курс лекций. Проектирование и эксплуатация газораспределительных систем
 Скачать 1.9 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ C.В. Китаев ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ У фа 2020 ЛЕКЦИЯ 1 ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ГАЗОПОТРЕБЛЕНИЕ § Общие сведения На сегодняшний день газовая промышленность России стала одной из основных составляющих экономики страны. Только разведанные запасы голубого топлива составляют более 35,7 триллионов кубических метров. Добывается в год - 487,4 млрд. кубических метров. Газотранспортная система включает: - более 172 тысяч километров магистральных газопроводов и отводов; - 247 компрессорных станций - мощностью около 46 миллионов киловатт; - 26 объектов подземного хранения газа. Протяженность газораспределительных сетей составляет около 360 тысяч километров. Газоснабжение – один из главных факторов, влияющих на экономическое развитие страны. Снабжение природным газом городов и поселков имеет своей целью: - улучшение бытовых условий населения; - замену более дорогого твердого топлива или электроэнергии в тепловых процессах на промышленных предприятиях, тепловых электростанциях, коммунально-бытовых предприятиях; - улучшение экологической обстановки, так как при полном сгорании природный газ выделяет в атмосферу гораздо меньше вредных веществ, чем другие виды топлива. Природный газ подается в города и поселки по магистральным газопроводам, начинающимся у мест добычи газа (газовых месторождений) и заканчивающихся у газораспределительных станций (ГРС), расположенных возле городов. Для снабжения газом потребителей на территории поселений: - строится распределительная газовая сеть; - оборудуются пункты редуцирования газа; - сооружаются необходимые для эксплуатации газопроводов контрольные пункты и другое оборудование. Потребителями природного газа в городах являются: - жилые дома, где газ используется населением в качестве топлива в бытовых и газовых приборах (плитах, водяных газовых нагревателях и отопительных котлах); - коммунальные общественные предприятия, где газ используется для производства горячей воды и пара, выпечка хлеба, приготовления пищи, санитарной обработки и т.п.; - промышленные предприятия, где газ сжигается в топках печей. При проектировании сетей газораспределения и газопотребления поселений и промышленных предприятий приходится решать следующие вопросы: - выявлять потребителей газа на газифицируемой территории и рассчитывать расходы газа для каждого из них; - определять места и способы прокладки газопроводов; - выбирать оборудование пунктов редуцирования газа и запорную арматуру; - определять сметную стоимость строительства газопроводов и всех сооружений на них; - разрабатывать мероприятия по защите газопроводов и их безопасной эксплуатации. В основу расчета систем газоснабжения положены известные формулы и законы установившегося движения газа в трубопроводах, а также методики, разработанные с их использованием. Проектирование газовых сетей базируется на обязательном использовании нормативно-технической литературы с применением современных технических устройств, выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью. § Классификация газопроводов Газопроводы, прокладываемые в городах и населенных пунктах, классифицируются по следующим основаниям: - по виду транспортируемого газа: – природного; – попутного нефтяного; – сжиженных газов; – искусственного; – смешанного. - по давлению газа: – низкого; – среднего; – высокого. - по местоположению относительно земли – подземные (подводные), надземные (надводные); - по назначению в системе газоснабжения – городские магистральные, распределительные, вводы, вводные газопроводы (ввод в здание), импульсные, продувочные; - по расположению в системе планировки городов и населенных пунктов: – наружные; – внутренние. - по принципу построения (распределительные газопроводы): – закольцованные; – тупиковые; – смешанные. по материалу труб: – металлические; – неметаллические. - по максимальному рабочему давлению, газопроводы: – газопроводы низкого давления (до 5000 Па); – среднего давления (свыше 0,005 до 0,3 МПа); – высокого давления (свыше 0,3 до 1,2 МПа). Газопроводы низкого давления предназначаются для подачи газа в жилые и общественные здания, а также коммунально-бытовым потребителям. Газопроводы среднего давления служат для питания распределительных газопроводов низкого давления через газорегуляторные пункты (ГРП), а также подают газ в газопроводы промышленных и коммунально-бытовых предприятий (через местные газорегуляторные пункты и установки). По газопроводам высокого давления газ поступает для городских газорегуляторных пунктов, местных газорегуляторных пунктов крупных предприятий, а также предприятий, технологические процессы которых требуют применения газа высокого давления (до 1,2 МПа). Газопроводы различных давлений связаны между собой через ГРП.  МГ – магистральный газопровод; ПП – промышленное предприятие СВД – сеть высокого давления; ССД – сеть среднего давления; СНД – сеть низкого давления Рисунок 1 - Многоступенчатая система газоснабжения крупного города § Классификация газораспределительных сетей Для каждого города проектная организация разрабатывает проект его газоснабжения, в котором учитываются такие показатели, как надежность безопасность, технологичность и экономичность. В проекте учитываются плотность застройки города, характер планировки отдельных его частей, размещение потребителей газа, насыщенность уличных проездов подземными коммуникациями, геологические и климатические условия. Системы газоснабжения городов и населенных пунктов могут быть: тупиковыми; кольцевыми; смешанными. Тупиковые газопроводы разветвляются по различным направлениям к потребителям газа. Недостаток этой схемы – различное давление газа у отдельных потребителей, причем по мере удаления от источника газоснабжения или ГРП давление газа падает. Питание газом этих сетей происходит только в одном направлении, поэтому возникают затруднения при ремонтных работах. Кольцевые сети представляют собой систему замкнутых газопроводов, благодаря чему достигается более равномерный режим давления газа у всех потребителей и упрощается проведение ремонтных и эксплуатационных работ. Положительным свойством кольцевых сетей является также то, что при выходе из строя какого-либо газорегуляторного пункта нагрузку по снабжению газом принимают на себя другие ГРП. Смешанная система газоснабжения состоит из кольцевых газопроводов и присоединенных к ним тупиковых газопроводов. В настоящее время города РФ и другие населенные пункты газифицируют по кольцевой и смешанной системам. § Трассировка газопровода Трассировкой называется выбор трассы газопровода – линии, определяющей направление газопровода в каждой ее точке. На выбор направления трассы газопровода влияют следующие условия: расстояние до потребителей; направление и ширина проездов городов и других населенных пунктов; вид дорожного покрытия, загруженность проезда различными сооружениями и городским транспортном; наличие различного рода препятствий: рек, водоемов, оврагов, шоссейных и железнодорожных путей; планировка кварталов; рельеф местности. Трассы газопроводов выбирают так, чтобы транспорт различным потребителям осуществлялся кратчайшим путем. При этом необходимо обеспечивать допустимые расстояния от газопроводов до зданий, сооружений и подземных коммуникаций. Чем выше давление газа в газопроводе, тем больше эти допустимые расстояния. ЛЕКЦИЯ 2 § Трубы, применяемые в системах газоснабжения Применяемые для строительства газопроводов трубы подразделяются на: - стальные; - не металлические. Стальные трубы изготавливают из хорошо сваривающихся низколегировнных и металлургических сталей (Мартеновские стали). Классификация металлических труб: стальные бесшовные (холоднотянутые, холоднокатанные, горячекатанные); сварные прямошовные; спирально-шовные. Сварные трубы со спиральным швом изготавливают из стальной рулонной ленты шириной 1500 мм путем свертывания ее по спирали на трубных станах с последующей сваркой на специальных машинах. После изготовления трубы подвергают гидравлическим испытаниям на заводах-изготовителях. Необходимое внутренее давление при испытаниях определяют по формуле:  ,где Ри - испытательное давление, МПа; Smin – минимальная (с учетом минусового допуска) толщина стенки, мм; R- расчетное значение окружных напряжений в стенке, принимаемое равным 95 % от нормативного предела текучести, МПа; Dвн – внутренний диаметр трубы (Dвн = Dном – 2·Smin), мм. Минимальный условный диаметр для распределительных сетей принимают обычно равным 50 мм, а для ответвлений к потребителям 25 мм. Толщина стенки трубы для подземных газопроводов должна быть не менее 3 мм, а для надземных не менее 2 мм. Стальные трубы для подземных газопроводов защищают противокоррозионной изоляцией. Для сооружения подземных газопроводов также применяют неметаллические трубы. Асбестоцементные трубы не получили широкого распространения, так как в ходе эксплуатации газопроводов из таких трубпроявились их недостатки, связанные с газопроницаемостью стенок и повышенной их хрупкостью. Полиэтиленовые и винипластовые трубы применяют чаще всего, поскольку они имеют некоторые преимущества: повышенную коррозинную стойкость и высокие диэлектрические качества, что делает их незаменимыми при прокладке в зоне блуждающих токов; малую плотность, что создает удобства при их транспортировании; простоту обработки (они легко режутся, сверлятся, свариваются и склеиваются). Недостатками полиэтиленовых и винипластовых труб являются: воспламеняемость и горючесть; высокий коэффициент линейного расширения и недостаточная теплостойкость, поэтому полиэтиленовые трубы нельзя применять для надземной прокладки; уменьшение прочности полиэтиленовых труб с увеличением температуры; уменьшение механическо прочности винипластовых труб при температурах более 40 град.С. Полиэтиленовые и винипластовые трубы соединят с помощью сварки. Ответвления к полиэтиленовым газопроводам присоединяют с помощью стандартных фасонных частей.  1 - соединяемые трубы; 2 - конические фланцы; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - соединительные болты Рисунок 2 - Универсальное клиновое соединение для полиэтиленовых труб § Газовые приборы, применяемые в газораспределительных сетях Газовые приборы можно классифицировать по назначению на шесть основных видов: - приборы индивидуального или комбинированного типа для приготовления пищи: - духовые шкафы; - плиты. - приборы для приготовления горячей воды, кипятка и пара: - водонагреватели; - кипятильники. - отопительные устройства для комнатного, местного и централизованного отопления: - водяные; - воздушные. - холодильники; - кондиционеры; - приборы и агрегаты промышленного назначения. § Арматура, применяемая в системах газоснабжения Газовой арматурой называют монтируемые на газопроводах, аппаратах и устройствах приспособления и устройства, с помощью которых осуществляется включение, отключение, изменение объема, давления и направления газового потока, а также удаление газов. Классификация газовой арматуры: запорная – для периодических герметичных отключений отдельных участков газопровода, аппаратуры и приборов; предохранительная – для предупреждения возможности повышения давления газа сверх установленных пределов; обратного действия – для предотвращения движения газа в обратном направлении; аварийная и отсечная – для автоматического прекращения движения газа к аварийному участку при нарушении заданного режима. Запорная арматура – это устройства – задвижки, краны, вентили, гидравлические затворы, предназначенные для герметичного отключеия отдельных участков газопровода и должны обеспечивать герметичность отключения, быстроту открытия и закрытия, удобство в обслуживании и малое гидравлическое сопротивление. Основные типы запорной арматуры: Краны конусные натяжные: Применяются на наружных надземных и внутренних газопроводах природного газа (давление до 0,005 МПа) 2) Краны конусные сальниковые: Применяются на наружных и внутренних газопроводах природного газа (давление до 1,2 МПа) Краны шаровые, задвижки: Применяются на наружных и внутренних газопроводах природного газа (давление до 1,2 МПа) Краны большую герметичность отключения, чем задвижки. Они являются надежными и быстродействующими устройствами. Задвижки имеют преимущество в плавной регулировке подачи газа, но недостаточно герметичны. § Задвижки, применяемые в газораспределительных сетях Задвижка – промышленная трубопроводная армутура, в которой перекрытие прохода транспортируемой среды осуществляется возвратно-поступательным перемещением запорного органа в направлении, перпендикулярном оси потока. Задвижки бывают: полнопроходными; суженными. Суженные задвижки имеют диаметр отверстия уплотнительных колец меньше диаметра трубопровода. По форме затвора задвижки подразделяются на: клиновые; параллельные. У клиновых задвижек уплотнительные поверхности клинового затвора расположены под углом друг к другу. Параллельные задвижки имеют уплотнительные поверхности расположенные параллельно друг другу и имеют между собой распорный клин. По характеру движения задвижки классифицируются: с выдвижным шпинделем; с невыдвижным шпинделем. Задвижки получили широкое применение для перекрытия потоков газообразных сред в трубопроводах с диаметром условных проходов 50 мм и более при рабочем давлении от 0,1 МПа.  а – параллельная с выдвижным шпинделем; б – клиновая с невыдвижным шпинделем. 1 – корпус; 2 – запорные диски; 3 – клин; 4 – шпиндель; 5 – маховик; 6 – сальниковая набивка; 7 – уплотняющие поверхности копуса; 8 – клин; 9 – крышка; 10 – втулка; 11- гайка; 12 - сальник; 13 – маховик; 14 – буртик; 15 – шпиндель. Рисунок 3 – Схемы задвижек § Краны, применяемые в газораспределительных сетях Кран – промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий рабочий орган имеет форму тела вращения или его части, поворачивается вокруг своей оси, произвольно расположенной по отношению к направлению потока рабочей среды. Краны большую герметичность отключения, чем задвижки. Они являются надежными и быстродействующими устройствами. Краны по форме затвора делят на: - конусные; - цилиндрические; - шаровые. В зависимости от способа гермитизации краны разделяют на: - натяжные; - сальниковые; - самоуплотняющиеся.  а – цилиндрический; б – конический 1 – корпус; 2 – пробка; 3 – разделительная шайба; 4 – сальниковая набивка; 5 – сальниковая втулка; 6 – хвостовик. Рисунок 4 – Схемы кранов  1 – корпус, 2 – поворотный затвор, 3 – уплотнительные седла, 4 – шпиндель, 5, 11 – фланцы, 6 – рукоятка, 7, 8, 9 - резиновые кольца, 10 – болты Рисунок 5 – Схема шарового крана с ручным приводом для газопроводов небольшого диаметра ЛЕКЦИЯ 3 ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫЕ ПУНКТЫ § Назначение газорегуляторных пунктов Газорегуляторные пункты (ГРП) предназначены для понижения давления и поддержания его на заданном уровне независимо от изменений входного давления и расхода газа. В ГРП имеются газопроводы и оборудование, которые выполняют следующие задачи: - понижают входное давление газа и поддерживают выходное давление на заданном уровне (регулятор давления газа); - контролирует выходное давление (предохранительный сбросной клапан - ПСК и предохранительный запорный клапан - ПЗК); - очищает газ от мехпримесей (фильтр). |