Газоснабжение. Практикум

Т. А. Мирошниченко 
ГАЗОСНАБЖЕНИЕ 
ПРАКТИКУМ 
Учебное пособие 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024
1 

УДК 696.2  
ББК 38.763 
М64 
Рецензенты: 
д. т. н., профессор кафедры теплогазоснабжения и инженерных систем 
в строительстве Томского государственного архитектурно-строительного  
университета Немова Т. Н.; 
начальник проектно-сметного отдела ООО «Газпром газораспределение Томск» 
Кочеров А. В. 
Мирошниченко, Т. А.   
М64  
Газоснабжение. Практикум : учебное пособие / Т. А. Мирошниченко. - 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 168 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-1905-5 
Изложен теоретический материал для практических работ в курсе «Газоснабжение», предложены задачи в области проектирования систем газоснабжения населённых мест и предприятий и отдельных их частей, даны примеры расчетов. Значительное место в пособии уделено вопросам горения газообразного топлива и экономичного и безопасного использования его для бытовых, коммунально-бытовых и производственных целей.  
Для студентов-бакалавров всех форм обучения по направлению 08.03.01 «Строительство» профиля подготовки «Теплогазоснабжение и вентиляция» и студентовмагистрантов направления 08.04.01 «Строительство» профиля подготовки «Энерго- 
ресурсоснабжение населенных мест и предприятий» для самостоятельной работы студентов.  
УДК 696.2  
ББК 38.763 
ISBN 978-5-9729-1905-5 
” Мирошниченко Т. А., 2024 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
2 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
Введение ...................................................................................................................... 4 
Практическая работа № 1. Основные теплофизические свойства  
и состав газообразного топлива ................................................................................. 5 
Практическая работа № 2. Основные принципы конструирования 
газораспределительной сети .................................................................................... 22 
Практическая работа № 3. Определение расчетных расходов газа  
для тупиковой сети газоснабжения ......................................................................... 30 
Практическая работа № 4. Определение расчетных расходов газа  
для кольцевой сети газоснабжения ......................................................................... 45 
Практическая работа № 5. Определение пропускной способности  
газопроводов. Гидравлические режимы системы газоснабжения ....................... 51 
Практическая работа № 6. Расчет внутридомового газопровода ..................... 61 
Практическая работа № 7. Газорегуляторные пункты и установки 
................. 74 
Практическая работа № 8. Гидравлический расчет сети  
высокого давления..................................................................................................... 86 
Практическая работа № 9. Реакции горения газа. Стехиометрические  
соотношения горения природного газа. Коэффициент избытка воздуха 
............ 94 
Практическая работа № 10. Горение газов.  
Температура горения газового топлива .................................................................. 99 
Практическое занятие № 11. Скорость распространения пламени.  
Отрыв пламени. ....................................................................................................... 107 
Практическая работа № 12. Атмосферная горелка.  
Перерасчет горелок при изменении характеристик природного газа ............... 114 
Практическая работа № 13. Системы снабжения потребителей  
сжиженными углеводородными газами. 
............................................................... 119 
Практическая работа № 14. Определение параметров  
при заполнении баллонов СУГ .............................................................................. 125 
Библиографический список ................................................................................ 128 
Приложения 
............................................................................................................ 130 
 
3 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Леонардо да Винчи - великий итальянский художник, ученый, инженер, 
музыкант и зодчий, основатель искусства Высокого Возрождения, которого 
называли чародеем, служителем дьявола, божественным духом, сам считал себя 
прежде всего инженером, который вынужден заниматься живописью ради заработка. Его изобретения - проекты подводной лодки, танка, ткацкого станка, 
шарикоподшипника, летательной машины, парашюта - на несколько веков 
опередили время, а тайна улыбки знаменитой Моны Лизы и сегодня занимает 
умы многих людей по всему миру. Леонардо записал следующее: «Те, кто 
влюбляются в практику без теории, уподобляются мореплавателю, садящемуся 
на корабль без руля и компаса и потому никогда не знающему, куда он плывет». 
В данном пособии гармонично переплетаются необходимые теоретические 
сведения в области газоснабжения населённых мест и предприятий с решением 
практических задач.  
Пособие создано на основе государственных нормативных документов, по 
которым разрабатывается проектная документация, осуществляется строительство, ремонт и эксплуатация систем газораспределения и газопотребления.  
При подготовке книги были использованы материалы, опубликованные в 
свободной печати, не требующие получения специального разрешения для размещения в учебном издании. 
 
 
 
4 
 

 
Практическая работа № 1. 
Основные теплофизические свойства  
и состав газообразного топлива 
 
Теоретическая часть. Газовое топливо представляет собой смесь различных простых горючих и балластных газов. Горючие газы бывают искусственные и природные.  
К искусственным газам относят газы, вырабатываемые на газовых заводах 
в процессе термической переработки твердых и жидких топлив, а также выделяющиеся в качестве вторичных продуктов некоторых производств, например,  
в доменном процессе, при получении кокса, переработке нефти и т. д. 
К природным относятся газы, добываемые из чисто газовых месторождений; попутные нефтяные, выделяющиеся из добываемой нефти; получаемые из 
газоконденсатных месторождений (состоят из смеси сухого газа с парами конденсата тяжелых углеводородов); сжиженные углеводородные, извлекаемые  
из газов нефтяных и газоконденсатных месторождений. 
Свойства газового топлива определяются свойствами отдельных горючих 
и негорючих газов и примесей, составляющих его. Горючая часть газового топлива состоит из углеводородов, водорода и окиси углерода. В негорючую часть 
входят углекислый газ, азот и кислород. К примесям относят сероводород, аммиак, цианистые соединения, водяные пары, нафталин, смолы, пыль и др. Негорючие газы и примеси являются балластом газового топлива и ухудшают его 
теплофизические и эксплуатационные качества. Поэтому содержание их в газовом топливе доводится до строго лимитируемого минимума. 
Углеводороды предельного ряда составляют основную горючую часть 
природных газов и имеют общую химическую формулу 
2
2 
n
nH
C
. Первый  
в их ряду - метан 
)
CH
(
4 , последующие - этан 
)
H
C
(
6
2
, пропан 

8
3Н
С
, бу- 
тан 

10
4Н
С
, пентан 

10
5Н
С
 и т. д. 
Предельные углеводороды характеризуются высокой теплотой сгорания, 
не имеют цвета и запаха, не токсичны, но оказывают слабое наркотическое действие при большой концентрации (высокомолекулярные углеводороды). При 
скоплениях в помещениях более 10  по объему углеводородистые соединения 
способны вызывать удушье человека из-за недостатка кислорода. С увеличением молекулярной массы углеводородов повышаются их теплота сгорания, 
плотность и способность к конденсации. 
Углеводородные газы (УВ), состоящие в основном из метана, называются 
сухими. При незначительном содержании тяжёлых углеводородов они называются тощими, а газы со значительным содержанием тяжелых УВ - жирными.  
Для газоснабжения населенных пунктов и промышленных объектов применяют сухие и влажные газы. Если газ транспортируется на большие расстояния, его осушают. Искусственные газы в большинстве случаев имеют рез- 
кий запах, что облегчает обнаружение утечки газа из труб и арматуры. Природные газы не имеют запаха, поэтому до подачи в систему газоснабжения  
5 
 

 
они одорируются, т. е. им придается резкий и неприятный запах. Самые  
распространенные одоранты - метилмеркаптан (СН4S, CHΎSH) и этилмеркап- 
тан (C2HͷSH).  
Основными физическими и тепловыми свойствами природного газа являются:  
 низшая теплота сгорания, 
с
н
Q ; 
 плотность газа, ȡг; 
 относительная плотность газа по воздуху, s; 
 теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа 
(с коэффициентом избытка воздуха Į = 1), 
0
в
V . 
Теплота сгорания газа - количество тепла, выделяющееся при сжигании 
веса или единицы объема данного вещества. 
Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. 
Под высшей теплотой сгорания топлива понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.  
Низшая теплота сгорания соответствует тому количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании без учета теплоты конденсации водяного 
пара. 
Низшая теплота сгорания газа определяется по формуле (1.1) в зависимости от месторождения газа и его состава при нормальных условиях (н. у.) 
 


¦
˜
 
i
i
с
н
с
н
r
Q
01
,
0
Q
, МДж/м3, 
 (1.1) 
где  
i
с
н
Q
 - низшая теплота сгорания i-го компонента природного газа, МДж/м3, 
принимается по прил. 1; 
i
r  - объемная доля i-го компонента газа, принимается по прил. 1. 
Плотность газа определяется по формуле (1.2) или по прил. 1 в зависимости от месторождения газа при н. у. 
 


¦
˜
U
 
U
i
i r
01
,
0
, кг/м3, 
 (1.2) 
где  
i
U  - плотность компонента газа, кг/м3. Плотность каждого компонента 
природного газа, принимается по прил. 2. 
В дальнейших расчетах следует применять плотность газа из прил. 1 в соответствии с вариантом студента или месторождением природного газа. 
Относительная плотность природного газа по воздуху - это отношение 
плотности газа к плотности воздуха, м3/м3, которая определяется по форму- 
ле (1.3) 
 
г
s
U
U
 
, м3/м3, 
 (1.3) 
в
где  
в
U  - плотность воздуха. При н. у. (0 ƒС, 0,1013 МПа) в
U  = 1,293 кг/м3.  
6 
 

 
Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м3 газа  
(с коэффициентом избытка воздуха Į = 1) определяется по формуле (1.4) 
ª
˜
¸
¹
·
¨
©
§

˜
 
i
0
в
r
4
m
n
76
,
4
01
,
0
V
, м3/м3, 
 (1.4) 
 
¦
»
¼
º
«
¬
где  n и m - соответственно, количество атомов углерода и водорода в молекуле углеводорода. 
 
Опыты показывают, что основные макроскопичекие параметры газа (объем, температура, давление) тесно взаимосвязаны. При исследовании этой связи 
были открыты закономерности, названные газовыми законами. Рассмотрим 
кратко данную тему. 
Закон Бойля – Мариотта 
Исторически первым открытым газовым законом стал закон БойляМариотта. В 1660 г. Р. Бойль (и несколько позже Э. Мариотт) установил, что 
газ ведет себя подобно сжатой пружине, и увеличивает давление пропорционально уменьшению объема. Таким образом, для фиксированного количества 
газа при фиксированной температуре произведение давления и объема остается 
постоянным 
 
const
VP  
. 
 (1.5) 
Выполнение этого закона совершается не мгновенно. При быстром увеличении давления объем уменьшается менее, чем пропорционально давлению, но 
через некоторое время происходит дополнительное уменьшение объема. Позже 
было установлено, что происходит это потому, что при быстром сжатии газа 
повышается температура. Если же газ сжимать медленно, чтобы температура 
оставалась постоянной, то отклонений от закона не наблюдается. 
При постоянной температуре объем идеального газа изменяется обратно 
пропорционально давлению, т. е. 
2
 
1
P
P
V
V  
, 
 (1.6) 
2
1
где  V1 - объём газа при давлении Р1, V2 - объём того же газа при давлении Р2. 
Учитывая, что удельные объемы газа обратно пропорциональны плотности, то можно написать 
2
 
1
T
T
 
U
U
, 
 (1.7) 
2
1
где  ȡ1 и ȡ2 - плотность газа, соответственно, при давлении Р1 и Р2. 
Закон Шарля 
Хронологически вторым открытым газовым законом является закон, открытый Ж. Шарлем в 1787 г. 
7 
 

Было установлено, что давление фиксированного количества газа при фиксированном объеме изменяется прямо пропорционально его температуре. Отношение этих величин постоянно: 
const
T
P  
. 
 (1.8) 
Данный процесс называется изохорным, и его график в координатах ТíP 
является наклонной прямой, направленной из начала координат. Прямая поднимается тем круче, чем меньше объем газа. В других координатах график изохоры является горизонтальной или вертикальной прямой. 
Закон Гей-Люссака 
В 1802 г. Ж. Гей-Люссаком был опубликован третий газовый закон, описывающий изменение состояния фиксированного количества газа при постоянном давлении. Он гласит, что объем фиксированного количества газа при постоянном давлении пропорционален температуре. Отношение этих величин постоянно: 
VT = const. 
(1.9) 
Такой процесс был назван изобарным, и его график в координатах ТíV 
является наклонной прямой, направленной из начала координат. Прямая поднимается тем круче, чем меньше давление газа. В других координатах график 
изобары является горизонтальной или вертикальной прямой. 
Объем определенного количества идеального газа при постоянном давлении увеличивается с повышением температуры. Так, если при температуре 0 ƒС 
газ занимает объем V0, м3, то при температуре t объем газа составляет 


t
0
t
а
1
V
V

 
,
(1.10) 
где  
t
а  - коэффициент расширения газа при повышении температуры  
на 1 ƒС, приблизительно равный 1/273. 
Для одного и того же газа при постоянном давлении, но различных температурах справедливо соотношение 
1
1
Т
Т
V
V  
,
(1.11) 
2
2
где  Т - абсолютная температура, равная (273t), К. 
Если газ находится в закрытой емкости постоянного объема, то при повышении температуры газа в ней будет возрастать давление, причем 


t
a
1
P
Р
p
0
t
˜

 
,
(1.12) 
где  ар - коэффициент объемного расширения. 
8 

 
Соотношение между абсолютной температурой и давлением для одного  
и того же количества газа при постоянном объеме будет 
1
 
1
Т
Т
P
P  
. 
 (1.13) 
2
2
Для идеальных газов коэффициент ар и аt одинаковы.  
Закон Авогадро 
Равные объемы различных газов при одинаковых температуре и давлении 
прямо пропорциональны их молекулярным весам, т. е. 
1
 
1
M
M
 
U
U
,  
 (1.14) 
2
2
поскольку 
2
1
 
1
P
P
V
V  
 и 
2
M
M
V
V  
, 
 (1.15) 
2
1
1
2
то  
 
const
V
M
V
M
2
2
1
1
 
 
. 
 (1.16) 
Равные объемы разных газов при одинаковой температуре и давлении содержат равное число молекул. Это число для одной моли любого газа состав- 
ляет N = 6,025 ā 1023 и называется числом Авогадро.  
Различают нормальные (Т = 73,15 К и Р = 0,101325 МПа) и стандартные 
(Т = 293,15 К и Р = 0,101325 МПа) условия. При одних и тех же условиях объем 
одного киломоля идеального газа Vȝ не зависит от природы газа и вполне 
определяется давлением и температурой вещества (закон Авагадро). При нормальных условиях Vȝну = 22,4135 м3/кмоль, при стандартных условиях 
Vȝст = 24,04м3/кмоль. 
В термогазодинамических расчетах часто используют величину удельного 
объема газа. Удельный объем газа - это объем единицы массы газа, численно 
равный величине, обратной плотности: 
m
V
1
v
 
U
 
. 
Уравнение Менделеева – Клапейрона 
В 1834 г. Э. Клапейрон, исследуя три перечисленных закона и обобщая их, 
получил уравнение, названное его именем и связывающее все три макроскопических параметра газа: 
 
const
Т
PV  
. 
 (1.17) 
9 
 

 
Это уравнение хорошо подходило для описания изменений для фиксированного количества определенного газа. Однако константа, входящая в него, 
оказывалась для каждого газа разной, зависящей от исследуемого количества. 
Необходимо было получить более универсальную формулу. 
Основой такой универсальной формулы явился закон, открытый в 1811 г. 
А. Авогадро.  
В 1874 г. Д. Менделеев установил, что постоянная, присутствующая в 
уравнении Клапейрона, прямо пропорциональна этому числу. А значит, можно 
ввести универсальный коэффициент пропорциональности R, физический смысл 
которого состоит в том, что это количество тепла, которое надо передать одному молю газа для того, чтобы нагреть его на 1 К. С использованием этой универсальной газовой постоянной уравнение приняло вид: 
 
RT
M
m
PV  
,  
 (1.18) 
где  P - давление, Па; 
V - объем газа, м3; 
m - масса газа, кг; 
M - молярная масса газа (масса моля газа, содержащего NA = 6 ā 1023 молекул); 
R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(кг ā К); 
T - абсолютная температура, К. 
Уравнение состояния газа в таком виде связывает макроскопические термодинамические параметры идеального газа (объем, температуру, давление)  
с его физическими параметрами (массой и молярной массой) и называется 
уравнением Менделеева - Клапейрона. Основные газовые законы являются его 
следствием. 
Для реальных газов уравнение состояния имеет вид: 
 
ZmRT
PV  
,  
 (1.19) 
где  Z - коэффициент сжимаемости газа. В термодинамике коэффициент сжимаемости (Z), также известный как коэффициент сжатия или коэффициент отклонения газа, является поправочным коэффициентом, который описывает отклонение поведения реального газа от идеального газа. Коэффициент сжимаемости газа определяется как отношение молярного объема газа к молярному 
объему идеального газа при той же температуре и давлении.  
 
Каждый близкий по своим свойствам к идеальному газ, входящий в смесь, 
ведет себя так, как если бы в смеси не было других газов: распространяется  
по всему объему смеси и следует своему уравнению состояния. 
Закон Дальтона 
Смесь газов подчиняется закону Дальтона, согласно которому общее давление смеси нескольких газов равно сумме парциальных давлений всех газов, 
10