Распределительные системы газоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ВВЕДЕНИЕ

Газовая промышленность России отличается рядом особенностей, которые обусловлены несколькими факторами. Один из них носит природно-географический характер. Россия расположена на территории, имеющей сложные климатические условия. Она является самой холодной страной в мире, почти половина ее территории приходится на зону вечной мерзлоты. Центры потребления топлива удалены от энергетических баз. Транспортно-энергетические коммуникации весьма протяженные с ограниченным резервированием их пропускных способностей.

Другая группа факторов обусловлена спецификой современного состояния страны и ее топливно-энергетического комплекса. К ним относятся низкая надежность, высокие затраты на обслуживание и поддержание в рабочем состоянии устарелых технологий и изношенного оборудования. Наблюдаются большой дефицит инвестиционных ресурсов, недостаточная платежеспособность основных потребителей, что сдерживает развитие газовой промышленности.

К основным задачам российской энергетической политики относятся увеличение доли природного газа в суммарном производстве энергетических ресурсов и расширение его использования, в первую очередь, в экологически неблагополучных промышленных центрах и для газификации сельских районов.

Решение этих задач предусматривается обеспечить путем:

придания приоритета в топливной промышленности страны в ближайшие 15-20 лет добыче природного газа;

реконструкции и модернизации действующих звеньев Единой системы газоснабжения России для повышения ее эффективности и надежности;

развития газовой промышленности путем вовлечения в использование новых, в том числе малых и средних месторождений газа;

ускорение темпов газификации сельских населенных пунктов;

расширение и использование газа в качестве моторного топлива и котельно-печного топлива парогазовых тепловых электростанций;

расширение рынков сбыта российского газа в странах СНГ и за пределами.



1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

газ очистка сеть трубопровод

Современные распределительные системы газоснабжения представляют собой (в зависимости от объекта) сложный комплекс сооружений, состоящих из следующих основных элементов:

газовых сетей высокого, среднего и низкого давлений;

газораспределительных станций (ГРС);

газорегуляторных пунктов ( ГРП) и установок (ГРУ);

Газопроводы систем газоснабжения в зависимости от величины давления транспортируемого газа подразделяются на следующие группы:

газопроводы низкого давления - при рабочем давлении газа до 0,005 МПа (0,05 кг/см2) включительно;

газопроводы среднего давления - при рабочем давлении газа свыше 0,05 МПа (0,05 кг/см2) до 0,3 МПа (3 кг/см2);

газопроводы высокого давления II категории - при рабочем давлении газа свыше 0,3 МПа (3 кг/см2) до 0,6 МПа (6 кг/см2);

газопроводы высокого давления Iкатегории - при рабочем давлении газа свыше 0,6 МПа (6 кг/см2) до 1,2 МПа (12 6 кг/см2) включительно для природного газа и газовоздушных смесей и до 1,6 МПа (16 кг/см2) для сжиженных и углеводородных газов (СУГ).

Газопроводы низкого давления служат для подачи газа в жилые, общественные здания и предприятия бытового обслуживания.

Газопроводы среднего и высокого (I категории) давления служат для питания городских распределительных сетей низкого и высокого давления через ГРП. Они также подаю газ в газопроводы промышленных и коммунальных предприятий.

Городские газопроводы высокого (IIкатегории) давления являются основными для газоснабжения крупных городов. По ним газ подают через ГРП в сети среднего и высокого давления, а также промышленным предприятиям, нуждающимся в газе высокого давления.

Связь между газопроводами различного давления осуществляются через ГРС и ГРП.

Современная схема городской системы газоснабжения имеет ярко выраженную иерархичность в построении, связанную с классификацией газопроводов по давлению. Верхний уровень составляют газопроводы высокого давления. Они составляют главный стержень городской газовой сети. Сеть высокого давления должна быть резервированная, т.е. закольцованная. Сеть высокого давления гидравлически соединяется с остальной частью системы через регуляторы давления, оснащенные предохранительными устройствами, предотвращающими повышение давления после регуляторов.

Газопроводы крупных населенных пунктов (в т.ч. и городские) можно разделить на три группы:

распределительные - для подачи газа к промышленным потребителям, коммунальным предприятиям и в районы жилых домов. Эти газопроводы могут быть высокого, среднего и низкого давлений, кольцевые и тупиковые;

абонентские ответвления, подающие газ от распределительных сетей к отдельным потребителям;

внутридомовые газопроводы.

Для поселков и небольших городов рекомендуется одноступенчатая система газоснабжения.

Для средних городов принимают двухступенчатую систему газоснабжения. Газ от ГРС по сети среднего и высокого давления подается крупным потребителям и к ГРП, а от последних - в распределительную сеть города.

Для крупных городов рекомендуется трехступенчатая система газоснабжения. Для крупных и средних городов газовые сети должны проектироваться кольцевыми, а для мелких городов и поселков, как высокая ступень давления, так и низкая, может быть запроектирована тупиковой. Окончательный вариант применяется после технико-экономического обоснования.

Для крупных городов и центров промышленных районов целесообразно применять дополнительное кольцо с давлением до 2,5 МПа, которое получает газ из магистрального газопровода, распределяет его вокруг города и подает в городские сети высокого давления и в магистрали к промышленным районам, городам-спутникам и в подземные хранилища газа.

Принципиальная схема распределительной системы газоснабжения крупного города приведена на рис.1.

Из магистральных газопроводов газ через ГРС поступает в городские распределительные сети разного давления (рис.1). Крупные города имеют несколько независимых точек питания и несколько ГРС, что повышает надежность системы газоснабжения и гибкость в ее эксплуатации. Газопроводы высокого давления необходимо прокладывать по окраинам города. ГРС размещают в местах подвода МГП за территорией города, не подлежащей застройке.

Рисунок 1 - Многоступенчатая система газоснабжения крупного города

СВД - сеть высокого давления; ССД - сеть среднего давления; СНД - сеть низкого давления; ПП - промышленное предприятие; МГ - магистральный газопровод ГРП, питающие сеть высокого и среднего давления, также стараются размещать вокруг города с разных его сторон. Местоположение этих ГРП также должно выбираться таким, чтобы обеспечить после них подачу газа по кратчайшему пути к центрам нагрузок каждого района города.

ГРП, питающие сеть низкого давления, располагают в центре нагрузок (кварталов и микрорайонов). Такие ГРП имеют пропускную способность 1000…3000 м3/ч, радиус действия 400…800 м. количество ГРП и радиус действия можно определить по формулам:

где - число ГРП;

- радиус действия ГРП, км;

- газифицируемая площадь, га;

- суммарный расход газа через ГРП, м3/ч;

- производительность типовой ГРП, м3/ч.

Для районов с большой газовой нагрузкой длина одной стороны кольца, как правило, равна двум кварталам; для районов с малой плотностью газовой нагрузки сторона кольца сети низкого давления может составлять 3…4 квартала. Длина ответвлений распределительной газовой сети низкого давления к потребителям не должна превышать 150…200 м.

1.1 Газораспределительные станции

Газ из магистральных газопроводов поступает в городские, поселковые и промышленные системы газоснабжения через газораспределительные станции. На ГРС давление газа снижают до величины, необходимой для потребителя и поддерживают его постоянным. Все оборудование ГРС рассчитывают на рабочее давление 7,5 МПа и 5,5 МПа, т.е. на максимально возможное давление газа в МГП.

ГРС характеризуется большими пропускными способностями (20…20000 тыс.м3/ч и более), поэтому дросселирование газа на них осуществляется в нескольких нитках, на каждой из которых устанавливают соответствующий регулятор давления.

На ГРС газ подвергается дополнительной очистке на фильтрах и одоризации, а при необходимости и подогреву, что позволяет исключить гидратообразование при дросселировании. Температура подогрева должна быть такой, чтобы влагосодержание насыщенного газа не опускалось ниже влагосодержания газа, поступающего на ГРС.

Расход газа на ГРС определяется с помощью диафрагмы или расходомера, представляющего собой дифманометр. Кроме того, на ГРС предусматривается защитная автоматика.

На ГРС устанавливают как регуляторы прямого, так и непрямого действия, которые автоматически поддерживают постоянное давление в точках отбора независимо от интенсивности потребления газа. Эти приборы являются основными на газораспределительных станциях.

Регуляторы давления выбирают в зависимости от давления и расхода газа по величине коэффициента пропускной способности (при докритическом режиме)

где - коэффициент, учитывающий изменение плотности газа при движении через дроссельный орган; зависит от отношения / и показателя адиабаты (рис.2);

- перепад давления на регуляторе, МПа;

, - давление и температура газа перед регулятором, МПа, К;

- плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

- коэффициент сжимаемости газа при условиях входа в регулятор давления;

- пропускная способность ГРС, м3/ч.

При критическом или большем перепаде давлений (т.е. когда соблюдается неравенство)

пропускную способность регулятора определяют по формуле

где - давление после регулятора давления, МПа;

- значение коэффициента при отношении , (рис.2);

Для природного газа (k=1,3)критическое отношений давлений равно 0,5.

Пропускную способность регулятора рекомендуется выбирать на 15…20 % больше максимальной расчетной величины.

Рисунок 2 - Значения коэффициента в зависимости от

1.2 Подогрев газа на ГРС

Снижение давления газа на ГРС приводит к значительному его охлаждению, что может привести к образованию гидратов, обмерзанию регулирующих клапанов, запорной арматуры, приборов и трубопроводов. Это осложняет условия эксплуатации ГРС, нарушают нормальный режим ее работы. Для предупреждения и исключения эффекта гидратообразования, при дросселировании газ подогревают в теплообменниках с необходимой поверхностью теплообмена. В качестве теплоносителя используют горячую воду и продукты сгорания газа. При расчете используют зависимость влагосодержания насыщенного природного газа от давления и температуры. Чтобы исключить гидратообразование, газ необходимо подогреть на такую величину , чтобы кривая влагосодержания насыщенного газа при дросселировании лежала выше влагосодержания насыщенного газа, поступающего на ГРС. Значение определяют подбором, строя несколько кривых при дросселировании для различных начальных температур и нанося их на график .

Температурная кривая дросселирования при нескольких начальных температурах строится по формуле

где - температура газа, поступающего на ГРС, К;

- давление газа на вход в ГРС, МПа;

- давление газа после регулятора давления, принимаемое с шагом 0,5 МПа и в пределе равное конечному давлению , МПа;

- коэффициент Джоуля-Томпсона,

Для ориентировочных расчетов можно принять .

Расчет поверхности теплообменника производится следующим образом.

Определяется количество теплоты , необходимое для нагрева газа

где - секундный расход газа через ГРС (теплообменник), м3/с;

- плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

- удельная массовая теплоемкость газа, Дж/(кгК);

1.3 Очистка газа от механических примесей

Для очистки газа на газорегуляторных пунктах устанавливают волосяные и сетчатые фильтры. При условных диаметрах больше 50 мм применяют волосяные фильтры, а при диаметрах 50 мм и менее - сетчатые.

Волосяные фильтры выпускают двух модификаций с максимальным давлением до 0,6 МПа и до 1 МПа. Перепад давления на кассете фильтра не должен превышать 10 кПа. Если он будет больше, то необходима очистка фильтра. В условиях эксплуатации перепад давления на фильтре обычно не превышает 3000…5000 Па. Перепад давления контролируется дифманометром ДСП-780 Н.

При перепаде давления на фильтре 5000 Па, избыточном давлении перед ним 0,6 МПа и плотности газа 0,73 кг/м3 пропускная способность его в зависимости от диаметра при нормальных условиях составляет:

=

=

=

Если фильтр используется в условиях, отличных от указанных, тогда его пропускную способность определяют по формуле

где - перепад давления на фильтре;

- давление на входе в фильтр;

- плотность газа.

Параметры с индексом «Т» относятся к паспортным для данного фильтра при определенных условиях его работы.

Пропускная способность фильтров выбирается из условия, что скорость газа в корпусе не будет превышать 1 м/с.

Сетчатые фильтры применяют в шкафных газорегуляторных пунктах (ШРП) на более низкие пропускные способности.

1.4 Газорегуляторные пункты

Газорегуляторные пункты предназначены для снижения давления и автоматического поддержания его на заданном уровне. ГРП состоят из следующих основных узлов: узла регулирования давления газа с предохранительно-запорным клапаном и обводным газопроводом (байпасом), предохранительного сбросного клапана, контрольно-измерительных приборов, продувочных трубопроводов.

Газ высокого или среднего давления входит в ГРП и поступает в узел регулирования, в котором по ходу движения газа располагают: отключающее устройство, фильтр, предохранительный запорный клапан, регулятор давления газа, отключающее устройство.

Выходное давление из ГРП контролируется предохранительным запорным клапаном (ПЗК) и предохранительным сбросным клапаном (ПСК). ПЗК контролирует верхний и нижний предел, ПСК - только верхний. ПСК настраивается на меньшее давление, чем ПЗК, поэтому он срабатывает первым.

Если отказал регулятор давления, клапан ПСК сработал, а давление в сетях продолжает расти, то сработает ПЗК. Он перекроет газопровод перед регулятором давления и прекратит подачу газа потребителям. ПЗК сработает и при недопустимом снижении давления газа, которое может произойти при аварии на газопроводе. При устранении аварии ПЗК приводится в рабочее состояние не автоматически, а только обслуживающим персоналом.

Клапан ПСК настраивается на давление, превышающее регулируемое на 10 %. При низком выходном давлении разность между давлением настройки и регулируемым давлением должна быть не менее 500 Па.

Верхний предел настройки клапана ПЗК принимают на 20 % выше регулируемого давления после ГРП. Нижний предел - минимально допустимое давление газа в сети.

Для бесперебойного снабжения потребителей газом при выходе из строя регулятора давления, замене, осмотре или ремонте оборудования предусмотрен обводной газопровод (байпас). Регулирование давления газа на байпасе производят вручную. Для этого на байпасе устанавливают последовательно кран и задвижку.

Кран работает в положениях «открыто» - «закрыто» и не может быть использован для регулирования давления. Ручное регулирование давления осуществляется с помощью задвижки.

На ГРП может быть несколько линий редуцирования, число которых зависит от расчетного расхода газа и режима его потребления. При наличии двух и более линий байпас обычно не монтируют, а во время ремонта одной из них газ поступает через другие линии. В ГРП с входным давлением более 0,6 МПа и пропускной способностью более 5000 м3/ч устройство резервной линии редуцирования вместо байпаса обязательно.

ГРП могут быть одно или двухступенчатыми. В одноступенчатом ГРП входное давление газа редуцируют до выходного в одном регуляторе, в двухступенчатом - двумя последовательно установленными регуляторами. При этом регулятор первой ступени компонуют с фильтром и ПЗК, регулятор второй ступени фильтра может не иметь. Одноступенчатые схемы ГРП обычно применяют при разности между входным и выходным давлением до 0,6 МПа, при большем перепаде предпочтительнее двухступенчатые схемы редуцирования.

На ГРП обычно учет газа не производится (кроме объектовых).

Газорегуляторные пункты выполняются по типовым проектам. Типовые проекты выполнены на базе универсальных регуляторов давления, используемых в промышленности.



2. РАСЧЕТ ТУПИКОВЫХ РАЗВЕТВЛЕННЫХ ГАЗОВЫХ СЕТЕЙ СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Расчет по традиционной методике сводится к определению необходимых диаметров и проверке заданных перепадов давлений. Расчет можно производить по формулам или номограммам, которые значительно упрощают вычисления. Номограммы построены в координатах

где - длина участка газопровода;

- абсолютное начальное и конечное давление соответственно в начале и конце участка газопровода;

- диаметр участка газопровода.

1. Начальное давление в газовой сети высокого или среднего давления определяется режимом работы газорегуляторной станции (ГРС), конечное - рабочим давлением на входе в газорегуляторные пункты (ГРП) (сетевые или объектовые).

Избыточное давление в начале сети:

Давление перед потребителем не менее 0,05 МПа:

2. Выбирается наиболее удаленная точка распределительных газопроводов и определяется общая длина по выбранному основному направлению.

По данной схеме выбираем в качестве главного направления участок0-1-2-3-4-5 с общей длиной 2070 м (приложение А).

3. При расчетах газораспределительных сетей по традиционному методу применяется правило постоянного перепада квадратов давления на единицу длины газопровода

Расчетная длина выбранного направления с учетом потерь на местные сопротивления

где - геометрическая длина участка газопровода.

4. Определяются расчетные расходы газа для каждого сосредоточенного отбора газа и для участков газопровода.

5. По величинам и по номограммам определяются диаметры отдельных участков газопровода. Диаметры округляются по ГОСТ обычно в большую сторону.

6. Для стандартных диаметров при известных расходах газа находятся действительные значения , затем разность квадратов давлений (рис.3).

7. Производится расчет давлений. Так как давление на выходе из ГРС известно, то расчет можно вести с начала газораспределительной сети. При давлениях значительно больших заданных уменьшают диаметры участков, расположенных ближе к началу основного направления (табл.1).

8. После расчета давлений в узлах основного направления приступают к расчету ответвлений, начиная со второго пункта рассмотренной методики. При этом за начальное давление на ответвлении принимается давление в узле, из которого оно исходит (табл.2).

Таблица 1

участок
Расчет главного направления 0-1-2-3-4-5,
0-1	280	308	20550	325x8	35	400	386
1-2	400	440	9900	219x6	55	386	353
2-3	800	880	2900	159x5	23	353	323
3-4	470	517	2100	108x4	85	323	245
4-5	120	132	700	76x4	65	245	226

Таблица 2

участок
Расчет вспомогательного направления 1-6-8-9,
1-6	380	418	10650	273x7	40	386	364
6-8	670	737	4250	133x4	140	364	171
8-9	150	165	550	57x3	150	171	150
Расчет отвода 6-7-11,
6-7	680	748	6400	159x5	85	364	262
7-11	520	572	2300	108x4	100	262	203
Расчет отвода 2-13-15-16,
2-13	300	330	7000	219x6	23	353	342
13-15	150	165	6300	133x4	250	342	275
15-16	400	440	2700	108x4	100	275	178
Расчет отвода 4-18,
4-18	80	88	1400	76x4	225	245	201
Расчет отвода 8-10,
8-10	100	110	3700	57x3	35	171	159
Расчет отвода 7-12,
7-12	100	110	4100	108x4	250	262	203
Расчет отвода 13-14,
13-14	360	396	700	76x4	70	342	298
Расчет отвода 15-17,
15-17	50	55	3600	89x4	600	275	206

Рисунок 3 - Номограмма для расчета газопроводов среднего и высокого давления (природный газ



3.ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ ГРП

Постановка задачи

подобрать РД на ГРП;

подобрать фильтр;

подобрать диаметр трубопроводов на ГРП.

Исходные данные:

Температура газа

Плотность газа

Давление (избыточное) на входе в ГРП

Давление (избыточное) на выходе в ГРП

Расход газа

3.1 Подбор фильтра

необходимо принять фильтр;

определить перепад давления на фильтре;

перепад давления на фильтре не должен превышать 5 кПа.

1) Рассматриваем фильтр ФГ-32 МСП (ГПМ):

Диаметр

Перепад давления

Рабочее давление

Пропускная способность

2) Потери давления на фильтре при заданной пропускной способности

Необходимо пересчитать работу на фильтре на заданные значения



Не подходит (больше чем 2,5 кПа), необходимо принять другой фильтр.

ФГП (ФГС) - 50 (ГН)*:

Диаметр

Перепад давления

Рабочее давление

Пропускная способность

Принимаем данный фильтр.

3.2 Определение диаметров трубопровода на ГРП

Исходя из требований к шуму, согласно СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб», максимальные скорости движения газа ограничены следующими значениями:

для сетей низкого давления - 7 м/с;

для сетей среднего давления - 15 м/с;

для сетей высокого давления - 25 м/с.

1) Определение минимального диаметра перед и после регулятора давления

Перед регулятором



Принимаем трубу

После регулятора

Принимаем трубу

2) Определяем фактические скорости движения газа

Перед регулятором

После регулятора

3) Определение потерь в ГРП на местных сопротивлениях

До регулятора

Кран (о=2)

ПЗК (о=5)

Переход с трубопровода (с D=0,149 м на фильтр с D=0,05 м) о=0,44 по формуле для резкого сужения

После регулятора

Кран (о=2)

Переход с трубопровода (с D=0,05 м на D=0,309 м) о=0,95 по формуле для резкого сужения

Суммарные потери в линии редуцирования

3.3 Подбор регулятора давления

1) Определяем перепад давления на РД

2) Определяем коэффициент пропускной способности

, то режим докритический, тогда (рис.4).

Рисунок 4 - Значения в зависимости от

Принимаем РД-80-64 с (табл.3).

Таблица 3

Тип регулятора	Коэффициент	Тип регулятора	Коэффициент
РД-20-5	0,52	РДУК-2-50/35	27
РД-25-6,5	0,9	РДУК-2-100/50	38
РД-32-5	0,52	РДУК-2-100/70	108
РД-32-6,5	0,9	РДУК-2-200/105	200
РД-32-9,5	1,9	РДУК-2-200/140	300
РД-50-13	3,7	РД-80-64	66



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное курсовое проектирование было направлено на формирование у студента исследовательского подхода к изучению газовой промышленности, овладение навыками работы с документацией, осуществление простейших инженерных расчетов.

На основании проведенных расчетов были определены необходимые диаметры газовой сети, выполнена проверка заданных перепадов давлений, а также подобраны оборудования ГРП.

Подводя итоги, можно отметить, что расширение использования газа в России рассматривается как фактор изменения структуры энергетики, повышения ее экономической и социальной эффективности, улучшения экологической обстановки. За счет расширения экспорта газа, радикального изменения условий сельской жизни станет возможным реализовать широкий комплекс мер по интенсификации народного хозяйства. Достижение этих целей предполагает эффективное взаимодействие предприятий газовой отрасли с поставщиками труб и оборудования, потребителями газа, производителями газосберегающего оборудования, проектными организациями.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУР

1 Муфтахов, Е. М. Методические указания по дисциплине «Проектирование и эксплуатация газохранилищ и газовых сетей» / Е. М. Муфтахов, А. И. Гольянов // Газоснабжение. - 2002. - С. 3-13.

2 Особенности газовой промышленности России и перспективы ее развития [Электронный ресурс]. - URL: http://vestnik.osu.ru/2008_8/5.pdf (дата обращения 20.11.15)

Размещено на Allbest.ru

...