Системы газораспределения городов

  Газопроводы, прокладываемые в городах и населенных пунктах, классифицируют по следующим показателям.
  По виду транспортируемого газа: природного, попутного нефтяного, сжиженного углеводородного, искусственного, смешанного.
  По давлению газа: низкого, среднего, высокого.
  По местоположению относительно земли: подземные (подводные), надземные (надводные).
  По назначению в системе газораспределения: городские магистральные, распределительные, вводы, вводные газопроводы (ввод в здание), импульсные, продувочные.
  По расположению в системе планировки городов и населенных пунктов: наружные, внутренние.
  По принципу построения (распределительные газопроводы): закольцованные, тупиковые, смешанные.
  По материалу труб: металлические, неметаллические.
  В зависимости от максимального рабочего давления газа газопроводы делят на газопроводы низкого давления - до 5000 Па; среднего давления - свыше 0,005 до 0,3 МПа; высокого давления - свыше 0,3 до 1,2 МПа.
  На территории городов и населенных пунктов все газопроводы, как правило, укладывают в грунте. На территории промышленных и коммунальных предприятий рекомендуется надземная прокладка газопроводов.
  Газопроводы низкого давления предназначаются для подачи газа жилым и общественным зданиям, а также коммунально-бытовым потребителям.
  Газопроводы среднего давления служат для питания распределительных газопроводов низкого давления через ГРП, а также подают газ в газопроводы промышленных и коммунально-бытовых предприятий (через местные ГРП и установки).
  По газопроводам высокого давления поступает газ для городских ГРП, местных ГРП крупных предприятий, а также предприятий, технологические процессы которых требуют применения газа высокого давления (до 1,2 МПа). Газопроводы различных давлений связаны между собой через ГРП.
  Система газоснабжения должна обеспечивать бесперебойную подачу газа всем потребителям, быть простой, удобной и безопасной в обслуживании, предусматривать возможность отключения отдельных ее элементов для производства аварийных и ремонтных работ.
  По числу ступеней давления, применяемых в газовых сетях, системы газоснабжения подразделяют на: одноступенчатые с подачей различным потребителям газа только по газопроводам одного давления; двухступенчатые с подачей потребителям по газопроводам газа двух давлений: среднего и низкого, высокого и низкого, высокого и среднего; трехступенчатые с подачей потребителям по газопроводам газа трех давлений: низкого, среднего и высокого (до 0,6 МПа); многоступенчатые с подачей потребителям по газопроводам газа низкого, среднего и высокого (до 0,6 и до 1,2 МПа) давлений.
  Рассмотрим принципиальную схему газоснабжения крупного города. Источник газоснабжения - магистральный газопровод, который подает газ на ГРС. На выходе из ГРС давление газа снижается до 2 МПа, и он направляется в газопровод высокого давления, выполненный в виде кольца, который окружает город. К этому газопроводу через контрольно-регуляторный пункт (КРП) присоединено подземное хранилище газа. Подземное хранилище газа, КРП, ГРС и газопроводы высокого давления относятся к системе магистральных газопроводов.
  Городские газовые сети начинаются с газопроводов высокого давления, которые снабжаются газом от ГРС и КРП.
  Все городские сети различных давлений связаны между собой через ГРП. Если подземное хранилище газа предназначено для выравнивания сезонной неравномерности потребления газа, то для выравнивания суточного графика потребления газа служат газгольдерные станции. Расположенные в городе крупные потребители газа (промышленные предприятия, электростанции, отопительные котельные) питаются газом от сетей высокого и среднего давлений. Жилые дома, коммунально-бытовые предприятия присоединяют к сетям низкого давления.
  Для каждого города проектная организация разрабатывает проект его газоснабжения, в котором учитываются такие показатели, как надежность, безопасность, технологичность и экономичность. В проекте учитываются плотность застройки города, характер планировки отдельных его частей, размещение потребителей газа, насыщенность уличных проездов различными подземными коммуникациями, геологические и климатические условия.
  Системы газоснабжения городов и населенных пунктов могут быть тупиковыми, кольцевыми и смешанными.
  Тупиковые газопроводы разветвляются по различным направлениям к потребителям газа. Недостаток этой схемы - различная величина давления газа у отдельных потребителей. Причем по мере удаления от источника газоснабжения или ГРП давление газа падает. Питание газом этих сетей происходит только в одном направлении, поэтому возникают затруднения при ремонтных работах. Эти схемы применяют для внутриквартирных и дворовых газопроводов в небольших населенных пунктах, а также в начальный период газификации.
  Кольцевые сети представляют собой систему замкнутых газопроводов, благодаря чему достигается более равномерный режим давления газа у всех потребителей и облегчается проведение различных ремонтных и эксплуатационных работ. Положительное свойство кольцевых газовых сетей - это также и то, что при выходе из строя какого-либо ГРП нагрузку по снабжению потребителей газом принимают на себя другие ГРП. Смешанная система газоснабжения состоит из кольцевых газопроводов и присоединяемых к ним тупиковых газопроводов.
  В настоящее время города и населенные пункты газифицируют по кольцевой и смешанной системам.

Добыча и транспортирование газа по магистральным газопроводам

  Природный газ добывают на газовых промыслах, которые состоят из эксплуатационных скважин, промысловых газосборных сетей и головных сооружений подготовки газа к дальнейшему транспортированию.
  Скважины бурят быстровращающимися бурами (долотами). Получили распространение шарошечные долота, которые напоминают зубчатые колеса. Шарошки, вращаясь вокруг своих осей, дробят и разрушают породу.
  При роторном бурении скважин долото крепится к бурильным трубам. По бурильным трубам с помощью насоса нагнетается промывочный глинистый раствор, который через специальные отверстия в долоте направляется в забой скважины, откуда по зазору между бурильными трубами и стенками скважины поднимается на поверхность, вынося с собой из забоя частицы разрушенной породы. Промывочный раствор, заполняя скважину, герметизирует ее, предохраняя от выброса газа, а глина, входящая в состав раствора, укрепляет стенки скважины.
  При турбинном бурении буров двигатель (турбобур) опускается в скважину и крепится непосредственно над долотом на бурильных трубах. Под действием промывочного раствора, который под большим давлением подается по бурильным трубам, турбобур вращается. В процессе бурения бурильные трубы неподвижны, вращаются только вал турбобура и долото. У промывочного раствора появляется дополнительная и очень важная функция - носителя энергии.
  Оборудование скважины состоит из надземной и подземной частей. Подземная часть состоит из забоя, колонн обсадных и фонтанных труб. Надземная часть представляет собой обвязку устья скважины комплектом запорной арматуры. Колонна обсадных труб предохраняет ствол скважины от обвалов породы и проникновения пластовых вод. Зазор между наружными стенками обсадных труб и породой пласта уплотняется цементным раствором. Нижняя часть обсадной колонны опирается на цементный башмак.
  Устройство забоя скважины зависит от характера пород, из которых сложен продуктивный пласт. Если продуктивный пласт состоит из крепких пород, то нижнюю часть колонны обсадных труб размещают над кровлей продуктивного пласта, и газ поступает в скважину через открытый забой. Если продуктивный пласт состоит из рыхлых пород, то обсадную колонну пропускают через весь продуктивный пласт, а нижнюю часть колонны перфорируют - в ней устраивают отверстия для доступа газа в скважину.
  При подаче газа на поверхность по стволу скважины возникают большие потери давления. Чтобы уменьшить эти потери, увеличивают диаметры фонтанных труб или ведут добычу газа по обсадной колонне: колонну фонтанных труб с фильтром опускают до забоя таким образом, чтобы отверстия фильтра находились напротив продуктивного пласта.
  После окончания бурения газовая скважина обычно заполнена глинистым раствором. Перед отбором газа глинистый раствор заменяют водой, вследствие понижения давления столба жидкости происходит приток газа из пласта в забой скважины.
  Подают природный газ от газовых скважин до мест его потребления по магистральным газопроводам. Магистральный газопровод представляет собой сложное сооружение, состоящее из газопроводов, установок по очистке и осушке газа, компрессорный и газораспределительных станций и одоризационных установок.
  Газ из скважин поступает в сепараторы, где от него отделяются различные механические и жидкие примеси. Далее по промысловым газопроводам газ поступает в коллекторы и промысловые газораспределительные станции. Здесь газ снова очищается в масляных пылеуловителях, осушается и одорируется.
  После такой подготовки газ направляют в магистральный газопровод. Для преодоления сил трения и местных сопротивлений в газопроводе и поддержания в нем давления на заданном уровне на трассе газопровода сооружают компрессорные станции. На магистральном трубопроводе для облегчения ремонтных работ устанавливают запорную арматуру.
  Для транспортирования больших количеств газа по магистральным газопроводам используют трубы диаметром 1220 и 1420 мм, повышают рабочее давление до 7,5 МПа (75 кгс/см. кв.), прокладывают газопроводы в две нити и более.
  Режим работы магистрального газопровода предусматривает равномерную подачу газа от газовых промыслов до потребителей газа. Однако потребность в газовом топливе для многих потребителей неравномерна: летом потребность в газе уменьшается, а зимой - возрастает. Для выравнивания сезонной неравномерности потребления газа строят подземные хранилища газа или подключают к газопроводу потребителей, которым в летнее время можно подавать излишки газа, например электростанции. Таких потребителей называют буферными.
  На подходе к городу сооружают ГРС, из которых газ после замера его количества и снижения давления подается в распределительные сети города. Газораспределительная станция - конечный участок магистрального газопровода и является как бы границей между городскими и магистральными газопроводами.

Автоматизация процессов сжигания газа

  Свойства газового топлива и современные конструкции газовых горелок создают благоприятные условия для автоматизации процессов сжигания газа. Автоматическое регулирование процесса горения повышает надежность и безопасность эксплуатации газоиспользующих агрегатов и обеспечивает их работу в соответствии с наиболее оптимальным режимом.
  В существующих газоиспользующих установках применяют системы частичной или комплексной автоматизации.
  Современная комплексная газовая автоматика состоит из следующих основных систем: автоматики регулирования, автоматики безопасности, аварийной сигнализации, теплотехнического контроля.
  Автоматика регулирования бытовых, коммунальных и промышленных газовых приборов и агрегатов предназначена для управления и регулирования процесса горения газа таким образом, чтобы газовые приборы и агрегаты работали на заданном режиме и обеспечивали оптимальный режим горения газа. Так, у емкостных водонагревателей поддерживается постоянная температура воды в баке, у паровых котлов - постоянное давление пара, у отопительных водогрейных котлов - температура воды в котле.
  Автоматика безопасности прекращает подачу газа к горелкам газоиспользующих установок при нарушениях режима работы. При этом контролируются наиболее важные параметры:

• наличие пламени в топке. При отсутствии пламени в топке подача газа на горелку немедленно прекращается;
• давление газа на подводящем газопроводе. При изменении давления газа против установленного минимального и максимального значений подача газа прекращается;
• разрежение в топке. При понижении разрежения в топке до минимально допустимого подача газа прекращается;
• давление воздуха (при наличии соответствующих горелок). При падении давления воздуха до минимально допустимого подача газа прекращается;
• температура воды в котле. Если температура воды превышает допустимую норму, то подача газа прекращается;
• давление пара в котле. При повышении давления пара сверх установленного подача газа прекращается.

  При отключении агрегатов подаются звуковой и световой сигналы. Контролируют также загазованность помещений, где установлены газовые приборы и агрегаты.
  Приборы контроля и сигнализации дают возможность устанавливать дистанционное управление газоиспользующих установок.
  Приборы теплотехнического контроля помогают обслуживающему персоналу вести технологический процесс в оптимальном режиме.
  Степень автоматизации газоиспользующего агрегата зависит от конкретных условий его эксплуатации.

Блочные газовые горелки БГ-Г

  Предназначены для использования в камерах сгорания тепловых агрегатов различного назначения (паровые и водогрейные котлы, печи, асфальтосмесительные установки и т.д.).
  В качестве топлива в горелках используют природный газ.
  Во входной части корпуса расположен воздухозаборник, в котором на оси установлена воздушная заслонка с приводом. Привод воздушной заслонки состоит из электромагнита и система рычагов, связанных с осью заслонки. К корпусу крепится электродвигатель, на вал которого насажен центробежный вентилятор.
  К фланцу корпуса крепится смеситель, внутри которого установлен газовый насадок с завихрителем и электродами. К торцу смесителя крепится горловина.
  Для доступа к газовому насадку и подводящим высоковольтным проводам электродов смеситель при помощи двух быстросъемных пальцев может откидываться в одну или другую сторону.
  Газовый насадок соединен с газовой разводкой, на которой установлена в зависимости от типоразмера горелки необходимая газовая арматура. Места соединений газового насадка с газовой разводкой и газовой разводки со смесителем горелки уплотнены уплотнительным кольцом и прокладкой.
  Управляют работу горелки с пульта управления, который крепится к корпусу с помощью кронштейна.
  Воздух в горелку подается электровентилятором. Количество воздуха, поступающего в зону горения, регулируют воздушной заслонкой.
  При номинальной тепловой мощности горелки электромагнит обесточен и воздушная заслонка открыта (положение 0 на лимбе воздухосборника). В режиме "малый огонь" на электромагнит подается питание, он срабатывает, и воздушная заслонка, поворачиваясь на оси, перекрывает воздухосборник (положение 3 на лимбе воздухосборника).
  Газ поступает по газовой разводке в газовый насадок и через его газораздающие отверстия попадает в поток воздуха,закрученный завихрителем. Количество газа, подаваемого на горение, регулируют электромагнитными вентилями.
  Газовоздушная смесь поджигается искрой, возникающей между запальным электродом и газовым насадком при подаче тока высокого напряжения от импульсного генератора.
  Давление газа перед горелкой контролируют датчиком-реле, а давление воздуха для горения - датчиком-реле. Наличие пламени контролируют блоком контроля пламени, расположенным в пульте управления и получающим импульс от датчика контроля пламени. Для наблюдения за горением на корпусе горелки имеется смотровой глазок.
  Режим продувки. Включают электровентилятор, подающий воздух в горелку. Привод обесточен, заслонка полностью открыта, подается максимальное количество воздуха для обеспечения продувки. Электромагнитные вентили на газовой разводке обесточены, что препятствует подаче газа в горелку.
  Режим розжига. По окончании продувки горелка переходит в режим розжига: на привод подается питание, он поворачивает ось заслонки, уменьшая подачу воздуха для обеспечения розжига горелки. Одновременно включается клапан (на горелках БГ-Г-0,5 и БГ-Г-0,65 включаются два электромагнитных вентиля), подавая газ в горелку, и импульсный генератор, подавая высокое напряжение на запальный электрод. Искра, возникающая между газовым насадком и запальным электродом, поджигает газовоздушную смесь.
  Режим розжига горелки одновременно является режимом "малый огонь".
  Режим эксплуатации. При нормальном розжиге с появлением пламени и устойчивом горении дополнительно включается электромагнитный вентиль, отключается электромагнит, обеспечивая максимальное открытие воздушной заслонки. Горелка переходит в режим "большой огонь". Тепловую мощность регулируют с помощью регулятора температуры (для паровых котлов - давления пара, который при необходимости подает сигнал на пульт управления для изменения расхода газа и воздуха).
  Горелка работает в режиме нормальной эксплуатации с трехступенчатым регулированием тепловой мощности.
  Горелка БГ-Г-0,12 в зависимости от варианта изготовления работает в режиме трехступенчатого или двухступенчатого регулирования.