годовой расход газа каждого квартала, м3/год, определяется 
по формуле

 
(2.3)

где 
 — низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/м3 

(см. 2-й лист задания, выданного преподавателем).

После определения годового расхода газа в каждом квартале 
определяется часовой расход газа, м3/ч:

 
(2.4)

где km — коэффициент часового максимума; принимается по сум-
марной численности населения района, и его расчет производится 
методом интерполяции.

Значения коэффициента часового максимума расхода газа на 
хозяйственно-бытовые нужды приведены в табл. 2.2.
Расчеты по определению расхода газа на бытовые нужды сво-
дятся в табл. 2.3.

Таблица 2.2

Значения коэффициента часового максимума расхода газа

Число жителей,
снабжаемых газом, тыс. чел.
Коэффициент часового 
максимума расхода газа, km
1
1/1 800

2
1/2 000

3
1/2 050

5
1/2 100

10
1/2 200

20
1/2 300

30
1/2 400

40
1/2 500

50
1/2 600

100
1/2 800

300
1/3 000

500
1/3 300

750
1/3 500

1 000
1/3 700

2 000 и более
1/4 700