Газоснабжение

Корозії піддається зовнішня та внутрішня поверхня труб. Внутрішня  поверхня піддається хімічній корозії  з-за наявності у газі вологи, кисню, сірководню, інших хімічних агентів. Основний спосіб боротьби з цим явищем – це покращення очищення газу від  шкідливих домішок або нанесення  на внутрішню поверхню антикорозійних покриттів. Але останній метод звичайно не використовують з огляду на складність технології та велику вартість.

Зовнішня поверхня піддається ґрунтовій, атмосферній та електрохімічній  корозії. Ґрунтова корозія виникає  за рахунок стикання газопроводу  з грунтом, де утримується волога, солі, кислоти, луги, а також за рахунок  струмів витікання від джерел постійного струму (блукаючих струмів).

Атмосферній корозії піддаються наземні газопроводи під дією опадів та домішок атмосферного повітря. Для захисту від неї наносяться алюмінієві, цинкові або лакофарбові  покриття.

Електрохімічна корозія  є результатом взаємодії неоднорідних поверхнею металу, що виконують роль електродів, та водних розчинів грунту, що виконують роль електроліту. Постійний  перехід металу у розчин призводить до руйнування поверхні труб. Для захисту  труб від ґрунтової та електрохімічної  корозії на їх поверхню наносять проти  корозійні покриття. У якості захисних покриттів та матеріалів для армування  використовують полімерну стрічку, скловолокнисте полотно, поліетилен, руберойд, а у якості зв’язуючих матеріалів – битум, полімери.

При русі газу по газопроводу спостерігається  зниження його тиску за рахунок втрат  на подолання тертя DР_ТР та місцевих опорів DР_МС. У газопроводі низького тиску у зв^/язку з невеликим діапазоном зміни тиску густина газу змінюється несуттєво і такий газ можна вважати як нестисливе середовище.

Зміна втрат тиску на подолання  гідравлічного опору стінок трубопроводу у диференційному вигляді описується рівнянням Дарсі:

,

де l - коефіцієнт тертя;

D_B – внутрішній діаметр газопроводу;

Х – координата по довжині труби;

r - густина потоку;

w – швидкість його руху;

Р – абсолютний тиск газу.

З рівняння нерозривності потоку масова витрата газу складає:

М = rwF = r₀w₀F = r₀V₀,

де V₀ – об^/ємна витрата газу за нормальних умов;

F – площа поперечного перерізу газопроводу.

З цього рівняння маємо:

rw = r₀V₀/ F; w = r₀V₀/(rF) ;

.

З рівняння стану ідеального газу отримуємо:

Р = rRT;

; Р₀ = r₀RT₀ ; ; або .

Після підстановки останнього виразу до формули Дарсі, з урахуванням, що F = pD_B²/4, отримуємо:

;  .

Приймемо, що l та Т є сталими величинами, тобто незалежними від координати х. Тоді шляхом інтегрування цього рівняння у межах зміни абсолютного тиску від початкового Р_Н до кінцевого Р_К і координати від х₁ до х₂ на довжині ділянки l отримуємо:

; ;  ;   .

Для міських газопроводів температура газу при розрахункових  навантаженнях є близькою до 0⁰С і можна приймати Т/Т₀ = 1. Тому для них втрати тиску можна визначати за формулою:

.

Якщо абсолютний середній тиск газу у газопроводі Р_СР > 1,2 МПа, то треба враховувати відхилення властивостей газу від законів ідеальних газів. З цією метою у знайдене рівняння уводять коефіцієнт стиску газу Z, що залежить від приведеного тиску Р_ПР та приведеної температури Т_ПР (рис. 18):

Р_ПР = Р_{АБС. СР}/Р_КР;   Т_ПР = Т_СР/Т_КР,

де Р_КР; Т_КР – критичні параметри газу;

Р_{АБС. СР}; Т_СР – середні абсолютні значення параметрів на розрахунковій ділянці газопроводу:

Р_{АБС. СР} = (Р_Н + Р_К)/2;  Т_СР = (Т_Н + Т_К)/2;

Т_Н; Т_К – абсолютна температура газу на початку та в кінці ділянки.

Якщо по газопроводу транспортується  газова суміш, то коефіцієнт стиску визначається за середнім критичним значенням  приведеного тиску Р_{ПР С.К.} та температури Т_{ПР С.К.}:

Р_{ПР С.К.} =

;    Т_{ПР С.К.} = ,

де r_i – об^/ємна частка і – того газу у суміші;

n – кількість компонентів у газовій суміші;

Р_{КР і}; Т_{КР і} абсолютний критичний тиск та температура і – того компоненту (табл. 5).

Розрахунок передбачає визначення діаметрів газопроводів у залежності від розрахункової витрати газу та припустимих втрат тиску. Відрізняють  розподільчі мережі низького тиску  з витратою газу до 50 м³/годину та середнього і високого тиску з витратою газу більше 50 м³/годину.

Гідравлічний розрахунок тупикових  газопроводів середнього або високого тиску включає вибір діаметрів  газопроводів, що забезпечують потрібний  тиск у всіх споживачів газу. При  розрахунку кільцевих мереж середнього або високого тиску треба зберігати  рівність перепадів тиску у півкільцях. Точки зустрічі потоків газу (нульові  точки) на півкільцях можуть бути вибрані  з наближеної рівності їх довжини. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 5.

Критичні параметри газів.

Газ	РКР, МПа	tKP, 0C	rКР, кг/м3
Азот	3,39	-147,1	311
Ацетилен	6,04	35,7	231
Водень	1,26	-239,9	31
Повітря	3,65	-140,7	320
СО2	7,4	31,7	460
О2	5,04	-118,8	430
СО	3,43	-139	311
Н2S	18,53	100,4	-
Метан	4,49	-82,1	162
Етан	4,7	32,3	210
Пропан	4,26	95,7	226
Бутан	3,5	152,9	225
Пентан	3,24	197,2	232

 

При розрахунку кільцевих газопроводів низького тиску перепади тиску у  півкільцях не повинні перевищувати 10%. Для газопроводів низького тиску  у розрахунку можна наближено  приймати:

Р₀ = (Р_Н + Р_К)/2.

Тоді спрощена формула для визначення втрат тиску по довжині такого газопроводу буде мати наступний  вигляд:

= ;

= .

Формули, за якими визначають коефіцієнт тертя, залежать від режиму руху середовища. При ламінарному  русі газу (Re £ 2000) його визначають за формулою Пуазейля:

l = 64/Re.

Для перехідного режиму (2000 < Re < 4000) використовують формулу Зайченко:

l = 0,0025

.

Для турбулентного режиму (Re ³ 4000) розрахунок проводять за формулою Альтшуля:

,

де К_Е – абсолютна еквівалентна шорсткість внутрішньої поверхні труби, м. Для стальних труб наближено можна приймати К_Е = 0,0001м.

При розрахунку газопроводів низького тиску в умовах різких змін рельєфу враховують гідростатичний напір:

Р_ГД = ± gh(r_B - r_Г),

де h – різниця геометричних відміток газопроводу, м;

r_B ; r_Г – густина повітря та газу на відповідних відмітках газопроводу.

Знак “+” відповідає більш  високій відмітці у випадку, якщо r_B > r_Г, і менш високій, якщо r_B < r_Г.

Втрати тиску на місцевих опорах:

DР_МС =

,

де  - сума коефіцієнтів місцевих опорів на розрахунковій ділянці, значення деяких з них наведені у табл. 6;

r - середня на ділянці густина газу.

Таблиця 6.

Коефіцієнти місцевих опорів.

Вид опору	Діаметр арматури, мм
	15	20	25	30	40	50 та більше
Косинець 900	2,2	2,1	2	1,8	1,6	1,1
Пробковий кран	4	2	2	2	2	2
Вентиль прохідний прямий	11	7	6	6	6	5

 

Тема 7. Структура  газового балансу промислових підприємств.

 

Категорії споживання газового палива. Споживачі основні та броньовані, допоміжні та буферні. Класифікація підприємств за структурою газового балансу. Види газового балансу. Складання  газового балансу підприємства. Вирівнювання нерівномірності споживання газу та покриття пікових навантажень.

 

Споживання поділяється на категорії:

1.На побутові потреби, тобто для приготування їжі, нагрівання води у домашніх умовах і т.д.;

2.У комунальних підприємствах;

3.На опалення та вентиляцію  будівель;

4. Промислове споживання.

Найбільш енергоємними споживачами  на металургійному підприємстві є доменні  та мартенівські печі, нагрівальні  пристрої прокатних цехів та ТЕЦ. Деякі споживачі можуть працювати  на будь – якому газі після пристосування  своїх пристроїв для спалювання та іншого обладнання. Прикладом можуть служити нагрівальні печі, котельні. Інші споживачі потребують палива лише визначеної якості. Наприклад, для мартенівських  печей потрібен газ, що має високу температуру горіння і велику світимість факелу. Для цього у  факел додають мазут до 30% теплової потужності.

Режим газопостачання підприємства потенційно може бути порушеним. Тому усі споживачі  газового палива у залежності від  їх значення у виробництві поділяються  на основні та броньовані, допоміжні  та буферні.

Основними споживачами газового палива є цехи та агрегати, що безпосередньо  приймають участь у циклі виробництва  металу. Порушення у роботі хоча б одного з них призводить до порушення  ритму усього циклу. До таких споживачів відносяться доменні печі, агломераційні  фабрики, коксові батареї, мартенівські печі, нагрівачі повітря доменних печей, нагрівальні пристрої прокатних  станів.

Розглянемо особливості роботи основних споживачів газу. Природний  газ подається через фурми  доменних печей, виконує роль відновника і скорочує витрату коксу. Перед  припиненням подавання природного газу треба за 3¸4 години збільшити подавання коксу. У іншому випадку припинення подавання газу призведе до порушень у роботі доменної печі.

Спікання пилової залізної руди на агломераційній фабриці здійснюється за рахунок горіння у шихті  коксу. Запалювання шихти на початку  агломераційної стрічки виконується  за рахунок спалювання газового палива у горні. Для цього використовують суміш природного, доменного або  коксового газу. У міжремонтний період аглофабрика працює безперервно  і споживає рівномірно газ у невеликій  кількості рівномірно. При порушеннях режиму газопостачання показники технологічного процесу погіршуються і аглофабрика  може бути зупинена. Лише при великих  запасах агломерату це не призведе до перебоїв у роботі доменного цеху.

Коксові батареї відносяться до броньованих споживачів і порушення  режиму газопостачання їх є неприпустимим. Вони опалюються звичайно сумішами коксового  та доменного або природного та доменного  газів, але можуть працювати і  на одному коксовому або доменному  газі. Споживання газу коксохімічним  підприємством характеризується відносною  стабільністю.

Витрата газу у мартенівську піч  по періоду плавки нерівномірна. Найбільша  витрата потрібна у період розігрівання шихти та плавлення, а у кінці  плавки, у період доводки, його витрата  знижується. Коливання витрати газу за період плавки досягає 50%. Мартенівські печі є великими споживачами газу і технологічний процес не допускає перебоїв у його подаванні. Це може призвести до остигання ванни  та розплавленого металу. Тобто мартенівські печі є основними броньованими споживачами  газу.

До основних броньованих споживачів газу віднесені і нагрівачі повітря (каупери) доменних печей. Вони забезпечують підігрівання повітря, що подається  у фурмену зону доменної печі, до 1200⁰С і працюють періодично. Спочатку виконується прогрівання вогнетривкої насадки регенератора до 1500⁰С, а потім він переключається на нагрівання повітря. Звичайно каупери групуються у блок з 4 підігрівачів повітря для забезпечення безперервного подавання підігрітого повітря у доменну піч. На обігрівання кауперів, тобто на власні потреби, стабільно витрачається біля 35% доменного газу.