Лекция №4,5 ТиХСГ. Лекция 4,5 Использование сжиженных углеводородных газов в системе газоснабжения
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Лекция №4,5 Использование сжиженных углеводородных газов в системе газоснабжения Наряду с природным газом в системе газоснабжения широко используются сжиженные газы (пропан, бутан и др.) В зависимости от расхода газа, климатических условий и вида потребителей системы их снабжения сжиженными газами подразделяются на следующие типы: 1) индивидуальные и групповые баллонные; 2) групповые резервуарные с естественным или искусственным испарением; 3) групповые резервуарные установки по получению взрывобезопасных смесей газа с воздухом. Индивидуальной баллонной установкой называют установку, имеющую не более 2-х баллонов со сжиженным газом. Данные установки предназначены, в основном, для газоснабжения потребителей с небольшим расходом газа, например, отдельных квартир, садовых домиков и т.п. Сжиженный газ в данном случае хранится в баллонах объемом 5,27 или 50 литров, которые размещаются либо на улице (в специальных шкафах), либо в помещении. Групповые баллонные установки используются для газоснабжения жилых малоквартирных зданий, мелких коммунально-бытовых и промышленных предприятий. В их состав входит более 2-х баллонов сжиженного газа. Суммарный объем баллонов не должен превышать 600 л при расположении шкафа с ними около зданий и 1000 л - при размещении шкафа вдали от зданий. Групповые баллонные установки оснащаются регулятором давления газа, общим отключающим устройством, показывающим манометром, сбросным предохранительным клапаном. Групповые резервуарные установки с естественным испарением состоят из нескольких емкостей, соединенных между собой уравнительными парофазными и жидкостными трубопроводами. Резервуары оборудуются арматурой для их заполнения сжиженным газом, средствами замера уровня жидкой фазы, предохранительными клапанами, регуляторами давления. Резервуары устанавливаются на земле или под землей, стационарно или регулярно завозятся к месту размещения. При стационарной установке резервуаров сжиженный газ для них доставляется автоцистернами. Емкость резервуаров в групповых установках достигает 50 м3, а суммарный объем резервуаров в установках - 300 м 3 К сожалению, на работу установок с естественным испарением сжиженного газа существенное влияние оказывает температура окружающей среды: в соответствии с ее колебаниями изменяются производительность по паровой фазе и теплота сгорания газа. Для больших промышленных объектов и крупных населенных пунктов используют групповые резервуарные установки с искусственным испарением. Их отличительной деталью является наличие специального теплообменного аппарата - испарителя. Расход жидкой фазы, подаваемой в испаритель, зависит от потребности в паровой фазе. Недостатком установок с искусственным испарением сжиженных газов является то, что при температурах ниже 0 °С требуется использовать газы, пары которых не будут конденсироваться в трубопроводах. Свойства природного газа и паровой фазы сжиженных углеводородных газов неодинаковы. Последняя имеет большие плотность и теплоту сгорания. Это создает определенные проблемы в тех случаях, когда сжиженный газ используется в качестве резервного топлива на случай прекращения подачи природного газа или его нехватки. Поэтому получили распространение групповые резервуарные установки по получению горючих смесей газа с воздухом для газоснабжения. Для замены природного газа целесообразны смеси следующего состава: 1) 47 % бутана + 53 % воздуха; 2) 58 % пропана + 42 % воздуха. УСТРОЙСТВО ИНДИВИДУАЛЬНЫХ И ГРУППОВЫХ БАЛОННЫХ УСТАНОВОК Индивидуальные баллонные установки состоят из одного или двух баллонов; регулятора, снижающего давление паров сжиженного газа до 3—4 кПа; предохранительных клапанов; запорных вентилей и соединительных трубопроводов. Их можно размещать внутри зданий и снаружи. Установки с одним баллоном располагают в помещении, где потребляется газ, на расстоянии не менее 0,5 м от плиты, радиаторов отопления или печи. Достоинство установки баллона в помещении — простота монтажа и высокая производительность, так как у баллона в любое время года температура около 20 °С, что способствует интенсивному испарению сжиженного газа. Баллонные установки, располагаемые вне помещения, состоят из двух баллонов, помещенных в металлическом шкафу, где монтируется также регулятор давления, присоединяемый к вентилю баллона медными, латунными или резинотканевыми трубками с накидными гайками. При эксплуатации газ отбирается из одного баллона, а второй является резервным. Рис. 1. Групповая баллонная установка в металлическом шкафу: 1 — баллоны; 2 — газовые коллекторы высокого давления; 3 — соединительные трубки; 4 — вентиль газового коллектора высокого давления; 5 — регулятор давления; 6 — патрубок газопровода низкого давления; 7— предохранительный клапан; 8— газопровод к предохранительному клапану; 9 — металлический шкаф. Достоинство установки баллонов вне здания — высокая степень безопасности при эксплуатации, а недостаток — малая интенсивность испарения сжиженного газа в зимнее время. К групповым баллонным установкам относятся четырех-, шести-, восьми- и десяти баллонные установки, предназначенные для газоснабжения многоквартирных домов и коммунально-бытовых объектов с расходом газа до 7 м 3 /ч. На рис. 1 показана групповая баллонная установка из шести баллонов 7, расположенных в секционном металлическом шкафу 9. Баллоны подключены с помощью трубок 3 к общему коллектору 2. На отводе от коллектора установлены регулятор давления 5 типа РД-32М, предохранительно-запорный клапан 7типа ПКК и запорная арматура. Металлические шкафы с баллонами могут размещаться на фундаментах у кирпичных и деревянных стен при суммарной вместимости баллонов до 600 л или на отдельно стоящих фундаментах на расстоянии 8— 15 м от зданий при суммарной вместимости до 1000 л. Для повышения эффективности естественной регазификации сжиженных газов в зимних условиях допускается размещать групповые баллонные установки в специальном отапливаемом здании или пристройке к стене здания, где обеспечивается не менее чем 5-кратный воздухообмен в час с удалением воздуха из верхней и нижней зон помещения. В индивидуальных баллонных установках применяют малогабаритные регуляторы давления типов РДГ, РДСГ. Для баллонов, оснащенных самозапирающимися клапанами КБ-1 или КБ-2, применяется регулятор, обеспечивающий двухступенчатое редуцирование газа, за счет чего достигается стабильность регулирования и исключено обмерзание клапанов. ГРУППОВЫЕ РЕЗЕРВУАРНЫЕ УСТАНОВКИ Для хранения СУГ непосредственно используются стационарные и передвижные резервуарные установки различной вместимости. Они бывают надземными и подземными. Надземные установки, как правило, применяют для газоснабжения предприятий промышленного и сельскохозяйственного производства, подземные — для газоснабжения промышленных и коммунальных предприятий, отдельных жилых и общественных зданий и их групп, а также объектов сельского хозяйства. Рис. 2 Схема установки из четырех подземных резервуаров с одним узлом управления: 1 – резервуар; 2 – арматурный узел резервуара; 3 – трубопровод жидкой фазы; 4 – узел управления; 5 – трубопровод паровой фазы. В состав установки должны входить собственно резервуары, трубопроводы обвязки по жидкой и паровой фазам, запорная арматура, регуляторы давления газа, предохранительные, запорные и сбросные устройства, показывающие манометры, устанавливаемые для регулятора давления, штуцера с кранами после регулятора давления для присоединения контрольного манометра, устройства для контроля уровня сжиженных газов в резервуарах и испарители (в установках с принудительным испарением). Арматура и приборы групповых резервуарных установок защищаются кожухами от воздействия атмосферных осадков и для защиты от механических повреждений. Для экономии площади земельных участков и обеспечения безопасности использования газа чаще применяют подземную установку резервуаров. Резервуарные установки размещаются на отведенных площадках с удобными подъездами для заправочных автоцистерн. Площадки ограждаются забором высотой не менее 1,6 м из негорючих материалов. Расстояние от резервуарной установки до ограждения должно быть не менее 1 м. На территории резервуарных установок обязательно размещается противопожарное оборудование. Число резервуаров главным образом определяется характером и числом потребителей, планируемым расходом газа и объемом используемых резервуаров, в меньшей степени — климатическим районом. При этом для установок с естественным испарением в качестве расчетной принимается температура грунта в марте-апреле (для подземных резервуаров), когда фиксируется самая низкая температура грунта. Для бесперебойного снабжения населения газом и во избежание перегрузки транспорта объем резервуарных установок обычно рассчитывается, исходя из минимального двухнедельного запаса. Расчет систем газоснабжения от этих установок с естественным испарением имеет свою специфику, обусловленную процессом теплообмена между грунтом и резервуарами, а также теплопроводностью грунта. Рис. 3 Схема газоснабжения сжиженным газом от резервуарной установки с естественным испарением Подземные резервуары устанавливаются на глубине не менее 0,6 м от поверхности до верхней образующей резервуаров в районах с сезонным промерзанием грунта и 0,2 м в районах без промерзания грунта. Над трубопроводами обвязки жидкой фазы каждой группы подземных групповых установок должны предусматриваться контрольные трубки, выведенные над поверхностью на высоту не менее 1 м. Подземные резервуары должны быть защищены от коррозии в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602-2016. Надземные резервуары должны быть окрашены. На газопроводе паровой фазы, объединяющем группы резервуаров, между этими группами должно быть установлено отключающее устройство: на газопроводе низкого давления — после регулятора давления на расстоянии не менее 0,3 м от поверхности земли. Трубопроводы для групповых баллонных и резервуарных установок (до потребителей газа) должны предусматриваться, как правило, из стальных труб. Однако для установок сельскохозяйственного производства сезонного характера допускается присоединение горелок при помощи резинотканевых рукавов. Рис. 4 Обвязка резервуарного парка вместимостью 40 м 3 с испарительной установкой. На подземных газопроводах паровой фазы следует предусматривать установку конденсатосборников, объем которых принимается: при искусственном испарении газа — из расчета 4 л на 1 м 3 расчетного часового расхода газа; при естественном испарении — соответствующим диаметру газопровода. Отключающие устройства на газопроводах низкого давления от резервуарной установки к потребителям следует предусматривать на вводах снаружи здания; при этом в случае газоснабжения группы зданий (два и более) — на подземном газопроводе от резервуарной установки в колодце на глубине не более 1 м или над землей под защитным кожухом. При размещении отключающего устройства на вводе на лестничной клетке или в тамбуре необходимо предусматривать снаружи здания устройство для удаления конденсата из газопровода. Особенности конструктивных решений резервуарных парков фирмы FAS (Германия). Особый интерес представляет опыт специалистов фирмы FAS в проектировании баз хранения газонаполнительных станций, автогазозаправочных станций и терминалов приема и хранения сжиженного газа. Резервуарный парк (база хранения) представляет собой комплекс емкостей, объединенных в технологическую систему высокого уровня автоматизации. Модульный принцип позволяет как на этапе проектирования, так и в процессе модернизации, изменять конфигурацию парка, его суммарную емкость и степень автоматизации. Для нужд автономного и резервного газоснабжения типовые конфигурации баз хранения могут быть значительно упрощены за счет исключения специфических операций (например, в системах АГС не требуется прием сжиженного газа из железнодорожных цистерн, транспортировка продукта по сложной системе газопроводов, оперативный учет движения продукта). Непосредственное хранение сжиженного газа осуществляется в резервуарах типового ряда — 4,8/9,0/20,0/50,0 м 3 , рассчитанных на рабочие температуры -40 до +40°С и рабочее давление — 15,6 бар. Резервуары комплектуются арматурой производства фирмы FAS (Германия). В базовую комплектацию включены: наполнительный клапан (артикул FAS 13002); механический уровнемер; угловой клапан (артикул FAS 19443); предохранительный клапан (FAS 28282); мультиклапан (FAS 19446) с клапаном контроля переполнения; защитный кожух. Емкости подземного размещения защищены полимерэпоксидным покрытием и оснащаются системами аноднокатодной защиты. Для газификации коттеджей конфигурация резервуарной установки определяется тем, что для стабильного газоснабжения бытового оборудования достаточно естественного испарения, поэтому испаритель не нужен. В состав системы автономного газоснабжения индивидуального назначения входит следующее оборудование: резервуар емкостью от 4,5 до 9 м 3 (в зависимости от планируемого газопотребления и желаемого запаса топлива); 2-ступенчатый блок редуцирования, монтируемый на крышке горловины; узел защиты от электрохимической коррозии (анодно-катодная или протекторная защита); фундаментная бетонная плита, на которой металлопластиковыми стропами фиксируется резервуар; полиэтиленовый газопровод низкого давления с конденсатосборниками и запорно-предохранительной арматурой; цокольный ввод в дом (переход «металл-пластик»). Рис. 5. Резервуарная установка из 2 емкостей 20 м 3 подземного размещения Между фундаментной плитой и резервуаром прокладывается резиновая подкладка (например, транспортерное полотно) для предотвращения повреждения защитного полимерного покрытия. Горловина резервуара снабжена наполнительными штуцерами для соединения с автомобилем-газовозом специальным сливным шлангом. В зависимости от суммарной мощности газового оборудования системы автономного газоснабжения индивидуального назначения (с естественным испарением) можно руководствоваться следующим эмпирическим правилом: - при мощности до 50 кВт (обогреваемая площадь — не более 500 м 2 ) применяются резервуары объемом 4,5–5,0 м 3 ; - при мощности до 100 кВт (обогреваемая площадь — не более 1000 м 2 или меньшая, но с наличием теплоемких объектов) применяются резервуары объемом от 9,0 м 3 . Для газификации объектов с большим газопотребленим целесообразно применение испарительных установок. УСТАНОВКИ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ПРОПАН-БУТАНОВОЗДУШНОГО ГАЗА (СМЕСИТЕЛИ) Более высокие по сравнению с природным газом теплота сгорания и плотность СУГ не дают возможность сжигать их в газогорелочных устройствах, предназначенных для природного газа, без изменения конструкции последних. Тем не менее в практике часто возникает необходимость замены того или иного вида газа в уже существующей системе газоснабжения. Такую возможность предоставляют смеси сжиженных газов с воздухом (в иностранной литературе такие смеси называются синтетическими природными газами — synthetic natural gas). Эти смеси при определенных условиях обладают следующими преимуществами: - они полностью взаимозаменяемы с природными газами в газогорелочных устройствах; - имеют более низкую температуру конденсации, что позволяет транспортировать их в газообразном состоянии при начальном давлении в трубопроводе до 0,3 МПа и выше; - расширяют границы использования СУГ в северных районах страны; - увеличивают возможности применения бутанов в течение всего года; - позволяют организовать газоснабжение населенных пунктов с учетом перспективного перевода их на природный газ; - служат резервным топливом для потребителей природного газа при пиковых нагрузках в сетях газопроводов или в случае аварийного прекращения газоснабжения; - производятся на автоматизированных установках с широкими пределами регулирования давления и производительности; - расширяют возможности централизованного газоснабжения потребителей сжиженными газами. К сравнительным недостаткам применения газовоздушных смесей относятся: - значительные первоначальные капитальные затраты; - удорожание газа за счет добавки воздуха и его транспортировки; - увеличение внутренней коррозии стальных трубопроводов; - потребность в специальном оборудовании для приготовления смесей (испарителей, смесителей, регуляторов и др). Использовать газовоздушные смеси в качестве топлива для бытовых и коммунально-бытовых газовых приборов можно при условии, если содержание газа в них эквивалентно не менее чем двум верхним пределам взрываемости, а соотношение «газ–воздух» поддерживается автоматически. Взаимозаменяемые смеси сжиженных газов имеют большую теплоту сгорания по сравнению с природными газами. Для замены природных газов необходимо приготовлять смеси «бутан- воздух» (47% бутанов и 53% воздуха) и «пропан-воздух» (58% пропана и 42% воздуха). Такие смеси имеют теплоту сгорания соответственно 55 902 и 52 080 кДж/м 3 (табл. 4.7). Их можно транспортировать при низких давлениях (до 5 кПа) и температурах (до -18°С для бутана и -53°С для пропана). Возможно приготовление газовоздушных смесей, имеющих более низкую температуру конденсации, вплоть до -37°С для бутанов (смесь соответствует границе безопасности). Однако в этом случае необходимо использовать специальные газогорелочные устройства. Газовоздушные смеси приготавливают в смесителях автоматического действия. Контроль за их работой ведется автоматически в зависимости от теплоты сгорания, числа Воббе или плотности смеси. Различают смесители низкого (до 5 кПа), среднего (свыше 5 кПа до 0,3 МПа) и высокого давления (свыше 0,3 до 1,2 МПа). Давление газовоздушной смеси выбирается в зависимости от результатов технико-экономических расчетов. Себестоимость газовоздушной смеси зависит от многих факторов, в первую очередь от стоимости сжиженных газов и воздуха, эксплуатационных расходов и капитальных затрат. Она выше себестоимости природного газа, так как оптовые цены на природный газ в пересчете на 4200 кДж ниже оптовой цены на сжиженные газы. Поэтому в технико-экономических расчетах сравнивают эффективность применения газовоздушных смесей по отношению не к природному газу, а к другим видам заменяемого топлива или сжиженных газов в баллонах и групповых установках. При использовании газовоздушных установок для покрытия пиковых расходов или аварийных перебоев природного газа в технико-экономических расчетах необходимо учитывать возможный материальный ущерб от недостатка природного газа или остановки производства и перевода его на другой вид топлива. |