Вопрос № 10. Эффективность использования газового топлива. Системы газораспределения городов и населенных пунктов.

В небольших городах прокладывают газовую сеть низкого давления. В больших городах, где имеется газовая сеть высокого давления, газ из этой сети последовательно поступает в сеть среднего давления, откуда направляется в районные или квартальные регулятор-иые станции, которые снижают давление газа до 300 мм вод. ст. и ниже и направляют газ в сеть низкого давления.

Городская сеть газопроводов бывает тупиковая, когда потребители снабжаются газом лишь с одной стороны, и кольцевая, когда потребители снабжаются газом с двух сторон по замкнутому кольцу. Недостаток тупиковой сети состоит в том, что при капитальном ремонте какой-либо части газопровода приходится отключать значительные участки сети и снабжение газом потребителей прекращается. Этого нет при кольцевой схеме сети, когда выключается какой-либо участок между двумя задвижками, так как остальные потребители снабжаются газом с двух сторон. При кольцевой схеме легче поддерживать постоянное давление газа, чем при тупиковой, в которой давление газа в конце участка падает, ввиду того что газ разбирают по пути.

Вопрос № 11. Устройство газопроводов. Классификация. Газораспределительная сеть - технологический комплекс газораспределительной системы, состоящий из наружных газопроводов поселений (городских, сельских и других поселений), включая межпоселковые, от выходного отключающего устройства газораспределительной станции (ГРС), или иного источника газа, до вводного газопровода к объекту газопотребления. В газораспределительную сеть входят сооружения на газопроводах, средства электрохимической защиты, газорегуляторные пункты (ГРП, ГРПБ), шкафные регуляторные пункты (ШРП), система автоматизированного управления технологическим процессом распределения газа (АСУ ТП РГ).

Газовые сети классифицируют следующим образом:

1. По виду транспортируемого газа (газовые сети природного газа, попутного нефтяного газа, искусственного газа, сжиженного газа).

2. По местоположению относительно земли (подземные (подводные), надземные).

3. По расположению в системе планирования населенных пунктов и промышленных предприятий (наружные(межпоселковые, межцеховые, дворовые, квартальные, уличные) и внутренние (внутрицеховые, домовые)).

4. По назначению (городские магистральные, распределительные, газопровод-ввод, импульсные, продувочные).

5. По принципу построения (кольцевые, тупиковые, смешанные).

6. По материалу труб:

- металлические (стальные, медные);

- неметаллические (пластмассовые, асбестоцементные и т.д.)

7. По давлению газа:

- газопроводы высокого давления:

Iкатегории - Р_раб = 0,6 - 1,2 МПа (6 - 12 атм)

II категории - Р_раб = 0,3 – 0,6 МПа (3 - 6 атм)

- газопроводы среднего давления: Р_раб = 0,005 – 0,3 МПа

- газопроводы низкого давления: Р_раб = менее 0,005 МПа.

Магистральные газопроводы по давлению газа классифицируют:

Iкласс – Р_раб = 2,5 - 10 МПа

II класс - Р_раб = 1,2 – 2,5 МПа

Вопрос № 12. Арматура газопроводов: устройство, назначение, принцип работы.

12 Арматурные устройства в зависимости от назначения называются:
- запорными — предназначенными для герметичного разъединения
- частей трубопровода или аппарата;
- дроссельными — предназначенными для точного регулирования площади прохода — гидравлического сопротивления.

Классификация арматуры. Согласно действующему ГОСТ 356-80, арматура и соединительные части трубопроводов характеризуются условным, пробным и рабочим давлением. В ­зависимости от условного давления арматуру можно разделить на три основные группы:
- низкого давления (ру — до 1,0 МПа);
- среднего давления (ру = 1,6÷6,4 МПа);
- высокого давления (ру = 6,4÷40,0 МПа).

Условное давление — параметр, гарантирующий прочность арматуры и учитывающий как рабочее давление, так и рабочую температуру. Условное давление соответствует допустимому для данного изделия рабочему давлению при нормальной температуре — при повышении температуры свойства конструкционных материалов ухудшаются. Давления, указываемые для арматуры, всегда являются избыточными (оговариваются только абсолютные). Рабочая температура — предельная длительная температура рабочей среды без учета кратковременных повышений, допускаемых техническими условиями. Допускается превышение фактического рабочего давления над указанным в стандарте или каталоге на 5%.
При выборе материала арматуры для газоснабжения следует учитывать условия эксплуатации, т. е. давление газа и температуру в соответствии с данными табл. 5.14.
Основной размерный ряд арматуры — диаметр условного прохода Dy — номинальный внутренний диаметр трубопровода, на котором устанавливают данную арматуру. Различные типы арматуры при одном и том же условном проходе могут иметь разные проходные сечения. Не следует путать условный проход с проходным сечением в арматуре, в то же время условный проход арматуры не совпадает и с фактическим проходным диаметром трубопровода.

В зависимости от назначения трубопроводная арматура подразделяется на следующие классы:
I — запорная, предназначенная для полного перекрытия потока среды;
II — регулирующая, управляющая давлением или расходом среды путем изменения проходного сечения;
III — предохранительная, обеспечивающая частичный выпуск среды в случае необходимости или полное прекращение ее подачи для предотвращения повышения давления, угрожающего прочности системы, а также предотвращающая недопустимый по технологическим соображениям обратный поток среды;
IV — резервуарная, контрольная и прочая арматура различного назначения.

Каждый класс по принципу действия подразделяется на две группы (табл. 5.15), а классы и группы делятся по типам арматуры (табл. 5.16). Кроме того, арматура каждого типа имеет дополнительные характеристики по назначению и конструктивному исполнению.

Способы присоединения арматуры. Основные способы — фланцевое, муфтовое, цапфовое, сварное (неразъемное). Чаще применяется фланцевая арматура, преимущества которой очевидны: возможность многократного монтажа и демонтажа на трубопроводе, надежность герметизации стыков и возможность их подтяжки, большая прочность и пригодность для широкого диапазона давлений и проходов. К недостаткам относятся возможность ослабления затяжки и потеря герметичности, сравнительная трудоемкость сборки и разборки, большие размеры и масса.

Для малой литой арматуры с условными проходами до 50 мм (особенно чугунной) часто применяются муфтовые соединения, основная сфера применения которых — арматура низких и средних давлений.
Для малой арматуры высоких давлений, изготовленной из поковок или проката, применяется цапфовое соединение с наружной резьбой под накидную гайку.

Сварные соединения обеспечивают абсолютную долговременную герметичность соединения, снижение общей массы арматуры и трубопровода. Недостаток сварных соединений — сложность демонтажа и замены арматуры.
Распространенные типы запорной арматуры. В зависимости от характера перемещения запорных элементов запорная арматура делится на следующие типы (см. табл. 5.17):
- задвижки;
- краны;
- клапаны;
- затворы поворотные.

Задвижки — запорные устройства, перекрывающие проход перемещением затвора в направлении, перпендикулярном к движению потока транспортируемой среды. В сравнении с другими видами запорной арматуры задвижки обладают следующими преимуществами:
- незначительным гидравлическим сопротивлением при полностью ­открытом проходе;
- отсутствием поворотов потоков;
- возможность применения для перекрытия
- потоков среды большой вязкости;
- простотой обслуживания;
- возможностью подачи среды в любом направлении.

К недостаткам, общим для всех конструкций задвижек, относятся:
- невозможность использования для сред с кристаллическими включениями;
- небольшой допускаемый перепад давления на затворе (в сравнении с вентилями);
- невысокая скорость срабатывания затвора;
- возможность получения гидравлического удара в конце хода;
- большая высота;
- трудности ремонта изношенных ­уплотнительных поверхностей при эксплуатации;
- невозможность применения постоянной смазки уплотняющих поверхностей седла и затворов.

При закрывании задвижек запорный элемент не встречает заметного противодействия среды, так как движется перпендикулярно потоку, то есть необходимо преодолеть только трение. Площадь уплотнительных поверхностей задвижек невелика, и благодаря этому задвижки обеспечивают надежную герметичность.

Разнообразные конструкции задвижек можно в общем случае разделить на два типа: клиновые и параллельные. В свою очередь клиновые задвижки подразделяются на задвижки с цельным, упругим и составным клинами, а параллельные — на однодисковые (шиберные) и двухдисковые. В задвижках, предназначенных для работы при высоких перепадах давления на затворе, для уменьшения усилий открывания/закрывания полная площадь прохода выполняется меньшей, чем площадь сечения входных патрубков (суженый проход).

В зависимости от конструкции систем «винт-ходовая гайка» различа­ютcя задвижки с выдвижным и с невыдвижным шпинделем. Последние должны иметь указатели степени открытия.

Затвор клиновых задвижек имеет вид плоского клина, а седла или уплотнительные поверхности, параллельные уплотнительным поверхностям затвора, расположены под углом к направлению перемещения затвора. Такая конструкция обеспечивает герметичность прохода в закрытом положении и незначительность усилия уплотнения.
В параллельных задвижках уплотнительные поверхности параллельны друг другу и расположены перпендикулярно к направлению потока рабочей среды. Преимуществами задвижек этой конструкции являются простота изготовления затвора (диска или шибера), простота сборки и ремонта и отсутствие заеданий затвора в закрытом положении. Но параллельные задвижки требуют значительных усилий закрывания/открывание и характеризуются сильным износом уплотнительных поверхностей.
Большинство задвижек можно устанавливать на горизонтальных и вертикальных газопроводах в любом положении, кроме положения шпинделем вниз. Положение задвижек с пневматическим и электрическим приводом регламентируется особо.
Краны — запорные устройства, в которых подвижная деталь затвора (пробка) имеет форму тела вращения с отверстием для пропуска потока и при перекрытии потока вращается вокруг своей оси.
В зависимости от формы уплотнительных поверхностей затвора краны подразделяются на три типа: конические, цилиндрические (для газового оборудования не применяются) и шаровые (со сферическим затвором). Кроме того, конструкция кранов может варьироваться по другим параметрам, например, по способу создания давления на уплотнительных поверхностях, по форме проходного окна, по числу проходов, по типу управления и привода, по конструкционным материалам и т.д.

Конусность пробки (корпуса) конических кранов задается в зависимости от антифрикционных свойств применяемых материалов и равна 1:6 или 1:7. По способу создания удельного давления между корпусом и пробкой для обеспечения требуемой герметичности в затворе краны с коническим затвором подразделяются на следующие типы: натяжные, сальниковые со смазкой и с прижимом пробки.

В группу натяжных кранов входят широко распространенные муфтовые краны с резьбовой затяжкой, простые по конструкции и удобные в регулировке усилия затяжки. Сальниковые краны характерны тем, что необходимые для герметичности удельные давления на конических уплотнительных поверхностях корпуса и пробки создаются при затяжке сальника. Усилие затяжки передается на пробку, прижимая ее к седлу. Сальниковые краны со смазкой применяются для снижения усилий управления при средних и больших диаметрах условного прохода, удельных давлений на уплотнительных поверхностях и предотвращения задирания контактирующих поверхностей.

Широкое распространение получили шаровые краны, обладающие всеми преимуществами конических (простотой конструкции, прямоточностью и низким гидравлическим сопротивлением, постоянством взаимного контакта уплотнительных поверхностей), в то же время выгодно отличающимися:
- меньшими габаритами;
- повышенной прочностью и жесткостью;
- повышенным уровнем герметичности, обусловленным конструкцией (поверхность контакта уплотнительных поверхностей корпуса и пробки полностью окружает проход и герметизирует затвор крана);
- меньшей трудоемкостью изготовления (отсутствие трудоемкой механической обработки и притирки уплотнительных поверхностей корпуса и пробки).

Шаровые краны, несмотря на разнообразие конструкций, можно разделить на два основных типа: краны с плавающей пробкой и краны с плавающими кольцами.

Клапаны — запорная трубопроводная арматура с поступательным перемещением затвора в направлении, совпадающем с направлением потока транспортируемой среды. Перемещение затвора осуществляется ввинчиванием шпинделя в ходовую гайку. В основном клапаны предназначены для перекрывания потоков, но часто на их основе создаются дросселирующие устройства с любыми расходными характеристиками.

По сравнению с другими видами запорной арматуры клапаны обладают следующими преимуществами:
возможностью работы при высоких перепадах давлений на золотнике и при больших рабочих давлениях;
- простотой конструкции, обслуживания и ремонта;
- малым ходом золотника (по сравнению с задвижками), необходимым для перекрытия прохода (обычно не более 1/4Dу);
- небольшими габаритными размерами и массой;
- герметичностью перекрытия прохода;
- возможностью использования в качестве регулирующего органа и установки на трубопроводе в любом положении (вертикальном/горизонтальном);
- безопасностью относительно возникновения гидравлического удара.

Для перекрытия потока в трубопроводах с малым условным проходом и высокими перепадами давлений клапаны — единственный приемлемый вид запорной арматуры. Преимущество клапанов перед задвижками еще и в том, что в них уплотнение золотника легко может быть выполнено из резины или пластмассы, при этом усилие герметизации значительно снижается, а коррозионная стойкость уплотнения — повышается. К общим недостаткам клапанов относятся:
- высокое гидравлическое сопротивление;
- невозможность их применения на потоках сильнозагрязненных сред;
- большая строительная длина (по сравнению с задвижками и дисковыми затворами);
- подача среды только в одном направлении, заданном конструкцией вентиля;
- сравнительно высокая стоимость.

Однако для управления потоками с высокими рабочими давлениями, а также низкими или высокими температурами рабочей среды клапанам нет альтернатив.

Классификация многочисленных конструкций клапанов может быть проведена по нескольким признакам:
- по конструкции — проходные, угловые, прямоточные и смесительные вентили;
- по назначению — запорные, запорно-регулирующие и специальные;
- по конструкции дроссельных устройств — с профилированными золотниками и игольчатые;
- по конструкции затворов — тарельчатые и диафрагмовые;
- по способу уплотнения шпинделя — сальниковые и сильфонные.

Характеристики клапанов, применяемых в системах газоснабжения, приведены в табл. 5.15.

Выбор арматуры. При ­проектировании и строительстве систем газоснабжения, а также при газооборудовании агрегатов и аппаратов на промышленных и коммунально-бытовых предприятиях выбор арматуры определяется проектной организацией с учетом физико-химических свойств, давления и температуры рабочей среды и окружающего воздуха, а также требований действующих технических нормативных документов.

Конструкция и материалы применяемой арматуры должны обеспечивать надежную и безопасную эксплуатацию систем при заданных параметрах с учетом взрыво- и пожароопасности горючих газов. Электрооборудование приводов и других элементов трубопроводной арматуры должно отвечать требованиям взрывобезопасности, указанным в Правилах Устройства электроустановок (ПУЭ).

Основные требования, предъявляемые к запорной арматуре, устанавливаемой на газопроводах:
- прочность и герметичность отключения независимо от направления движения газов, отвечающие требованиям ГОСТ 9544-2005;
- коррозионная стойкость;
- взрывобезопасность;
- надежность работы в эксплуатации и простота обслуживания;
- быстрота закрывания и открывания;
- минимальное гидравлическое сопротивление проходу газа;
- возможность регулирования прохода газа;
- небольшая строительная длина;
- небольшие масса и габаритные размеры.

Прочность арматуры определяется в основном рабочим давлением и температурой, которые могут иметь любые значения в широком диапазоне. При выборе арматуры для газопроводов следует учитывать следующие свойства металлов:
- Газы мало или не воздействуют на черные металлы, поэтому арматура может быть стальной и чугунной. При этом следует учитывать, что из-за недостаточно высоких механических свойств чугунная арматура может применяться при давлениях не более 1,6 МПа. При использовании чугунной арматуры важно исключить условия, при которых ее фланцы работали бы на изгиб.
- Техническими нормамим ограничено применение чугунной арматуры во взрывоопасных условиях;
- Газы, содержащие значительные количества сероводорода (более 2 г на 100 м³), достаточно активно воздействуют на бронзу и другие медные сплавы, поэтому не рекомендуется использовать арматуру с бронзовыми уплотнительными поверхностями (кольцами). Также следует иметь в виду, когда уплотнительные поверхности седла и затвора проточены на соответствующих деталях из черных металлов (т.е. без вставных колец из нержавеющей стали и цветных металлов), эти поверхности подвержены быстрому износу в рабочих условиях и коррозии при складском хранении;
- Нержавеющие стали стойки в среде газа и при складском хранении. Для ответственной арматуры можно рекомендовать вставные уплотнительные кольца из нержавеющей стали;
- Уплотнительные кольца из баббита могут применяться для горючих газов для арматуры клапанного типа, эксплуатируемой при невысоких температурах;
- Уплотнительные кольца из резины применяются в арматуре клапанного типа лишь при температурах до 50°С и давлении до 1,0 МПа;

При хранении и транспортировке горючих газов требуется минимальная теплоемкость арматуры, чтобы при ее включении время охлаждения до температуры жидкости было возможно малым. Корпус арматуры должен иметь небольшую металлоемкость при достаточно высокой прочности.

При хранении, монтаже и эксплуатации трубопроводной арматуры необходимо выполнять следующие требования:
- перед установкой арматуры трубопровод должен быть тщательно очищен и, песка и окалины;
- арматура с указанием направления движения среды (стрелка на корпусе), устанавливается на трубопроводе только соответствующим образом;
- при монтаже фланцевой арматуры необходимо, чтобы фланцы и отверстия болты совпадали с отверстиями на фланцах арматуры; затягивать болты равномерно и нормальным гаечным ключом;
- место установки арматуры должно быть освещено, а проходы между арматурой и строительными конструкциями — соответствовать нормам обеспечения безопасного обслуживания и осмотра;
- при гидравлическом испытании трубопровода на прочность затворы арматуры должны быть полностью открыты;
- запрещается использовать запорную арматуру в качестве регулирующей или дросселирующей;
- запрещается при закрывании и открывании арматуры применять добавочные рычаги;
- наружную резьбу шпинделей необходимо смазывать не реже 1 раза в месяц;
- хранить арматуру на складе в упаковке завода-изготовителя или в неупакованном виде (обязательно с заглушками) на стеллажах в сухом помещении. При длительном хранении каждые полгода необходимо менять смазку на обработанных поверхностях изделий и удалять обнаруженную грязь или ржавчину;
- использовать арматуру строго по назначению в соответствии с указаниями в техническом паспорте, технических условиях, стандартах или в особых условиях заказа;
- запрещается производить работы по устранению дефектов и перебивать сальник при наличии давления в газопроводе;
- сальниковые болты и шпильки подтягивать равномерно во избежание перекосов;
- при обнаружении неустранимых неплотностей в прокладках (между корпусом и крышкой) и в затворах арматуру необходимо снять с газопровода, разобрать и тщательно осмотреть. Дефекты на уплотнительных поверхностях необходимо устранить приточкой или притиркой, если возможность подобного ремонта предусмотрена конструкцией;
- арматура, предназначенная для ответственных установок, находящихся в эксплуатации, резерве или ремонте, принимается на учет и регистрируется в специальном журнале с указанием времени установки, производственного осмотра и ремонта, вида ремонта и состояния после него;
- обслуживающий персонал, проводящий работы по консервации и расконсервации арматуры, должен иметь индивидуальные средства защиты и соблюдать требования противопожарной безопасности.

Арматура общего назначения перед установкой подвергается следующим испытаниям:
- краны — на прочность и плотность материала деталей водой или воздух давлением 0,2 МПа; на герметичность затвора, сальниковых и прокладочных уплотнений — воздухом давлением, равным 1,25 рабочего. Краны, рассчитанные на рабочее давление не менее 0,04 МПа, должны испытываться давлением 0,05 МПа;
- задвижки — на прочность и плотность материала водой давлением 0,2 МПа, а также дополнительно — на плотность воздухом давлением 0,1 МПа; на герметичность затвора — заливкой керосина, при этом результаты испытаний должны соответствовать требованиям для арматуры соответствующего класса герметичности.

Арматуру общего назначения, устанавливаемую на газопроводах среднего и высокого давления, испытывают следующим образом:
- краны — на прочность и плотность материала водой давлением, равным 1,5 максимального рабочего, но не менее 0,3 МПа; на герметичность затвора, прокладочных и сальниковых уплотнений — воздухом давлением, равным 1,25 максимального рабочего;
задвижки и вентили на прочность и плотность материала — водой давлением, равным 1,5 максимального рабочего, но не менее 0,3 МПа с дополнительным испытанием на плотность воздухом, с одновременной проверкой герметичности сальниковых и прокладочных уплотнений; на герметичность затвора — заливкой керосина. При этом результаты испытаний должны соответствовать требованиям для арматуры соответствующего класса герметичности.

Испытания арматуры проводятся при постоянном давлении в течение времени, необходимого для тщательного ее осмотра, но не менее 1 мин. «Потение» металла, а также пропуск среды через него, сальниковые и прокладочные уплотнения, не допускаются.
Устройства защиты частей газопроводов и арматуры от повреждений. К таким узлам относятся коверы, люки, муфты, компенсаторы и футляры. Коверы защищают устройства газопроводов, выходящие на поверхность земли — краны, пробки, трубки сборников конденсата, гидрозатворов, контрольных проводников, — от механических повреждений. Традиционно коверы и люки изготовливаются с чугунными литыми корпусами и откидными крышками, но в последнее время все чаще применяются и другие материалы. Для предотвращения просадки коверы и люки устанавливаются на бетонные подушки с легкой армировкой. Предохранительные муфты из двух свариваемых полумуфт устанавливают с целью повышения эксплуатационной надежности газопроводов высокого и среднего давления при неуверенности в сварных швах или их небезупречности.

В состав ГРП (ГРУ, КРП) входят:
- фильтр-очиститель;
- регулятор давления;
- предохранительные, запорные и сбросные устройства;
- запорная арматура;
- КИП;
- узел измерения расхода газа (счетчик или измерительная диафрагма).

Газ начального давления через задвижку поступает в фильтр, где очищается от механических примесей. Очищенный газ проходит через предохранительный запорный клапан, предназначенный для отключения подачи газа при аварийном отклонении (по максимуму и минимуму) выходного давления. Далее газ попадает в регулятор давления, главный узел любого газорегуляторного блока. Он снижает давление газа до заданного и автоматически поддерживает его независимо от изменения расхода газа. Регулятор давления и предохранительный запорный клапан через импульсную систему трубопроводов соединены с газопроводом выходного давления.

Регулирующая линия ГРП имеет обводной газопровод (байпас). При выходе из строя какого-либо прибора регулирующей линии или при проведении ремонтно-профилактических работ закрываются задвижки до фильтра и после регулятора, то есть ГРП переводится на байпасную линию, на которой установлены два запорных клапана: первое работает в дроссельном режиме, воспринимая на себя основной перепад давления, а второе — в режиме клапана, поддерживающего постоянное заданное выходное давление.

Предохранительное сбросное устройство предназначено для снижения выходного давления газа после регулятора стравливанием части газа в атмосферу. Оно должно настраиваться на давление, меньшее максимального давления отсечки запорного клапана. При резком падении расхода газа (вызванного, например, отключением части газопотребляющих агрегатов) регулятор не сразу восстанавливает заданное давление, и давление газа в системе газоснабжения после регулятора кратковременно повышается. Сбросной клапан и снимает его.