Реферат по дисциплине Оптимизация, надёжность и безопасность систем газоснабжения и газораспределения Тема основные аспекты надежности систем газоснабжения и газораспределения
 Скачать 102.78 Kb.
|
|
3.3. Одорирование природного газа. Еще одной проблемой, присущей действующим сетям газораспределения. является качество одоризации газа, то есть придание ему специфического запаха для обнаружения утечек потребителями. Источником одоризации газовых сетей, как правило, является газораспределительная станция [4]. В результате развития газораспределительных сетей на большие расстояния от газораспределительной станции в удаленных точках концентрация одоранта в транспортируемом газе снижается, что приводит к понижению способности обнаружения потребителями возможных утечек газа. А это в значительной степени ведет к повышению аварийности и снижению безопасности распределения газа. Основной причиной снижения концентрации одоранта в протяженных газопроводах является выпадение его вместе с капельной влагой на стенки газопровода, а также коррозия внутренних стенок стальных газопроводов [5]. В настоящее время для контроля за одоризацией газа можно использовать как переносные, так и стационарные газоанализаторы, устанавливаемые в пунктах редуцирования газа или у потребителей [6]. Увеличить количество вводимого одоранта в газораспределительную сеть не всегда возможно, поскольку у ближайших к ГРС потребителей концентрация одоранта может достигать максимальных значений, что не допустимо нормативными документами. Поэтому решение указанной проблемы возможно путем устройства одоризаторов в пунктах редуцирования газа, но это технически осуществить достаточно сложно: во-первых, необходимы дополнительные площадки для размещения блоков одоризации, во-вторых, возникает необходимость в техническом обслуживании и эксплуатации одоризирующего оборудования. В результате указанный подход не всегда можно осуществить в условиях существующей застройки. Другим способом является совершенствование существующих одорантов с целью создания такого вещества, которое бы имело стабильность на всем протяжении транспорта газа по газопроводам. Работы в данном направлении в настоящее время ведутся кругом специалистов. Решение указанной проблемы также возможно путем контроля за одоризацией газа в процессе эксплуатации газораспределительных сетей и ограничения развития газораспределительной сети при ожидаемой критической концентрации одоранта у конечного потребителя. Для контроля за содержанием этил меркаптана в поставляемом потребителю газе предлагается проводить мониторинг системы путем периодических замеров с применением переносных датчиков, а также постоянный контроль с использованием стационарных устройств в пунктах редуцирования газа. Указанные показатели регистрируются. в результате создается статистическая база данных. С использованием полученной информации разрабатывается модель одоризации газораспределительной сети, которая учитывает технологические параметры газа (расход, давление, состав, наличие примесей и т.д.). а также конструктивные особенности газопровода (диаметр, состояние внутренней поверхности, срок эксплуатации, способ прокладки, наличие конденсатосборников. структура сети и т.д.). В результате моделирования одоризации существующей сети газораспределения разрабатываются мероприятия по обеспечению требуемого качества одоризации. Кроме того, эти обстоятельства необходимо учитывать на стадии проектирования газораспределительных систем. При разработке схем газоснабжения нужно учитывать не только потери давления по сети газораспределения, но и потери качества одоризации газа у конечных потребителей. Таким образом, возникает необходимость в прогнозировании уменьшения количества меркаптанов в транспортируемом газе в результате чрезмерного увеличения расстояния от источника одоризации до потребителя. Итак, немаловажным направлением обеспечения надежной и безопасной эксплуатации газораспределительных сетей является система мониторинга одоризации, которую необходимо учитывать как на стадии эксплуатации (при планировании развития сети и подключения новых потребителей), так и на стадии проектирования. Общая структура указанной системы указана на рис. 3. Внедрение системы мониторинга одоризации газа и системы контроля качества одорированного газа у потребителя позволит повысить эксплуатационную надежность газораспределительной системы и. соответственно, безопасность использования газа в качестве топлива.  Исходная информация Структура схемы газоснабжения, основные Отбор газа для замера степени основные параметры сети, одорирющее одоризации (стандартным или вещество, его количество переносным одориметром)   Статистическая информация Журнал обхода точек отбора Схема с указанием количественной газа степени одоризации в характерных точках  Математическая модель потери качества одорированного газа Расчет радиуса действия Технологические параметры узла ввода одоранта транспортировки газа  Мероприятия повышения качества одорированного газа На стадии проектирования На стадии эксплуатации Рис. 3. Структура схемы мониторинга одоризации газа и системы контроля качества одорированного газа у потребителя. Итак, в результате анализа развития газораспределительных систем выявляются некоторые проблемы и несовершенства газовых сетей, связанные со снижением эксплуатационной надежности и безопасности газоснабжения потребителей. Проведенные исследования развития газовых сетей показали наличие следующих патологий существующих газораспределительных систем, которые приводят к снижению их эксплуатационной надежности (рис. 4).  Дефицит пропускной способности наличие в газораспределительных системах участков газопроводов с дефицитом пропускной способности, а также пунктов редуцирования газа, работающих на предельно загруженных режимах. Кроме того, в некоторых случаях наблюдается перегруженность отдельных газораспределительных станций (пунктов редуцирования газа) и. наоборот, недозагруженность других, что приводит к нерациональному распределению газа Запорная арматура недостаточное количество и неточное расположение запорной арматуры и в ряде случаев низкая степень надежности существующих отключающих устройств Снижение качества одорированного газа недостаточная степень одоризации газа и низкое качество одорированного газа у удаленных от ГРС потребителей Рис. 4. Причины снижения эксплуатационной надежности газораспределительных систем. Для совершенствования развития газораспределительных систем с точки зрения повышения их эксплуатационной надежности и безопасности возникают предпосылки создания системы комплексного мониторинга эксплуатационной надежности и состояния газораспределительной сети (рис. 5). Система должна представлять собой процесс наблюдения за состоянием газораспределительной сети, систематический сбор и обработку информации, моделирование процесса распределения газа по направлениям, влияющим на эксплуатационную надежность работы газовых сетей.  АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ГАЗОВЫХ СЕТЕЙ СНИЖЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ (дефицит пропускной способности, недостаточное количество запорной арматуры, снижение качества одорированного газа)  ПРИЧИНЫ СНИЖЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТ отсутствие гармонизации развития населенных пунктов и газораспределительных систем; отсутствие единства развития газовых сетей; меняющаяся архитектура и устрой населенных пунктов; программы реконструкции систем теплоснабжения; несовершенство применяемого оборудования и технических устройств СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И СОСТОЯНИЯ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Рис. 5. Предпосылки создания системы комплексного мониторинга эксплуатационной надежности и состояния газораспределительной сети. 4. Повышение надежности системы газоснабжения Для повышения надежности системы можно применять различные проектные решения, в том числе: использование более надежных элементов или организацию мероприятий, повышающих их надежность (защита от коррозии, установка компенсаторов и др.); введение в схему избыточных элементов для организации резервов (параллельные прокладки, кольцевание газопроводов и др.); установку дополнительных ГРП с целью уменьшения их радиуса действия; организация кольца газопроводов вокруг ГРП с равнопропускными полукольцами большого диаметра (если в радиусе действия ГРП менее 8 участков, то кольцо разделит зону действия ГРП на две подзоны – каждую с числом участков менее 4; если в радиусе действия ГРП более 8 участков, число таких колец может увеличиваться до 3); увеличение диаметров некоторых участков сети против их расчетных значений, полученных из условий оптимизации этой сети, главным образом за счет отказа от газопроводов диаметром 80 мм и менее с надежностью, на порядок меньшей, чем газопроводы диаметром более 80 мм (поскольку отказы участков с данным диаметром равновероятны, то при реализации этого мероприятия необходимо увеличивать диаметры всех участков данного диаметра). В процессе эксплуатации газотранспортных сетей сталкиваются с ситуацией, когда потребители не получают природный газ в необходимом количестве. Зачастую причиной этого является подключение к газотранспортной сети объектов, не учтенных проектом. Вследствие этого суммарная потребность в газе превышает пропускную способность системы. Несоответствие пропускной способности газораспределительной сети в целом или отдельных её участков приводит к нарушению нормальной подачи газа потребителям. Для устранения этого случая однозначно необходима реконструкция системы. При этом вначале необходимо провести анализ состояния системы с целью определения потребителей, которые вследствие перегрузки системы в целом наиболее подвержены нарушениям нормального газоснабжения. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о снижении надёжности системы газораспределения, которую в данном случае можно определить по формуле: N = ( Qz – ( Qz – Q ) ) / Qz = Q / Qz где Qz – требуемое суммарное газопотребление в момент исследования системы газопотребеления – z; Q – суммарное газопотребление, которое может обеспечить система (расчётное, учтённое проектом газопотребления). Несоответствие системы новым условиям эксплуатации при отсутствии отказов всех её элементов является формой проявления морального старения этой системы. Результатом морального старения системы является неспособность её обеспечить необходимую производительность, причиной чего является повышение потребности всех подключенных к ней объектов, снижения точности, пределов регулирования. Для устранения этого случая однозначно необходима реконструкция системы. Реконструкция системы газораспределения реализуется путём частичной перекладки участков сети с заменой их трубопроводами большего диаметра, параллельной прокладки участков газопроводов или сооружения дополнительных источников питания. В практике эксплуатационные организации реконструкцию пытаются провести путем выдачи завышенных технических условий на подключение новых газифицируемых объектов для увеличения пропускной способности системы. Такая практика интуитивных попыток реконструировать систему приводит к росту материальных затрат и снижению эффективности системы газоснабжения. Выяснилось, что неудовлетворительные режимы давления сохраняются, особенно в сетях низкого давления, где непроизводительные потери газа составляют более 0,7% общего расхода газа. Следовательно, реконструкцию систем газоснабжения необходимо проводить за счёт мероприятий, реализация которых позволит повысить пропускную способность системы и при этом выполнить следующее условие:  ΔZ→min илиΔК→min где ΔZ и ΔK – соответственно дополнительные приведённые затраты и дополнительные капитальные вложения, необходимые для обеспечения требуемой производительности системы. При реконструкции систем газоснабжения, которую можно выполнить в нескольких вариантах, отличающихся протяженностью перекладываемых газопроводов, а следовательно, и стоимостью строительных работ, требование минимума металлоемкости варианта ΔG оказывается недостаточным для выбора искомого варианта. Это требование необходимо дополнить требованием минимума дополнительной протяжённости перекладываемых или дополнительно прокладываемых трубопроводов ΔL. Последнее условие в ряде случаев оказывается предпочтительным, поскольку отражает дополнительный эффект, который трудно учесть и отразить количественно. Это является отражением системного подхода к оптимизации реконструкции систем. Возникает вопрос - можно ли избежать реконструкции систем газоснабжения? Такая попытка сводится к некоторым превентивным мерам, предусматриваемым при проектировании. Методика разработки этих мер, предусматривает рассмотрение исходной информации о развитии системы газоснабжения, как статистически неопределенную и предлагает при выборе основных параметров систем исходить из их вероятностных значений: ΔG→min илиΔL→min Для реализации методики необходимо располагать необходимым количеством статистических наблюдений. Источником таких наблюдений может служить опыт эксплуатации систем газоснабжения в других городах, статистика отклонения фактических параметров от принятых в проекте. Но при этом необходимо учитывать индивидуальность городов и специфику их развития, а также возникновение неучтенных при проектировании потребителей газа. Необходимо помнить, что данные за ретроспективный период не всегда могут в полной мере экстраполироваться на будущее, поэтому вероятностные характеристики таких величин очень часто содержат некоторую погрешность, но несмотря на это, они помогают в большей мере выявить общую тенденцию будущих условий развития системы. Таким образом, задача сводится к тому, на что ориентироваться при проектировании - на данные перспективных схем газоснабжения, разработанные на основании их генеральных планов, или на ожидаемые отклонения от этих схем. Решение задачи заключается в выборе варианта одно и двух или многостадийного сооружения системы и определения, какой из этих вариантов является наименее капиталоёмким. Реконструкцию систем необходимо проводить на основании конкретных проектных решений, отражающих реальные условия, в которых функционирует система, и их достоверные изменения, которые будут иметь место в ближайшей перспективе. Эти проектные решения являются итогом гидравлических и технико-экономических расчетов, рассматривающих различные варианты реконструкции. Для уменьшения их количества вначале необходимо провести анализ состояния системы с целью определения потребителей, наиболее подверженных нарушениям нормального газоснабжения вследствие перегрузки системы в целом. Совокупность таких потребителей формирует своего рода аварийную зону, которую необходимо ликвидировать. Существуют различные методики упомянутого анализа. Эти методики, хотя и научно обоснованы, но труднореализуемы, громоздки и требуют компьютерной проработки. Предлагается для практических расчётов иной метод, значительно упрощённый, обеспечивающий достаточно достоверные результаты. Суть метода заключается в замене реальной газораспределительной системы расчётной моделью, сохраняющей конфигурацию, протяжённость и диаметры участков газопроводов. Далее принимается, что в этой сети транспортируются расчётные расходы газа, которые необходимы всем объектам для нормального газообеспечения, без учёта зависимости пропускной способности регуляторов от давления газа на входе. Затем, выполняется гидравлический поверочный расчёт сети, определяются аварийные зоны с пониженным против расчётного, пониженным против требований СНиП и даже с отрицательным давлением. Цель реконструкции заключается в восстановлении первоначального распределения давления с сохранением необходимого его значения в контрольных точках, в том числе в конечных, где давление должно быть не менее разрешенного требованиями нормативных документов. Помимо простоты, достоинством этого метода является наглядность, благодаря чему можно сразу же обнаружить наиболее перегруженные участки сети и наметить меры по устранению этой перегрузки. 5. Проектные решения для повышения надежности газораспределительных систем Для повышения надежности системы можно применять различные проектные решения, в том числе: использование более надежных элементов или организацию мероприятий, повышающих их надежность (защита от коррозии, установка компенсаторов и др.); введение в схему избыточных элементов для организации резервов (параллельные. прокладки, кольцевание газопроводов и др.); установку дополнительных ГРП с целью уменьшения их радиуса действия; организация кольца газопроводов вокруг ГРП с равнопропускными полукольцами большого диаметра (если в радиусе действия ГРП менее 8 участков, то кольцо разделит зону действия ГРП на две подзоны – каждую с числом участков менее 4; если в радиусе действия ГРП более 8 участков, число таких колец может увеличиваться до 3); увеличение диаметров некоторых участков сети против их расчетных значений, полученных из условий оптимизации этой сети, главным образом за счет отказа от газопроводов диаметром 80 мм и менее с надежностью, на порядок меньшей, чем газопроводы диаметром более 80 мм (поскольку отказы участков с данным диаметром равновероятны, то при реализации этого мероприятия необходимо увеличивать диаметры всех участков данного диаметра). Когда городское газовое хозяйство получает из системы магистральных газопроводов меньше газа, чем это требуется (что происходит в зимнее время), надежность системы снижается при физической (механической, химической) целостности всех ее элементов. Для повышения надежности в этих случаях рекомендуются следующие мероприятия: организация резервного топливоснабжения (жидким или твердым топливом, регазифицированным метаном или парами тяжелых углеводородов и др.); сооружение подземных хранилищ газа; перераспределение потоков газа за счет программного изменения давления на выходе из ГРС и головных ГРП, с тем чтобы обеспечить избирательность снабжения потребителей в соответствии с их социальной и народнохозяйственной значимостью (при этом одни предприятия обеспечиваются газом за счет ограничения других). При перераспределении газа вначале обеспечивают полное газоснабжение жилого и социального фонда (больниц, детских дошкольных учреждений и т. д.), затем объектов социального назначения, после этого – объектов, где ограничение в газе приносит только стоимостный ущерб (из них в первую очередь снабжаются газом те, где этот ущерб наибольший, и далее по мере снижения этого ущерба). Ущерб определяют на основании изучения хозяйственно-производственной деятельности данных объектов. Перевод котлов на газовое топливо обеспечивает ряд преимуществ эксплуатационного и экономического характера: повышение эффективности сжигания топлива, увеличение КПД котлов, рост скорости достижения расчетной нагрузки, повышение тепловой мощности на 20 – 30, а в отдельных случаях – до 50% и др. Это предъявляет повышенные требования к конструкции котла и качеству его эксплуатации. Для обеспечения надежности и долговечности его работы необходимо выполнение следующих мероприятий: тщательной докотловой обработки питательной воды с целью обеспечения безнакипного состояния поверхностей нагрева при сжигании газа; тщательной очистки котлов от шлама, накипи, золы и сажи; исключения ударного воздействия факела на поверхность нагрева; обеспечения в топке максимально возможной равномерности распределения тепловых потоков; применения газогорелочных устройств, размеры факела которых при любых режимах работы меньше соответствующих габаритов топки; в неэкранированных или частично экранированных топках поддержания таких температур, которые не приводят к быстрому разрушению не защищенных, экранами частей топки; обеспечения надежного розжига газогорелочных устройств и устойчивого факела во всем диапазоне регулирование тепловой мощности; защиты от перегрева со стороны топки тех элементов котла, где возможно нарушение циркуляции воды, отложение шлама и накипи, а также участков, которые больше выступают в топку и подвергаются опасности местного перегрева, особенно при сжигании резервного жидкого топлива. |