5. Назначение, размещение и основные требования, предъявляемые к грп. Принципиальные схемы грп. Принцип работы регуляторов давления. Подбор регуляторов давления

Основное назначение ГРП и ГРУ – снижение давления газа и поддержание его на заданном уровне независимо от изменения входного давления и расхода газа потребителями. ГРП и ГРУ оснащаются сложным технологическим оборудованием и отличаются в основном только расположением. ГРУ располагают непосредственно в помещениях, где находятся агрегаты, использующие газовое топливо (цехах, котельных). ГРП в зависимости от назначения и технической целесообразности размещают: в пристройках к зданиям; встраивая в одноэтажные производственные здания или котельные; в отдельно стоящих зданиях. В зависимости от места расположения технологического оборудования различают ГРП, газорегуляторные пункты блочные и газорегуляторные пункты шкафные. ГРП и ГРПБ различают входным давлением газа до 0,6МПа и входным давлением газа свыше 0,6 до 1,2МПа. ШРП различают входным давлением газа до 0,3МПа и входным давлением газа свыше 0,3 до 0,6МПа и свыше 0,6 до 1,2МПа. ГРП по назначению подразделяют на сетевые, которые обеспечивают подачу газа в распределительные сети низкого, среднего и высокого давлений, и объектовые, - служащие источниками газоснабжения для отдельных потребителей.

Здание ГРП должно быть одноэтажным, из материалов 1 и 2 степени огнестойкости. Пол выполняют из несгораемого и не дающего искру материала. Двери должны открываться наружу. Помещение должно освещаться естественным светом (через окна) и искусственным (электрическим). Проводку электрического освещения выполняют во взрывоопасном исполнении. Вентиляция помещения ГРП должны быть естественной и обеспечивать трехкратный воздухообмен в 1 час. Приток осуществляется через жалюзийную решетку, а вытяжка – через дефлектор в перекрытии помещения. Помещение ГРП можно отапливать водяными или паровыми системами от котельной или от АГВ и других котлов, расположенных в пристройке. Отопление должно обеспечить температуру в помещении ГРП не ниже 5*С. если ГРП не попадает в зону грозовой защиты соседних объектов, устанавливается молниеотвод. Помещение ГРП оборудуют пожарным инвентарем (ящик с песком, огнетушители). На вводе газопровода в ГРП и на выходном газопроводе устанавливают отключающие устройства на расстоянии не менее 5 метров и не более 100м.

В состав технологического оборудования регуляторных пунктов входят следующие элементы:

-регулятор давления, понижающий или поддерживающий постоянным давление газа независимо от его расхода;

- предохранительный запорный клапан, прекращающий подачу газа при повышении или понижении его давления после регулятора сверх заданных значений;

- предохранительно-сбросное устройство, предназначенное для сброса излишка газа, чтобы давление не превысило заданное в схеме пункта;

- фильтр газа, служащий для очистки газа от механических примесей;

- контрольно-измерительные приборы, которые фиксируют: давление газа до и после регулятора, а также на обводном газопроводе (манометр); перепад давления на фильтре, позволяющий судить о степени его загрязненности (дифманометр); расход газа (расходомер); температуру газа перед расходомером (термометр);

- импульсные трубопроводы, служащие для присоединения регулятора давления, предохранительно-запорного клапана, предохранительно сбросного устройства и контрольно – измерительных приборов.

Оборудование на технологической линии ГРП и ГРУ располагается в следующей последовательности: запорное устройство, фильтр, ПЗК, регулятор давления, запорное устройство. Кроме того, ГРП и ГРУ должны иметь ПСК. Число технологических линий в зависимости от расхода газа и режима потребления может быть от одной до пяти. Если имеется только одна технологическая линия, то предусматривается обводной газопровод с двумя последовательно расположенными запорными устройствами, который во время ремонта оборудования будет обеспечивать подачу газа потребителям. Временное снижение давления обеспечивается ручным редуцированием с помощью запорных устройств. ГРП могут быть одно- и двухступенчатые. В одноступенчатом пункте входное давление газа снижается до выходного в одном регуляторе, в двухступенчатом – в двух. Установленные последовательно на технологической линии регуляторы будут снижать давление газа в два этапа: первый – до промежуточного (например, с 1,2 до 0,3МПа), второй – до выходного – 0,003МПа. Фильтр и ПЗК устанавливают перед регулятором первой ступени. Одноступенчатые схемы применяют при разности между входным и выходным давлением до 0,6МПа. При больших перепадах используют двухступенчатые схемы. В зависимости от назначения ГРП и ГРУ могут быть выполнены без учета и с учетом расхода газа. При использовании для измерения расхода газа счетчиков ротационного или турбинного типа их устанавливают после регуляторов давления, а в случае применения сужающих устройств (диафрагм) их монтируют до регулятора давления и ПЗК, но после фильтра. ПЗК контролирует верхний и нижний пределы регулирования, а ПСК – только верхний. Причем сначала должен сработать ПСК, а затем ПЗК, поэтому ПСК настраивается на меньшее давление, чем ПЗК. ПСК настраивают на давление, превышающее регулируемое на 15%, ПЗК настраивают на давление на 25 % больше рабочего.

Регуляторы предназначены для автоматического поддержания давления на заданном уровне. Классифицируются по назначению, характеру регулирующего воздействия, связи между входной и выходной величинами, способу воздействия на регулирующий клапан. По характеру регулирующего воздействия регуляторы делят на пропорциональные (статические) и астатические. Мембрана астатического регулятора имеет поршневую форму и ее активная площадь, воспринимающая давление газа, практически не меняется при любых положениях регулирующего клапан. Астатические регуляторы после возмущения приводят регулируемое давление к заданному значению независимо от величины нагрузки и положения регулирующего клапана. В статических регуляторах подмембранная полость отделена от коллектора сальником и соединяется с ним импульсной трубкой. Вместо грузов на мембрану действует сила сжатия пружины.

По способу воздействия на регулирующий клапан различают регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия регулирующий клапан находится под действием регулирующего параметра прямо или через зависимые параметры и при изменении величины регулируемого параметра приводится в действие усилием, возникающим в чувствительном элементе регулятора. В регуляторах непрямого действия чувствительный элемент воздействует на регулирующий клапан посторонним источником энергии.

Выбор типа и размера регулятора давления зависит от расхода газа, его входного и выходного давления. Основными параметрами, определяющими пропускную способность регулятора, являются условный диаметр проходного сечения дросселирующего органа и соответствующий ему коэффициент пропускной способности. Коэффициент пропускной способности характеризует пропускную способность дросселирующего органа и зависит от его проходного сечения и гидравлического сопротивления. Численно он равен количеству воды в тоннах, которое пропускает данное исполнительное устройство при перепаде давлений на его дросселирующем органе 1 кг/см² за 1 час, то есть единицей его измерения является т/ч. Способ определения коэффициента зависит от вида истечения газа через дросселирующее устройство: докритическое, критическое или сверхкритическое. Под критическим понимается истечение газа с максимальной скоростью равной скорости звука, которая может быть достигнута на выходе из дросселирующего органа регулятора при критических или сверхкритических отношениях входного и выходного давлений. В регуляторе давления, который поддерживает низкое давление 200 мм.вод ст. при входном избыточном давлении 0,1МПа и более наступает критический режим истечения газа.

Пропускная способность регулятора при нормальных условиях:

,

где φ – коэффициент, зависящий от р₂/р₁;

f_с – площадь седла, см²;

р₁ – входное абсолютное давление, МПа.

Учитывая значительные потери в корпусе регулятора, действительный расход газа через регулятор будет меньше теоретического, и для его определения вводят поправочный коэффициент  меньше единицы.

7. Горение газов. Концентрационные пределы воспламенения, температура воспламенения,

стехиометрические уравнения горения углеводородов,

понятие коэффициента избытка воздуха,

теоретического объема воздуха.

Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха, сопровождаемое образованием факела (пламени) с интенсивным тепловыделением.

Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения.

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

• нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. В этом случае газовоздушная смесь воспламеняется и горит без постороннего источника зажигания. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;

• применением посторонних источников зажигания (высоконагретых тел, запальников и т.д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а только ее часть. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;

• существующим факелом (пламенем) непрерывно в процессе горения.

Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения используют уравнения, выражающие начальное и конечное состояние реакций горения газа. Стехиометрическими называют уравнения реакций, в которых отношение количеств исходных веществ строго соответствует условию получения конечных продуктов. Если углеводородные газы обозначить C_mH_n, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид

,

где m – количество атомов углерода в газе;

n – количество атомов водорода в газе;

- количество кислорода, необходимое для полного сгорания газа.

Чаще всего сжигание газов (и других топлив) происходит не в чистом кислороде, а в кислороде воздуха, где на 21 объем кислорода приходится 79 объемов азота (пренебрегая незначительным количеством СО₂ и редких газов). Следовательно, на 1 м³ кислорода воздуха приходится м³ азота, или 1 м³ кислорода содержится в м³ воздуха.

В связи с этим предыдущее уравнение горения углеводородов в атмосфере воздуха можно написать таким образом:

.

Для того чтобы могли протекать реакции горения, необходимо создать условия для воспламенения смеси топлива и окислителя.

Воспламенение может быть самопроизвольным и вынужденным. Под самовоспламенением понимается самоускорение химических реакций, в результате которого медленно протекающий в начальной стадии процесс достигает больших скоростей и на завершающей стадии протекает мгновенно. При этом способе вся смесь доводится до такой температуры, при которой она сама воспламенится.

Вынужденное воспламенение (зажигание) обусловлено внесением в реагирующую смесь источника теплоты, температура которого выше ее температуры воспламенения.

Процесс воспламенения характеризуется тем, что имеются определенные границы (пределы), вне которых воспламенение ни при каких условиях. Известно, что газовоздушные смеси воспламеняются только в том случае, когда содержание газа в воздухе находится в определенных (для каждого газа) пределах. При незначительном содержании газа количество теплоты, выделившейся при горении, недостаточно для доведения соседних слоев смеси до температуры воспламенения, то есть для распространения пламени. То же наблюдается и при слишком большом содержании газа в газовоздушной смеси. Недостаток кислорода воздуха, идущего на горение, приводит к понижению температурного уровня, в результате соседние слои смеси не нагреваются до температуры воспламенения. Этим двум случаям соответствуют нижний и верхний пределы воспламеняемости. Разбавление горючих газов балластными примесями (N₂, CO₂) ухудшает условия их воспламенения.

Пределы воспламенения технических газов, состоящих из смеси различных горючих компонентов и не содержащих балластных примесей, определяются по правилу Ле Шателье:

г де l – верхний или нижний предел воспламенения газовой смеси, состоящей из n горючих компонентов, %;

a₁, a₂,…, a_n – содержание горючих компонентов в газовой смеси, %;

l₁, l₂,…, l_n – верхний или нижний предел воспламенения отдельных горючих компонентов, %.

Коэффициент избытка воздуха, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламенения газовоздушной смеси, определяется по формуле:

г де V₀ – теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания, м³/м³.

Наименьшее количество воздуха, потребное для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается L_Т, то есть если низшая теплота сгорания газового топлива равна 33520 кДж/м³, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³ газа составит

м³.

Зная состав технического газа, можно подсчитать теоретический расход сухого воздуха по следующей формуле

где Н₂, СО, СН₄, - содержание горючих компонентов технического газа, %.

Теоретическое количество воздуха может быть определено из соотношения

.

Однако действительный расход воздуха всегда превышает теоретический. Объясняется это тем, что очень трудно достигнуть полного сгорания газа при теоретических расходах воздуха. Поэтому любая газовая установка работает с некоторым избытком воздуха.

Итак, действительный расход воздуха составит

,

где  - коэффициент избытка воздуха.

Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы. Для природного газа он составляет =1,05…1,2. Коэффициент  показывает, во сколько раз действительный расход воздуха превышает теоретический, принимаемый за единицу. Если =1, то газовоздушная смесь называется стехиометрической. Коэффициент избытка воздуха показывает отношение поступившего в установку воздуха к объему воздуха, необходимому для полного сгорания топлива в соответствии со стехиометрическими уравнениями

.

.

Содержание избыточного воздуха в сухих продуктах полного сгорания равно (h-1) м³ на 1м³ сухих продуктов сгорания, не разбавленных воздухом. А содержание избыточного воздуха в пересчете на 1м³ влажных продуктов полного сгорания равно (h-1)В, м³. Коэффициент разбавления сухих продуктов полного сгорания равен

.

=11,8%.

При =1,2 сжигание производится с избытком воздуха на 20%.

Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным. Первичным называется воздух, поступающий в горелку для смешения в ней с газом, а вторичным – воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно.