Городские газопроводы

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

 

1. Сжиженные газы

 

2. Газораспределительные  сети в городах и газораспределительные  пункты

3. Устройство наружных  газопроводов

4. Устройство подземных  газопроводов

5. Устройство внутридомовых  газопроводов

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Природные газы, добываемые из недр земли, представляют собой смесь, состоящую из горючих газов, балластных газов и примесей.

Горючие газы состоят  из метана (СН4), предельных углеводородов (СnН2n+2) и непредельных углеводородов (CnH2n). В сумме предельные и непредельные углеводороды называются тяжелыми углеводородами (ТУ). Водород (Н2) и оксид углерода (СО) в природных газах отсутствуют.

Балластные газы состоят из азота — N2, углекислого  газа - СО2 и кислорода — О2.

Примеси, входящие в состав природных газов, состоят  в основном из водяных паров (Н2О), сероводорода (H2S) и пыли.

Рассмотрим свойства горючих газов.

Метан (СН4) — горючий газ без цвета, запаха и вкуса. Не токсичен, но при большой концентрации в воздухе вызывает удушье. Низшая теплота сгорания Q = 35840 кДж/м3, плотность ρ=0,717 кг/м3, молекулярная масса µ= 16 кг/кг — моль.

К тяжелым углеводородным газам, имеющим формулу СnН2n+2, относятся: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10). Все  эти газы, как и метан, не имеют  цвета, запаха и вкуса, не токсичны. Их физические свойства зависят от величины молекулярной массы (µ).

Чем больше µ, тем выше плотность тяжелых углеводородов (ρ), больше теплотворная способность (Q), больше требуется воздуха для сжигания 1 м3 тяжелых углеводородов.

К непредельным тяжелым  углеводородным газам (С2Н2n+2) относятся: этилен (С2Н4), пропилен (С3Н6), бутилен (С4Н8). Их свойства также изменяются с увеличением µ, как и у тяжелых углеводородов.

Балластные газы.

1. Азот (N2) — инертный  газ, без цвета, запаха и  вкуса. На долю азота в воздухе  приходится 79%.

До температур 1400 °С азот не реагирует с воздухом, а при более высоких температурах образует оксиды азота, которые сказывают более вредное воздействие на человека, чем оксид углерода. Предельно допустимая норма оксидов азота в атмосферном воздухе 0,085 мг/м3.

Диоксид углерода (СО2) является инертным газом со слегка кисловатым запахом и вкусом.

Кислород (О2) — входит в состав атмосферного воздуха в виде второй составляющей в количестве 21%. Во всех процессах горения кислород играет роль окислителя. Содержание кислорода в природном газе не допускается более 1%, исходя из соображений взрывобезопасности и защиты газового оборудования от коррозии.

Примеси. В виде примесей природный газ в основном содержит водяные пары, сероводород и пыль.

Концентрация  водяных паров (Н2О) в природном  газе, подаваемом бытовым и промышленным потребителям, не должна превышать 500 — 1000 г на 100 м3 природного газа.

Сероводород Н2 — бесцветный газ, имеющий запах испорченных яиц, является ядом и оказывает раздражающее действие на дыхательные пути и глаза.

Предельно допустимая концентрация H2S в воздухе помещений  равна 0,1 мг/л. H2S — коррозионно-агрессивный  газ.

Содержание H2S в  природном газе после очистки  на газовых промыслах не должно превышать 2 г на 100 м3 природного газа.

Содержание пыли не должно превышать 0,1 г на 100 м3 природного газа.

1. СЖИЖЕННЫЕ  ГАЗЫ

 

Сжиженные газы, состоящие  в основном из пропана (С3Н8) и бутана (С4Н10), получают на газобензиновых и  нефтеперерабатывающих заводах. Сжиженный  газ широко используют для газоснабжения  сельской местности и районов, не подключенных к магистральным газопроводам. Хранятся жидкие газы в баллонах и  емкостях, а перевозятся в цистернах.

Мелкие потребители (одно- и двухэтажные жилые строения, дачи) имеют для хранения жидкого  газа баллоны, емкостью до 501 л каждый.

Крупные потребители (3 — 4-этажные жилые дома, столовые, рестораны; коммунальные предприятия, оздоровительные лагеря дома отдыха) имеют для хранения жидкого газа емкости объемом 2,2 и 4 м3, которые  устанавливаются ниже уровня земли. Запас жидкого газа в баллонах и емкостях должен обеспечивать нормальное газоснабжение потребителей в течение 7 — 10 дней.

В емкостях и баллонах жидкий газ всегда представляет собой  двухфазную систему. В верхней зоне емкости или баллона находится  паровая фаза пропан-бутановой смеси, а в нижней зоне жидкая фракция, которая испаряется по мере отбора потребителями паровой фазы. Паровая фракция всегда представляет собой насыщенную смесь из С3Н8 и С4Н10. Упругость указанных газов (Рг) зависит от температуры наружного воздуха (для баллонов) или температуры грунта (для подземных емкостей). В табл. 1 показана зависимость упругости паров пропана и бутана от температуры.

 

Таблица 1

В баллонах и емкостях (2,2 и 4 м3) упругость паровой фазы или фактическое рабочее давление должно быть не менее 0,035 МПа при  плотности пропана ρ = 2 кг/м3, а для бутана ρ = 2,7 кг/м3. Для воздуха при нулевой температуре ρ = 1,29 кг/м3. Это значит, что при утечке паровой фазы жидкого газа из баллона будет наблюдаться явление газослива.

Сжиженные газы должны содержать H2S не более 5 г на 100 м3 паровой  фазы, а запах их должен ощущаться  при содержании паров H2S в воздухе  в размере 0,5%.

Воспламенение газов. Воспламенение газов может происходить только в том случае, если их содержание в газовоздушной смеси находится в определенных пределах, которые называются пределами воспламеняемости или взрываемости.

Существуют верхний  и нижний пределы воспламеняемости. Например, для метана нижний предел равен ~5% содержания его в газовоздушной смеси, а верхний ~ 15%. Вне этих пределов метановоздушные смеси не горят и не взрываются.При чрезмерно малом содержании горючего газа в газовоздушной смеси, например, метана менее ~5% теплоты от запального устройства оказывается недостаточно для доведения соседних слоев газовоздушной смеси до температуры воспламенения. В данном случае смесь оказывается «бедной». Она слишком разбавлена балластными компонентами (азотом и кислородом) и вообще не способна к воспламенению. Аналогичное явление происходит в газовоздушной смеси, когда имеется избыточное количество метана (более 15%). Здесь газовоздушная смесь получается «богатой», и для ее нормального воспламенения не хватает О2, который является окислителем. В табл. 2 показаны пределы воспламеняемости отдельных горючих газов.

 

Таблица 2

Явления взрыва газов  могут возникнуть при нарушении  правил розжига переведенных на газ  котлов, при негерметичных задвижках  газовой аппаратуры и вышедшей из строя защитной автоматики. При этом толка и газоходы котлов могут  заполниться взрывоопасной смесью. Если в такую газоопасную среду  попадает источник воспламенения, то происходит взрыв.

При взрыве всего  объема газовоздушной смеси масса ее тут же превращается в продукты сгорания. Последние, восприняв теплоту реакции взрыва, мгновенно расширяются и оказывают динамическое давление на стенки топки и газоходов. Максимальное давление, возникающее при взрыве смеси природного газа с воздухом, находится в пределах 0,44 — 0,75 МПа. Взрывная волна возникает в топке и распространяется по газоходам практически мгновенно, со скоростью примерно 1 км/с.

 

2. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ  СЕТИ В ГОРОДАХ И ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ  ПУНКТЫ

 

От газораспределительной  станции (ГРС) природный газ подается в город.

В городах распределительные  газопроводы делятся на:

а) газопроводы  низкого давления, ρ до 3000 Па (300 мм вод. ст.);

б) газопроводы  среднего давления, 3000 Па <ρ < 0,3 МПа;

в) газопроводы  высокого давления 0,3<ρ<0,6 МПа — I ст.,0,6<ρ<1,2МПа — IIст.

Газопроводы низкого  давления используются для газоснабжения  жилых домов, общественных зданий и  мелких коммунально-бытовых предприятий.

Газопроводы среднего и высокого давления (I ступени) служат для питания: ГРП, средних промышленных предприятий, коммунально-бытовых предприятий (бани, механические прачечные, хлебозаводы, крупные столовые и рестораны). Газопроводы  высокого давления (0,6<ρ<1,2 МПа) снабжают газом в основном ТЭЦ, ГРЭС, крупные промышленные предприятия.

Схемы газоснабжения  городов и рабочих поселков разделяются  на одно-, двух и трехступенчатые. Для  крупных городов применяются  многоступенчатые схемы, одна из которых  показана на рис. 1.

 

Рис. 1 Принципиальная схема газоснабжения большого города:

1-магистральные  газопроводы, 2-газораспределительные  станции (ГРС); 3 – контрольно-регулировочные  пункты (КРП); 4 — газопроводы низкого  давления, 5 - газорегуляторные пункты (ГРП), 6 — кольцо газопроводов  высокого давления (2 МПа); 7 - кольцо  газопроводов высокого давления 1,2 МПа; 8 — газопроводы высокого  давления, 0,6 МПа; 9- кольцо газопроводов  среднего давления, 0,3 МПа; 10 - перемычка, 11 —подземное хранилище газа

 

Выбор схемы газоснабжения  определяется различными факторами, важнейшими из которых являются, размер города, плотность застройки города и концентрация промышленности в нем, перспектива газификации города.

В небольших городах  или населенных пунктах с малым  расходом газа осуществляется, как  правило, одноступенчатая система  низкого давления. В средних городах  применяются главным образом  двухступенчатые системы, а в  крупных городах с населением примерно более 1 млн. чел жилыми массивами  со зданиями от 5 до 12 этажей и большой  концентрацией промышленности применяют  многоступенчатые системы (рис. 1). Из магистрального газопровода газ поступает в  газорегуляторную станцию, где давление снижается до 2 МПа (при наличии  многоступенчатой схемы) и затем  газ поступает в сеть высокого давления, которая в виде кольца окружает город. К этому кольцу через  контрольно-регулировочный пункт присоединяется подземное газовое хранилище. Это  хранилище и газораспределительная  станция относятся к системе  магистральных газопроводов. Городское  газовое хозяйство начинается с  кольца высокого давления 1,2 МПа, которое  питается от нескольких контрольно-регуляторных пунктов. Затем через газорегуляторные пункты газ последовательно поступает  в газопроводы с более низким давлением и наконец от сети низкого давления поступает в жилые дома, общественные здания и коммунально-бытовые предприятия.

В системе газоснабжения  города особое место занимают (рис. 2) газорегуляторные установки.

В принципе все  указанные редуцирующие установки  построены по единому принципу. Газ  среднего или высокого давления поступает  в газораспределительные пункты и последовательно проходит по основной линии диафрагму (служит для учета  потребляемого газа), задвижку, фильтр, предохранительно-запорный клапан, регулятор  давления, задвижку и затем выходит  в газовую сеть низкого давления. Предохранительно-запорный клапан и  регулятор давления соединены с  газопроводом низкого давления импульсными  линиями. На выходе в сеть низкого  давления устанавливается предохранительно-сбросной клапан. Оборудование газораспределительного пункта располагается в отдельно стоящем здании, выполненном из кирпича. Освещение здания естественное (через  окна), а в ночное время электрическое  во взрывоопасном исполнении. Отопление  водяное от местных газовых установок (АГВ-80, АГВ-120) и т. д. Указанные источники  тепла устанавливают в изолированном  тамбуре. Температуру в помещении  поддерживают не ниже 5 °С. Приточно-вытяжная вентиляция должна обеспечивать трехкратный обмен воздуха. Приток воздуха происходит через жалюзейную решетку, а вытяжка через дефлектор ЦАГИ и клапаны для регулирования тяги.

На рис. 3 показана схема шкафного регуляторного пункта, разработанного институтом Мосгазниипроектом. Размеры его 1000 х 1000 х 600 мм.

Рис.3. Схема  шкафного регуляторного пункта:

1 —  запорный кран; 2 — сетчатый фильтр; 3 — манометр;

4 - клапан - отсекатель; 5 — регулятор прямого действия;

6 —  запорный кран; 7, 8 — импульсная  линия; 9 - газовая

сеть  низкого давления; 10 — газовая  сеть среднего давления

 

Он крепится непосредственно  к стене здания и состоит из двух одинаковых по исполнению газовых  коммуникаций (левой и правой), отключенных  друг от друга задвижками. Предположим, что газ с давлением 0,6 МПа входит снизу в левую линию шкафного регуляторного пункта. Тогда он последовательно проходит открытую задвижку, фильтр, предохранительный клапан — отсекатель, регулятор прямого действия и затем входит в сеть низкого давления (3000 Па). В том случае, если в сети низкого давления резко увеличивается значение ρ (больше 3000 Па), то срабатывает предохранительно-сбросной клапан и выпускает газ в атмосферу. Если значение ρ и в этом случае не приходит в норму, срабатывает клапан - отсекатель и подача газа в сеть низкого давления прекращается.

Правая линия  шкафного регуляторного пункта, которая  является зеркальным отражением левой, вводится в действие тогда, когда  требуется прочистить фильтр или  осмотреть другие узлы левой линии  этой редуцирующей установки.

Газораспределительные установки работают по такому же принципу и устанавливают их в котельных  различного рода промышленных предприятий.

Газораспределительные станции устанавливаются на конечном участке магистрального газопровода на входе в город. После газораспределительной станции давление газа может снижаться до величины, необходимой городу (2,0; 1,2; 0,6; 0,3 МПа).

 

3. УСТРОЙСТВО  НАРУЖНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

 

Как правило, на территории городов и населенных пунктов  газопроводы прокладываются в земле. Исключение составляют территории промышленных предприятий, где их можно прокладывать по эстакадам и различным переходам  сверху проезжей части заводской  автотрассы. Надземную прокладку  газопроводов производят по наружным несгораемым стенам жилых и общественных зданий. По стенам жилых и общественных зданий допустима прокладка газопроводов с давлением не более 0,3 МПа.

Газопроводы высокого давления можно прокладывать только по сплошным стенам или над окнами верхних этажей производственных зданий. При пересечении надземных газопроводов с воздушными линиями электропередачи  они должны проходить ниже линий  электропередачи.

Возможна прокладка  газопроводов на эстакадах совместно  с линиями водопроводов, паропроводов, но при условии обеспечения свободного осмотра и ремонта каждого  из названных выше коммуникаций. Расстояния между газопроводом и другими  коммуникациями при их совместной прокладке  принимают в свете от 100 до 300 мм в зависимости от диаметра. Совместная прокладка газопроводов с электролиниями недопустима, кроме электролиний, проложенных  в стальных трубах и бронированных  кабелей.