Промышленные системы газоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТИМ. Д. СЕРИКБАЕВА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ГАЗОСНАБЖЕНИЕ

Л.П. Дубовенко

Усть-Каменогорск 2014

Лекция 1

1.1 Место Республики Казахстан в развитии газовой промышленности

Промышленная добыча и широкое использование природного газа в конце 19 века сделали его одним из главных источников энергии во всем мире. За исторически небольшой период газовая промышленность выросла и развилась настолько, что в настоящее время большинство отраслей промышленности, сельского хозяйства и быта человека немыслимы без газа.

Теперь трудно найти такую отрасль народного хозяйства, которая не использовала бы газ в качестве топлива или сырья.

Первые сведения о газификации Казахстана относятся к 1925 г, когда на нефтепромысле Доссар впервые начали использовать нефтяной попутный газ для хозяйственных нужд промысла. В 1958г в Алматы была установлена первая газовая плита, а сегодня в республике газифицировано более 4 млн. квартир и более 1000 промышленных и коммунально-бытовых предприятий.

С 1965г республика начала добывать природный газ и вырабатывать сжиженный. После 1965г появляются газоперерабатывающие заводы, газоемкие потребители- крупные блочные электростанции, предприятия черной и цветной металлургии и кирпичные заводы.

Казахстан имеет некоторые отличительные черты в использовании газа в промышленности. Здесь впервые в СССР газ нашел применение в качестве технологического сырья в цветной и черной металлургии ( газовое дутье в домны, сушка и обжиг руды при плавке цветных металлов, для технологии плавки свинца).

Газ используется по двум основным направлениям: энергетическому и химической переработке углеводородов содержащихся в газе.

Газ легко транспортировать, регулировать и контролировать при горении. При минимальном времени и объеме он дает максимальное количество тепла. Газ горит чистым, без копоти пламенем, что позволяет применять его в самых тонких технологический процессах.

Отсутствие копоти способствует оздоровлению атмосферы городов.

Применение газа выгодно и с экономической точки зрения, так как при большей теплоте сгорания на его производство, доставку и потребление требуется гораздо меньше затрат, чем на уголь и мазут. Газообразное топливо обладает наибольшей тепловой эффективностью.

В топливном балансе Казахстана газ используется как технологическое ( в черной и цветной металлургии, машиностроении, пищевой, легкой, фармацевтической промышленности и промышленности строительных материалов) и энергетическое (энергетика и жилищно-коммунальное хозяйство) топливо. Казахстан располагает девятью основными видами газовых ресурсов: попутные, природный, шахтный, доменный, коксовый,сжиженнный, газы нефтепереработки и цветной металлургии, а также газы сульфатных и химических заводов.

В республике применяется природный, ( в основном на энергетические нужды 85%) сжиженный, (потребляется главным образом населением 70%), в незначительных количествах попутный, нефтяной и доменные газы.

В последние годы экономическое положение Казахстана резко изменилось. Получив независимость, республика вместе с распадом огромной державы получила и проблемы, которые надо решать самостоятельно. В значительной степени это касается и нефтегазового топлива.

В 60-70 годы структура топливоснабжения каждого региона СССР определялась рамками топливно - энергетического баланса всей страны. В этот период газ продавался по низкой цене и для получения большего экономического эффекта энергогенерирующие установки сооружались на потребление газомазутного топлива. Так например тепловые электростанции Западного и Южного Казахстана были построены на потребление природного газа Средней Азии.

В указанные периоды природный газ в значительных объемах продавался зарубежным странам и росла потребность Европейской части страны в этом топливе. В связи с этим были построены крупные магистральные газопроводы от Средней Азии и Западной Сибири до границы европейских стран: Средняя Азия - Центр, Бухара - Урал, Узень - Гурьев - Куйбышев, Узень - Орск и др.

Суммарная протяженность 10 тыс. км, на них 27 компрессорных станций, 85 ГРС, 2 подземных газохранилища ( Базайское и Акыр - Тюбинское).

В 1992 году реализовано газа 6,2 млрд. м3, транспортировано 44 млрд. м3 из них 38 млрд. м3 приходится на транзит. Из общего объема - 6,2 млрд. м3 собственной добычей покрывается 2,9 млрд. м3, остальная часть - туркменский газ (2,5 млрд. м3), узбекский (1,4 млрд. м3), российский (0,5 млрд. м3).

Важнейшей проблемой, требующей своего решения является дефицит республики в природном газе. В настоящее время только 8 областей республики снабжаются природным газом. Общий объем потребления газа составил в 1991 году 11,7 млрд. м3, из которого 53,8% пошел на энергетические нужды.

Преобладающая часть территории республики ( центр, северные и восточные районы ), вообще лишены природного газа, а в тех областях, где он используется, газоснабжение осуществляется лишь частично, только 90 населенных пунктов республики получает сегодня природный газ, хотя по территории республики транзитом проходят крупнейшие магистральные газопроводы: Средняя Азия - Центр, Бухара - Урал, БГР - Алматы. В топливно балансе республики природный газ составляет 18%, хотя общеизвестно, что использование газа в качестве топлива повышает эффективность производства минимум вдвое. При этом практически весь добываемый газ Карачаганака поступает на газоперерабатывающие заводы России.

За счет роста добычи газа на Карачаганакском газоконденсатном месторождении, ввода в эксплуатацию Урыхтаусского и других месторождений ресурсы природного газа в республике возрастут, сократится соответственно импорт природного газа из других регионов.

Для скорейшего решения энергетической независимости Казахстана в плане газопотребления представляется наиболее целесообразным в ближайшие годы построить газопроводы: Карачаганак - Актюбинск и Урыхтау - Актюбинск, что позволит подать газ Карачаганака и Урыхтау в существующий магистральный газопровод Бухара - Урал. В этом случае, от этого газопровода возможно направить газ в наиболее неблагополучные экологически регионы Приаралья, испытывающие острую нехватку энергоресурсов, по магистральному газопроводу - отводу Соленая - Ленинск и далее до Кзыл - Орды.

Предполагается также в перспективе строительство газопровода Красный Октябрь - Аркалык - Акмола, который свяжет западный регион с центральными и целинными областями республики.

Велось проектирование магистрального газопровода Багандинка - Ишим - Петропавловск - Кокшетау - Акмола - Караганда и Омск - Павлодар - Семипалатинск - Усть-Каменогорск, по которым предполагалось подать газ Тюменских месторождений в северные и центральные районы Казахстана. Однако строительство этих газопроводов требует от республики огромных финансовых и материальных затрат.

Для покрытия республиканский потребностей на ближайшие годы сохраняются установившиеся связи по поставкам природного газа с Россией, Узбекистаном, Туркменией.

Большие геологические перспективы связаны с шельфом Каспийского моря, где запасы газа оцениваются 2,0 трлн м3.

Основным потребителем природного газа в республике является промышленность. Из всех отраслей промышленности более половины используемого природного газа идет на энергетические нужды. На втором месте по потреблению природного газа находится промышленность строительных материалов. В этой отрасли природный газ используется в первую очередь при производстве цемента. Одна шестая часть потребляемого газа идет в черную и цветную металлургию республики. Весьма низок удельный вес потребления природного газа в химической промышленности. Казахстан не имеет значительного опыта в использовании газа в легкой промышленности. В химической промышленности один и тот же продукт можно получить из разного сырья, применив разные способы переработки.

Так для производства 1 т этилового спирта требуется не менее 4т зерна или 10т картофеля. Себестоимость этилового спирта полученного из нефтяных газов будет вдвое ниже.

Себестоимость аммиака, полученного из природного газа - 40%, азотной кислоты на 36%, аммиачной селитры на 33% ниже себестоимости этих продуктов, полученных из другого сырья.

Из газа получают пластмассу, полиэтилен, удобрения, газовый бензин.

Из всех видов газового топлива наибольшую тепловую эффективность дает сжиженный газ, тепловая эффективность которого в 4 раза больше тепловой эффективности угля.

Газообразное топливо позволяет автоматизировать теплотехнические процессы при сжигании топлива, легко регулировать параметры горения, повысить КПД котельных установок, топочных печей и устройств.

Газовое топливо позволяет максимально использовать возможности оборудования.

Сравнение показателей производительности оборудования различных производств до и после перехода на газ свидетельствует об увеличении производительности оборудования предприятий переведенных на газ на 10 - 70%. На рост производительности технологического оборудования работающего на газе оказывают влияние такие свойства газа, как равномерность и высокая температура горения, возможность регулирования технологического режима производства, поддержание устойчивого температурного режима.

Применение сжиженного газа сокращает технологический цикл строительных работ, улучшает их качество, уменьшает стоимость штукатурных работ в 3 раза.

Локализированное применение газовых горелок, установленных там, где работают люди, полностью решает вопрос отопления помещений. И, наконец, благодаря использованию газа в качестве сырья и топлива стало возможным создание таких продуктов питания как воздушная кукуруза и др.

В сельскохозяйственном производстве газ применяется для сушки зерна, приготовления кормов в кормозапарниках, пламенной обработки полей от сорняков, обогрева птицеферм и теплиц.

Особое место принадлежит газификации быта. Газификация жилищ и промышленных предприятий положительно сказывается на здоровье людей.

Потребление твердого и жидкого топлива загрязняет атмосферу, вредно влияет на органы дыхания человека. Самой действенной мерой предохраняющей воздух от загрязнения продуктами сгорания, является газификация.

Удельный вес газовых ресурсов в топливном балансе каждого региона различен.

Западный Казахстан.

Здесь сконцентрирована вся добыча нефти и природного газа в республике. На его территории соединяются две крупнейшие газовые магистрали: Бухара - Урал и Азия - Центр.

В западном Казахстане расположен Атыраусский нефтеперерабатывающий завод - предприятие по производству сжиженного газа. Это наиболее газоемкий район Казахстана. В топливном балансе его газ занимает более 50%. Почти все тепловые электростанции Западного Казахстана работают на природном и попутном газах.

Северный Казахстан.

По территории Северного Казахстана проходит отвод от газопровода Средняя Азия - Центр к г. Кустанаю. По нему подается газ на промышленные предприятия. Кроме природного газа в Северном Казахстане применяется также привозной сжиженный газ идущий в основном на коммунально-бытовые нужды.

На павлодарском нефтеперерабатывающем заводе получают сжиженный газ из газа поступающего из Западной Сибири.

Восточный Казахстан.

В Восточном Казахстане применяется только сжиженный газ, используемый на коммунально - бытовые нужды. Газ поставляется из Башкирии.

Южный Казахстан.

В Южном Казахстане газовое топливо является самым рациональным видом топлива. В этом районе используется природный газ (из Узбекистана) и сжиженный газ ( из Башкирии). В основном газ применяется на технологические и энергетические нужды производства. Основное направление использования сжиженного газа - жилищно - коммунальные нужды района. В южном Казахстане находится Шымкентский нефтеперерабатывающий завод.

Лекция 2

2.1 Состав газового топлива и требования кнему

Различные виды газового топлива представляют собой механические смеси газов, как горючих, так и не горючих.

Горючая часть представляет собой следующие газы:

Водород Н2 - газ без цвета, вкуса и запаха, самый легкий из всех составляющих газового топлива. Содержится только в искусственных газах.

Метан СН4 - газ без цвета, вкуса и запаха. Является основной горючей частью в искусственных газах.

Оксид углерода (угарный газ), СО - газ без цвета, вкуса и запаха. Получается при неполном сгорании угрода топлива. Очень ядовитый. Содержится только в искусственных газах.

Тяжелые углеводороды - ряд горючих газов(этан, пропан, бутан и др.тяжелые угводороды характеризуются большой теплотой сгорания, некоторые из них при сравнительно низком давлении перезодят в жидкое состояние и доставляются потребителям в баллонах и систернах.

В негорючую часть газового топлива входят следующие газы:

Двуокись углерода ( углекислый газ).

СО2 - газ без цвета, вкуса и запаха со слабым кисловатым вкусом.

Азот N2 - газ без цвета, вкуса, запаха.

Кислород О2 - газ без цвета, вкуса, запаха. Сам не горит но поддерживает горение. Содержится в небольшом количестве в некоторых искусственных газах. Некоторую часть газового топлива называют балластом.чем больше в горючих газах балласта, тем хуже их качество. К примесям отнаосятся: пары воды, сероводород, нафталин, смолы.

Для обеспечения наибольшей безопасности при пользовании газом, а также для бесперебойной работы газовых систем и их сооружений газовое топливо должно удов летворять следующим требованиям:

Обладать постоянным составом и теплотой сгорания.

1.Содержать возможно меньшее количество вредных примесей. Смолы, пыль, нафталин приводят к скоплениям и пробкам.

2.Содержать минимальное количество кислорода, который активно разъедает материал газопроводов. Повышенное количество кислорода в газе может вызвать опасность взрыва.

3.Обладать резким специфическим запахом, необходимым для обнаружения га за. Газообразное топливо очищают от вредных примесей. Если газ транспортируют на большие расстояния то его предварительно осушают.

Большинство искусственных газов имеет резкий запах, что облегчает обнаружение утечек.

Природных газ не имеет запаха. До подачи в сеть его предварительно одоризируют, т.е придают ему стойкий, неприятный запах, который ощущается при концентрации в воздухе 1%.

В качестве одоранта применяют этилмеркаптан который содержит до 50% серы. Он идентичен сероводороду и имеет резкий неприятный запах. Средняя норма расхода этилмеркаптана - 16г на 1000 м3 газа при 0°С и давлении 101,3 кПа. Содержание одоранта должно быть таким, чтобы запах его ощущался при наличии в воздухе 1% природного газа (1/5 нижнего предела воспламенения и 0,5 % сжиженного газа.

Очистка от сероводорода.

Содержание сероводорода не должно превышать 2г на 100м3 газа. Существуют сухие и мокрые методы очистки. При сухом методе используют твердые поглотители, при мокром - жидкие.

Осушка газа.

Содержание влаги в газе при его транспортировании вызывает затруднения. Влага может конденсироваться, вызывать ледяные пробки и кристаллогидраты ведущие к коррозии трубопроводов. Для осушки газа применяют абсорбционные методы - поглощение водяных паров жидкостями, адсорбционные методы - поглощение твердыми сорбентами и физические методы - охлаждение.

Широкое применение получил абсорбционный метод.

Природные и искусственные горючие газы.

Горючие газы делят на природные и искусственные. К природным относят газы, добываемые из недр земли, к искусственным получаемые на газовых заводах из твердого и жидкого топлива.

Природные газы скапливаются обычно в верхних слоях газоносных слоев земной коры, в складках горных пород, над слоем нефти. Имеются и чисто газовые месторождения, где нефти нет. Природный газ получают также попутно с нефтью, где его бывает растворено от 10 - 50% от всей массы нефти. В этом случае выделение газа из нефти и его улавливание происходит при понижении давления выходящей из скважины нефти в сепараторах или траппах. Полученный таки образом газ называют попутным или нефтипромысловым.

Газы чисто газовых или газоконденсатных месторождений отличают постоянным химическим составом, высоким содержанием метана (75-98%) и небольшим содержанием углеводородов (этана, пропана). Попутные газы не отличаются постоянством состава и кроме метана содержат значительное (до 60%) количество тяжелых углеводородов. На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют пропан и бутан, которые используют для газоснабжения в виде сжиженного газа. Сжиженные газы получают также из конденсатных месторождений. Распространенным способом получения искусственных горючих газов является сухая перегонка жирных каменных углей. Измельченный уголь без доступа воздуха нагревается до 900-1100°С в специальных печах.

При этом горючие летучие вещества, имеющиеся в топливе, выделяются из него и отсасываются из камер печи, а твердый углерод образует основной продукт перегонки - кокс, который необходим для металлургических печей.

Газ, полученный таким способом называется коксовым.

Газовое топливо может быть получено также путем безостановочной газификацией твердого топлива, т.е превращением в газ его горючей, летучей и твердой частей. Безостановочную газификацию топлива производят в установках, называемых газогенераторами, а получаемый в них газ - генераторным. существуют также доменные газы, газы нефтепереработки, газы цветной металлургии, химических производств и др. газы.

Газ выделяемый угольными пластами по энергетическим и другим свойствам не уступает природному газу. В нем содержится 80-98% метана. В настоящее время отсасыванием из шахт извлекается примерно 1/3 метана, основная масса же его удаляется вентиляцией.

Схема магистрального газопровода.

Газ из скважины поступает в сепараторы, где отделяются твердые и жидкие примеси. Далее по промысловым газопроводам газ поступает в коллекторы и в промысловые газораспределительные станции (ПГРС). Здесь газ вновь очищают в масленых пылеуловителях, осушают одорируют и снижают давление газа до расчетного значения, принятого в магистральном газопроводе. Промежуточные компрессорные станции размещают примерно через 150 кмдля возможности проведения ремонтов предусматривают линейную запорную арматуру, которую устанавливают не реже чем через 25 км. Газопровод заканчивается газораспределительной станцией (несколькими станциями), которая подает газ к крупному городу или промышленному комплексу. Для покрытия сезонной неравномерности используют подземные хранилища.

Газопроводы строятся диаметром до 1420мм. Максимальное давление в газопроводе 7,5 Мпа. Перед компрессорными станциями давление снижается до 3-4 МПа.

Магистральные газопроводы выполняют из стальных труб соединенных сваркой.

Хранилища газа.

В летний период подача газа в город превосходит его потребление. Излишки газа направляют в газохранилища. Для хранения газ используют подземные газохранилища.

Для покрытия часовой неравномерности потребления газа используют аккумулирующую емкость последнего участка магистрального газопровода.

Лекция 3

3.1 Городские системы газоснабжения

Городские распределительные системы состоят из следующих элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давления, газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов и установок. В газорегуляторных пунктах и установках давление газа снижают до необходимой величины и автоматически поддерживают постоянным.

Основным элементом городских сетей газоснабжения являются газопроводы которые делятся в зависимости от давления на следующие на следующие группы:

1. Газопроводы низкого давления с давлением газа до 5 кПа.

2. Газопроводы среднего давления с давление газа 5Кпа.

3. Газопроводы высокого давления II с давлением от 0,3 до 0,6Мпа.

Газопроводы высокого давления I категории от 0,6 до1,2Мпа.

По числу ступеней давления системы газоснабжения подразделяются:

1)одноступенчатые

2)двухступенчатые, состоящие из семей низкого и среднего или низкого и высокого давления

3)трехступенчатые, состоящие из семей высокого, среднего и низкого давления.

4)многоступенчатые, состоящие из семей высокого, среднего, низкого, I и II категории давлений.

В зависимости от назначения городские газопроводы делятся на 3группы:

Распределительные газопроводы. По ним газ подается к промышленным предприятиям, коммунальным предприятиям и в жилые районы. Распределительные сети бывают низкого, среднего и высокого давлений, кольцевые и тупиковые.

Абонентские ответвления подающие газ к отдельным потребителям.

Внутридомовые газопроводы транспортирующие газ внутри здания.

Газопроводы среднего и высокого давления подают газ через ГРП и местные разорегуляторные установки (ГРУ) в городские распределительные сети и в газопроводы прмышленных и коммунально - бытовых предприятий.

ГРП располагают в отдельно стоящих зданиях с отоплением и вентиляцией или в специально отапливаемых шкафах. Газорегуляторные пункты располагают в цетрах зон, которые они питают.

Сети низкого давления состоят из кольцевых и тупиковых трубопроводов и абонентских ответвлений. Плотность основных газопроводов принимают такой, чтобы длина абонентских ответвлений до ввода в здание была 50-100м

Жилые и общественные здания, а также мелкие предприятия присоединяют неопсредственно к распределительным сетям. Поэтому на вводах газопровода в здания устанавливают только отключающие устройства.

В зависимости от планировки жилых массивов схема прокладки газопроводов может быть тупиковой или кольцевой.

Сети кольцуют для повышения надежности. В основном следует кольцекать сети высокого и среднего давления. В сетях низкого давления кольцуют только основание газопровода.

3.2 Трубы

Для строительства газопроводов применяют стальные безшовные, сварные прямошовные и спирально - шовные трубы. Трубы изготавливают из хорошо сваривающиеся трубы. Нормы на материалы для изготовления труб устанавливают ГОСТ и СНиП.

Минимальный условный диаметр для распределительных газопроводов принимают равным 50 мм, а для ответвлений к потребителям 25мм. Толщина стенки трубы для подземних трубопроводов должна быть не менее 3 мм, а для надземных не менее 2 мм.

Соединение труб осуществляется сваркой. Качество сварных швов контролируется.

Для газоснабжения поселков и сельских населенных пунктов используют полиэтиленовые газопроводы. Трубы соединяют на сварке. Арматуру и конденсатосборники присоединяют стальными вставками.

Переходы газопроводов под железнодорожными и трамвайными путями, автомобильными дорогами, а также при пересечении сплошных препятствий осуществляют из стальных труб. Основным достоинством полиэтиленовых труб является:

1)высокая коррозионная стойкость

2)малая масса

3)легкая обработка труб

4)маленькое гидравлическое сопротивление

Недостатки полиэтиленовых труб:

1)маленькая механическая прочность

2)меньшая температуростойкость

Трубы из цветных сплавов:

Импульсные газопроводы для присоединения контрольно- измерительных приборов и приборов автоматики должны быть, как правило, изготовлены из стальных труб для газопроводов соответствующего давления, однако для их подключения полагается примерить медные, латунные, алюминиевые трубы.

Резиновые и резинотканные рукава.

При эксплуатации установок использующих жидкое топливо, широко применяют гибкие газопроводы. В основном на газонаполнительных станцях,при сливе газа из цистерн, наполнение газом автоцистерн, сливе газа в групповые резервуарные установки, при замене баллонов.

Резиновые и резинотканные рукава обеспечивают безаварийную работу в кратчайший срок, причем главные свойства резины - эластичность.

3.3 Арматура

В зависимости от назначения трубопровода арматура подразделяется на следующие основные классы

1.Запорная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока среды.

2.Регулирующая, управляющая давлением или расходом путем уменьшения проходного сечения.

3.Предохранительная, обеспечивающая частичный выпуск среды в случае необходимости или полное прекращение подачи для предотвращения повышения давления, а также недопустимы по технологическим соображениям обратный поток воды.

4.Резервуарная, контрольная и прочая арматура различного назначения.

Наиболее часто применяемыми типами запорной арматуры являются задвижки, краны, вентили. На газопроводах низкого давления допустимо применение гидрозатворов.

Задвижки. Преимущества. Незначительное гидравлическое сопротивление, простота обслуживания, возможность подачи среды в любом направлении.

Недостатки. Небольшой допускаемый перепад давления по сравнению с вентилями, невысокая скорость срабатывания затвора, возможность получения гидравлического удара в конце хода.

Задвижки бывают клиновые и паралельные.

3.4 Краны

Любой кран имеет две основные детали неподвижный корпус и вращающуюся пробку.

В зависимости от геометрической формы уплотнительных поверхностей затвора краны разделяются на три основных типа конические, цилиндрические и шаровые. В газовом хозяйстве применяются конические и шаровые.

3.5 Вентили

Преимущества. Возможность работы при больших перепадах давления, простота конструкции, обслуживания и ремонта, небольшой размер и масса, герметичность, возможность использования в качестве регулирующего органа, безопасность при гидравлическом ударе.

Недостатки. Высокое гидравлическое сопротивление, большая строительная длина по сравнению с задвижками, подача среды только в одном направлении.

3.6 Гидравлические затворы

Применяются только на подземных газопроводах низкого давления. В настоящее время используются только стальные гидрозатворы. Их соединяют с газопроводом сваркой.

Если гидрозатвор установлен в нижней точке газопровода, он может быть использован одновременно как конденсатосборник. Гидрозатвор устанавливают на ответвлениях к объектам или на вводах в здания.

Выбор арматуры.

Конструкция применяемой арматуры и материал, из которого она изготовлена, должны обеспечивать надежную и безопасную эксплуатацию систем газоснабжения при заданных параметрах, т.к взрыво и пожароопасность горючих газов предъявляют к запорной арматуре повышенные требования.

Следовательно, арматура, используемая на газопроводах должна быть предназначена для газовой среды.

Основными требованиями, предъявляемыми к запорной арматуре, которую устанавливают на газопроводах являются прочность и герметичность, отключение независимо от направления движения газов, коррозионная стойкость, взрывобезопасность, надежность работы, простота обслуживания, быстрота закрывания и открывания, минимальное гидравлическое сопротивление проходу газа, возможность регулирования прохода газа, небольшая длина, небольшая масса.

Способы присоединения арматуры.

Основные способы - фланцевое, муфтовое, сварное. Все они кроме сварного разъемные.

На наружных газопроводах фланцевые соединения применяют только для установки задвижек, кранов и другой арматуры. Резьбовое соединение используют в местах установки кранов, пробок, муфт на конденсатосборниках и гидрозатворах, запорной арматуре, КИП и оборудования.

Разъемные соединения должны быть доступны для осмотра и ремонта.

Уплотнительные материалы.

Для уплотнения фланцевых соединений следует применять прокладки из паронита, резины и других материалов.

Для уплотнения резьбовых соединений следует применять льняную чесаную прядь, которая обмазывается суриком или свинцовыми белилами.

Для уплотнения сальников, футляров и мест прохода газопровода через стены и фундаменты сооружений используют смоляную ил битумноизолированную пеньковую прядь.

Коверы служат для защиты от механических повреждений устройств газопроводов, выходящих на поверхность земли.

Предохранительные муфты их двух свариваемых полумуфт устанавливают с целью повышения эксплуатационной надежности газопроводов при неуверенности в сварных швах.

Компенсаторы применяют с целью снижения напряжений, вызываемых колебаниями температуры грунта на фланцы чугунной арматуры, а также для возможности демонтажа, смены прокладок с последующей их установкой. Наиболее широко используют линзовые компенсаторы, которые устанавливают на подземные газопроводы в колодцах совместно с арматурой. Применять на подземных газопроводах сальниковые компенсаторы запрещено.

Футляры на газопроводах используют при пересечении железных, магистральных и шоссейных дорог, ненапорных коллекторах, колодцев и т.д.

Устройство наружных газопроводов

Подземные газопроводы.

По территории городов и населенных пунктов газопроводы прокладываются в грунте, по городским проездам, в технической зоне ил полосе зеленых насаждений. Газопроводы высокого давления следует прокладывать в районах с малой плотностью застройки и малой насыщенностью другими коммуникациями.

Минимальное расстояние по горизонтали до зданий и сооружений следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.07.01-89.

Допускается уменьшение до 50% расстояний указанных в СниП при прокладке в стесненных условиях.

В этих случаях на участках сближения и по 5м в каждую сторону от этих участков следует предусматривать.

1. Применение бесшовных или электросварных труб, прошедших100% контроль заводского сварного соединения разрушающими методами или электросварных труб, не прошедших такого контроля, но проложенных в футляре.

2. Проверку всех монтажных стыков неразрушающими методами контроля.

Расстояние от газопровода до наружных стенок колодцев и камер других подземных инженерных сооружений следует принимать не менее 0,3м.

Допускается укладка нескольких газопроводов в одной траншее. Расстояние между ними в свету должно быть достаточным для ремонта и монтажа трубопроводов.

Расстояние по вертикали в свету при пересечении газопроводов всех давлений с подземными инженерными сетями следует принимать не менее 0,2м.

В местах пересечения газопроводами каналов теплосети, коллекторов, тоннелей газопровод прокладывают в футляре, выходящем на 2м в обе стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений, а также проверку неразрушающими методами контроля всех сварных стыков в пределах пересечения и по 5м в стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений. На одном конце футляра следует предусматривать контрольную трубку, выходящую под защитное устройство.

Глубину прокладки газопроводов следует принимать не менее 0,8м до верха газопровода или футляра. Прокладка газопроводов, транспортирующих влажный газ, должны предусматривать ниже зоны сезонного промерзания грунта с уклоном к конденсатосборникам не менее 0,002.

Надземные газопроводы.

Для газопроводов промышленных и коммунальных предприятий целесообразно применять надземную прокладку на отдельно стоящих опорах, этажерках, колоннах или по стенам зданий.

По стенам газифицируемых жилых и общественных зданий допустима прокладка газопроводов с давление не более 0,3 Мпа.

Газопроводы высокого давления до 0,6 Мпа можно прокладывать только по глухим стенам или под окнами верхних этажей производственных зданий.

Высоту прокладки принимают такой, чтобы газопроводы были доступны для ремонта и осмотра, также исключена возможность их повреждения.

Минимальное расстояние от газопроводов, проложенных на опорах, до соседних зданий и сооружений принимаются по СниП 2.04.08-89.

Газопроводы, транспортирующие осушенный газ, можно прокладывать без уклонов. Газопроводы, транспортирующие влажный газ прокладывают с уклоном не менее 0,002, а в низших точках предусматривают устройства для удаления конденсата (дренажные штуцера). Трубы и арматуру следует покрывать тепловой изоляцией.

Для компенсации тепловых удлинений следует применять линзовые или П-образные компенсаторы.

Пересечение газопроводами преград различного назначения.

Переходы через водные преграды и овраги.

Пересечение газопроводами водных преград (протоков) может быть осуществлено несколькими способами: подвеской к конструкциям существующих мостов, строительством специальных мостов, использование несущей способности самих труб и прокладкой под водой (дюкеров).

Наиболее простой и экономичной является подвеска газопроводов к конструкциям существующих автомобильных и пешеходных мостов. Этот способ однако применяют редко, из-за отсутствия мостов в необходимых для перехода местах, а также по соображениям безопасности. Допускается подвеска на автомобильных и пешеходных мостах газопроводов давлением до 0,6 Мпа. Прокладка газопроводов любых давлений и назначений запрещена.

Подвеска газопроводов к конструкциям существующих мостов должна обеспечивать свободный доступ для ремонта и осмотра, компенсацию напряжений и безопасное рассеивание в воздухе возможных утечек газа.

Сооружать специальные мосты для прокладки газопроводов обычно целесообразно через реки с большими скоростями течения (выше 2 м/с), с частыми и бурными паводками, неустойчивыми руслом и берегами.

В городах наиболее применима прокладка газопроводов под водой (дюкеров). Выбор трассы для подводных переходов должен согласовываться с общей схемой газоснабжения города и одновременно обеспечивать удобство и безопасность эксплуатации сооружений.

Трассу дюкера необходимо располагать на прямолинейном участке реки с устойчивым руслом и берегами и пересекать реку под углом 90 градусов к прямолинейному участку.

Число ниток перехода зависит от системы ответственности перехода, принятой системы распределения газа и других местных условий. Если переходы входят систему основных газопроводов и если авария или ремонтные работы на таких переходах приводят к длительному или краткосрочному перебою подачи газа, то число ниток должно быть не менее 2х. Пропускная способность каждой нитки не менее 70% от общей пропускной способности подводящих газопроводов.

Однониточные переходы могут применяться при кольцевых системах газоснабжения, а также при подаче газа отдельным потребителям, способным без значительного ущерба перейти на другие виды топлива.

Для обеспечения устойчивого положения дюкеров на дне водоема их снабжают грузами.

Аналогично подводным переходам могут укладываться переходы по дну оврагов, пересыхающие ручьи и другие преграды.

Для всех видов переходов необходимо отводить охранную зону и предусматривать на берегах опознавательные знаки установленных образцов.

Тип переходов газопроводов через железнодорожные и трамвайные пути, через автомобильные дороги выбирают в зависимости от местных условий и экономической целесообразности.

Пересечения следует предусматривать под углом 90 градусов.

Подземные переходы газопроводов всех давлений в местах пересечения с железнодорожными, трамвайными, автомобильными путями I-III категории, а также скоростными магистралями в черте города прокладывают в стальных футлярах, концы которых должны быть уплотнены. На одном конце футляра должны быть установлены контрольные трубки, выходящие под контрольное устройство.

Размещение контрольных устройств на газопроводах.

Отключающие устройства устанавливают на газопроводах в следующих случаях: на вводах выводах из ГРП и хранилищ газа, на вводах в отдельные здания, а также перед наружными (открытыми) газопотребляющими установками, при пересечении в две нитки водных преград, а также при ширине водных преград 50м и более, при прокладке в коллекторе.

На переходах газопроводов через водные преграды отключающие устройства устанавливают на обоих берегах.

Отключающие устройства допускается устанавливать на газопроводах всех давлений для отключения отдельных участков или районов газоснабжения, на ответвлениях от распределительных газопроводов, а также при пересечении железных и автомобильных дорог.

Отключающие устройства на ответвлениях размещают в удобном и доступном для обслуживания месте.

На подземных газопроводах отключающие устройства устанавливают в колодцах как правило, вместе с компенсаторами.

На ответвлениях от распределительного газопровода, предназначенных для газоснабжения жилых зданий и мелких коммунальных объектов, отключающие устройства допускается размещать на стенах зданий. На вводах газопроводов высокого и среднего давления и газопроводов сжиженных газов, отключающие устройства размещают как правило, снаружи здания в удобном и доступном месте. Расстояние по горизонтали от отключающих устройств до дверных и оконных проемов- не менее 0,5м.

Лекция 4

4.1 Защита газопроводов от коррозии

Типы коррозии.

Коррозией металла называют разрушение металлической поверхности под влиянием химического или электрического воздействия окружающей среды.

Коррозия внутренней поверхности труб в основном зависит от свойств газа. Она обусловлена повышенным содержанием в газе кислорода, влаги, сероводорода и других агрессивных веществ. Борьба с внутренней коррозией сводится к удалению из газа агрессивных веществ, т.е к хорошей его очистке.

Значительно большие трудности представляет борьба с внешней коррозией труб уложенных в грунт.

Различают 2 вида коррозии - химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия характеризуется разрушением металла вследствие его непосредственной реакции со средой неэлектролитом. Химическая коррозия не сопровождается появлением электрического тока.

Химическая коррозия является сплошной коррозией, она протекает по всей поверхности металла, при которой стенки трубы уменьшаются равномерно. Такой процесс является менее опасным, с точки зрения сквозного повреждения труб. В практике чаще всего встречается разрушение металла в следствии электрохимической коррозии.

Этот вид коррозии возникает в растворах электролитов. Механизм электрохимической коррозии в общих чертах сходен с процессом в гальванических элементах, одни участки поверхности служат анодом (-), а другие катодом (+). В таком гальваническом элементе химическая энергия превращается в электрическую. Металл при соприкосновении с грунтом посылает в него свои положительно заряженные ионы. Электроны остаются в металле и он приобретает отрицательный потенциал, а грунт заряжается положительно, т.к в нем накапливаются положительные ионы.

Почва (поверхностный слой земной коры) и грунт (нижележащие горные породы) содержат различные химические реагенты и влагу и обладают ионной электропроводимостью. это делает их коррозионно-активными электролитами по отношению к эксплуатируемым в них газопроводам. Электрохимическая неоднородность расположенных рядом участков газопровода вызывает разность их электродных потенциалов. Металл подвергается коррозии в анодных зонах и участках, т.к в них электроны металла выходят в грунт.

Электрохимическая коррозия имеет характер местной коррозии, т.е такой, когда на газопроводах возникают местные язвы и каверны большой глубины которые могут превратиться в сквозные отверстия в стенке трубы.

Местная коррозия гораздо опаснее сплошной коррозии.

Электрохимическую коррозию внешних поверхностей труб, уложенных в грунт называют почвенной коррозией.

Электрохимическая коррозия возникает также при воздействии на газопровод электрического тока, который движется в грунте.

В грунт токи попадают в результате утечек с рельсов электрифицированного транспорта - их называют блуждающими.

Коррозию возникающую под действим блуждающих токов называют электрической.

Блуждающие токи стекая с рельсов движутся к отрицательному полюсу тяговой подстанции. В местах где повреждена изоляция они попадают на газопровод. Вблизи тяговой подстанции токи выходят на поверхность земли в виде положительно заряженных ионов металла.

Участки выхода тока из газопроводов представляют собой анодные зоны. Электрическая коррозия блуждающими токами гораздо опаснее электрохимической коррозии. В городских условиях это наиболее распространенный вид коррозии.

4.2 Факторы влияющие на коррозию

Основными факторами, влияющими на почвенную коррозию являются: тип грунта, влажность, температура, электропроводность, воздухопроницаемость, наличие солей и др.

Факторы влияющие на коррозию блуждающими токами: плотность блуждающего тока в земле, сопротивление грунта, сопротивление между газопроводом и землей, взаимное расположение газопроводов и источников токов

Сухие грунты менее активны, чем влажные. С увеличение влажности коррозионная активность грунта возрастает. Наибольшую активность грунт имеет при 11 - 13%. Дальнейшее увеличение влажности приводит к уменьшению активности. При высоких грунтовых водах процесс коррозии замедляется. При понижении температуры и при замерзании процесс коррозии замедляется. Увеличивается коррозионная активность при повышенном содержанни хлора и пониженном рН грунтовой воды.

Городские грунты, засоренные сточными водами, имеющие разнородную структуру и различные включения являются коррозионно-активными. Высокой коррозионной активностью обладают торфяные грунты, засоренные мусором, богатые черноземом.

Средней - глинистые, солончаковые, известковые, бедные черноземом.

Низкой - песчаные, песчанно - глинистые.

Коррозионная активность грунтов по отношению к стальным газопроводм оценивается визуально, в зависимости от удельного электрического сопротивления грунта и потери массы образцов.

Для выявления коррозионного состояния подземного газопровода проводя электрические измерения, основными их которых является определение потенциала газопровода по отношению к земле, а также направлению и глубине блуждающего тока.

4.3 Методы защиты газопровода от коррозии

Существующие методы защиты от коррозии делятся на 2 группы: пассивные и активные.

Пассивные методы заключаются в изоляции газопровода.

Требования к изоляционным материалам: монолитность покрытия, водонепроницаемость, хорошее прилипание к металлу, химическая стойкость в грунтах, высокая механическая прочность, наличие диэлектрических свойств. Изоляционные материалы не должны быть дефицитными.

Наиболее распространенными являются битумно - минеральные и битумно - резиновые мастики.

Для усиления изоляции применяют армирующие обертки их гидроизола бризоля, стекловолокна. Снаружи трубу обертывают крафт - бумагой. Защитные покрытия наносят только в цеховых условиях.

Изоляция бывает нормально усиленная и весьма усиленная. Применят также пластмассовые пленочные ленты.

Газопроводы, прокладываемые в пределах территории городов и других населенных пунктов, промышленных предприятий изолируют защитными покрытиями весьма усиленного типа.

На все материалы, применяемые для изоляции газопроводов должны иметься сертификаты качества.

К активным методам защиты относят катодную протекторную защиты, электрический дренаж. Основным методом защиты от блуждающих токов является электрический дренаж. Одна дренажная установка может защитить газопровод большой протяженности (несколько километров).

Газопроводы, прокладываемые в зоне блуждающих токов должны иметь весьма усиленную изоляцию независимо от коррозионной активности грунта.

При включении дренажной установки изменяется распределение токов и потенциалов во всей системе "реьс-земля-газопровод".

Для защиты газопроводов от почвенной коррозии применяют катодную заглушку.

При катодной заглушке на газопровод накладывается отрицательный потенциал при помощи постоянного тока, т.е переводят весь защищаемый участок в катодную зону

Отрицательный полюс источника тока присоединяется к газопроводу, положительный к зазелелнию (аноду). При этом постепенно разрушается анодное заземление защищая газопровод.

При катодной защите возникает замкнутый контур электрического тока, который течет от положительного полюса источника тока по изолированному кабелю к анодному заземлению, от анодного заземления ток растекается по грунту а попадает на газопровод, далее течет по газопроводу, а от него по изолированному кабелю возвращается к отрицательному полюсу источника питания. Установка может защищать участок газопровода от 1 до 20 км. В качестве анодов применяют малорастворимые материалы (чугунные, железокремниевые, графитовые).

При протекторной защите участок газопровода превращают в катод без постороннего источника тока, т.е путем использования в электрической цепи протекторов из металлов, обладающих в коррозионной среде более отрицательным потенциалом, чем металл трубопровода (цинк, магний, алюминий и их сплавы).

Анод помещают в грунт рядом с газопроводом. В образованной таким образом гальванической паре корродирует протектор (анод), а газопровод защищается от коррозии.

Для исключения возможности электрического контакта газопровода с заземленными конструкциями и коммуникациями потребителей на вводах газопроводов устанавливают изолирующие фланцевые соединения. Их также устанавливают на надземных и надводных переходах газопроводов через препятствия, также на вводах и выводах газопроводов в ГРС, ГРП и ГРУ.

В качестве прокладок используют паронит или текстолит.

Для защиты надземных газопроводов от атмосферной коррозии на них наносят лакокрасочные покрытия.

Все газопроводы, находящиеся внутри зданий, на наружных установках и коммуникациях, эстакадах, в подземных каналах, для быстрого их обнаружения должны быть окрашены в желтый цвет.

Лекция 5

5.1 Режим потребления газа

Все городские потребители потребляют газ неравномерно.

Потребление газа изменяется по месяцам года, дням недели, часам суток.

В зависимости от этого, различают:

1. Сезонную неравномерность или неравномерность по месяцам года.

2. Суточную неравномерность или неравномерность по дням недели.

3. Часовую неравномерность или неравномерность по часам суток.

Наличие пиков и провалов в потреблении газа приводит к неполному использованию мощностей газовых приисков и пропускной способности магистральных газопроводов.

Сезонная неравномерность.

Знание годовых графиков газопотребления позволяет позволяет правильно планировать спрос на газ по месяцам года, определять необходимую мощность городских потребителей - регуляторов, планировать проведение ремонтных работ.

Из всех видов потребления наибольшей сезонной неравномерностью характеризуется отопительная нагрузка. Наиболее равномерно потребляют газ заводы.

Наибольшие колебания расхода по месяцам будут наблюдаться в городах, где потребление газа на отопление и вентиляцию составляет значительную долю общего расхода.

Неравномерность газопотребления представляет собой отношение максимального расхода газа в единицу времени в течении определенного периода к среднему расходу в течении того же периода.

Если отопительная нагрузка:

Q=C(tв-tн)n

Где С- постоянная величина.

tв -внутренняя температура

tн -наружная температура, средняя для периода n

n-число часов или суток стояния температуры tн

Месячные расходы в % от годового расхода

По этой формуле можно рассчитать график расхода газа на отопительные нужды. Как для года, так и для каждого месяца.

Годовой график потребления газа.

Неравномерность потребления газа характеризуется двумя показателями:

1.Количеством газа в долях от годового потребления.

2.Максимальным значением коэффициента годовой неравномерности потребления газа.

Коэффициент сезонной месячной неравномерности потребления газа Км определяют как отношение среднесуточного расхода за данный месяц к среднесуточному расходу за год.

N-число месяцев в году, для которых К>1.

Кi, ni- соответственно коэффициент неравномерности и число дней.

Если построить годовой график потребления на котором ордината представлена в виде коэффициентов неравномерности, то можно увидеть, что неравномерность потребления соответствует площади над средней линией подачи газа (избыток) или равной ей площади (недостаток газа под линией подачи). Равномерная подача газа, при которой удовлетворено потребление, соответствует Км=1

Суточная неравномерность.

Максимальное значение коэффициента суточной неравномерности за месяц и отопительный период можно определить, используя данные приведенные в СНиП 2.01.01-82 (строительная климатология и геофизика).

Максимальное значение суточной неравномерности отопительной нагрузки (за месяц).

tв - внутренняя температура

tсрсут - средняя температура наиболее холодных суток

tсрмес - средняя температура месяца.

Максимальные коэффициенты суточной неравномерности на бытовые и коммунальные нужды равны: для квартир, где газ используется только для приготовления пищи, К макс=1,2; для квартир, где газ используется для приготовления пищи и горячей воды - 1,25; для бань - 1,82; для различных отраслей промышленности - 1,1-1,2.

Часовая неравномерность.

Городские газовые сети рассчитывают на максимальные часовые расходы газа. Для всех городских потребителей характерна часовая неравномерность потребления газа в течении суток.

Суточный график потребления характеризуется двумя типами - утренним и вечерним. Суточные графики характеризуются теми же показателями, что и годовые; неравномерностью сут и максимальным значением коэффициента неравномерности.

Регулирование неравномерности потребления газа.

Для регулирования сезонной неравномерности газопотребления применяют следующие способы:

Подземное хранение газа.

Использование потребителей - регуляторов, которым сбрасывают излишки в летний период.

Резервные мощности промыслов и газопроводов.

В результате технико - экономического анализа определяют оптимальный состав средств регулирования неравномерности потребления.

При регулировании неравномерности годового графика сначала выявлыют возможную степень его выравнивания путем использования подземных хранилищ. В периоды наименьшего потребления газ закачивают в хранилища, в результате увеличивается суммарное потребление, а в месяцы наибольшего потребления газ отбирают из хранилищ и тем самым уменьшают максимум подачи газа магистральным газопроводом. Если емкость хранилища ограничена, тогда используют потребителей - регуляторов. В качестве потребителей - регуляторов используют электростанции, котельные которые имеют двойное топливоснабжение: газ - мазут или газ - угольная пыль. В летний период они используют избытки газа, а зимой переходят на другой вид топлива.

Наибольшие трудности представляет удовлетворение суточных пиковых нагрузок, возникающих при значительных снижениях наружной температуры (при морозах), т.е суточной неравномерности отопительной нагрузки. Использование для этой цели подземных хранилищ неэкономично.

Для уменьшения суточной неравномерности отопительной нагрузки приходится вводить ограничения, т.е прекращать или сокращать подачу газа промышленным предприятиям, переводя их газоиспользующие устанокки на другой вид топлива. Если использование двойного топливоснабжения для электростанций с сезонным потреблением газа экономически обосновано, то для большинства промышленных предприятий это связано с определенным ущербом. Рациональное решение рассматриваемого вопроса - это создание станций пикового покрытия неравномерности газопотребления. На таких станциях сооружают изотермические хранилища сжиженного метана или пропана и установки регазификации. Из испарившегося пропана до подачи в газораспределительную сеть приготавливают газовоздушную смесь, которая по теплотехническим характеристикам эквивалентна природному газу. Если на станции хранится сжиженный природный газ (метан), тогда его после испарения непосредственно подают в сеть.