6.6 Газораспределительные станции
Газораспределительные станции являются последними объектами в цепи газотранспортной системы и одновременно являются головными сооружениями для городских систем газоснабжения. ГРС предназначены для приема газа из магистральных газопроводов, очистки его от механических примесей, снижения давления газа до значений необходимых в городских системах и поддержании его на постоянном уровне, одоризации и подогрева газа, определения расхода газа.
Ввиду того, что прекращение подачи газа к городам и крупным промышленным предприятиям недопустимо, в ГРС предусмотрена защитная автоматика. Причем защитная автоматика выполнена по принципу резервирования. Резервная линия включается тогда, когда вышла из строя основная линия редуцирования. Газ из магистральных газопроводов поступает в городские, поселковые и промышленные системы газоснабжения через газораспределительные станции (ГРС). На ГРС давление газа снижают до величины, необходимой для этих систем, и поддерживают постоянным. Основное отличие газораспределительных станций от городских и промышленных газораспределительных пунктов состоит в том, что они получают газ из магистральных газопроводов, и поэтому их оборудование рассчитывают на рабочее давление в 5,5; 7,5 МПа, т. е. на максимально возможное давление в магистральном газопроводе.
Кроме того, ГРС характеризуются большими пропускными способностями (100...200 тыс. м3/ч и более), в связи с этим дросселирование газа на них осуществляют в несколько ниток и на каждой из них устанавливают соответственно регулятор давления большой пропускной способности.
ГРС отличаются от ГРП также дополнительной обработкой газа. Кроме очистки газа в фильтрах на них предусматривают его одоризацию, а у некоторых типов станций — еще и подогрев газа. На всех ГРС устанавливают расходомеры для измерения количества протекающего газа. Так как перерыв в газоснабжении городов, поселков и крупных промышленных потребителей допускать нельзя, то защитную автоматику ГРС создают по принципу резервирования, а не отключения потока газа при отказах регулирующего оборудования.
Автоматизацию ГРС осуществляют в настоящее время таким образом, чтобы было возможно их безвахтенное обслуживание. Для этого ГРС оснащают контрольно-измерительными приборами, защитной автоматикой, дистанционным управлением отключающих устройств и аварийной сигнализацией. Такие ГРС обслуживают два оператора на дому. При возникновении неисправностей на ГРС в обе квартиры операторов передаются световые и звуковые нерасшифрованные сигналы, при получении которых дежурный оператор является на ГРС для устранения неисправностей. Дежурство одного оператора длится в течение суток, при этом в ГРС он находится около 4 ч. Дом оператора располагают на расстоянии 300...500 м от ГРС.
ГРС производительностью более 200 тыс.м /ч эксплуатируют с вахтенным обслуживанием. ГРС оснащено следующим технологическим оборудованием, располагаемым по ходу движения газа: входной кран узла отключения, блок очистки газа, нитки дросселирования и регулирования давления газа, расходомерная нитка, выходной отключающий кран. Схемы ГРС позволяют в аварийных случаях или при производстве ремонтных работ снабжать газом потребителей по обводной линии (байпасу) с ручным регулированием давления газа. Чтобы предотвратить образование гидратов в некоторых схемах ГРС, предусматривают подогрев газа в теплообменниках, которые в этом случае располагают перед дросселирующими нитками.
На ГРС устанавливают, как регуляторы непрямого, так и прямого действия. В качестве регуляторов непрямого действия в настоящее время применяют регуляторы РДУ, разработанные ВНИПИгаздобыча. Из регуляторов прямого действия на ГРС применяют регуляторы РД, разработанные ВНИИгазом. Эти регуляторы показали высокую надежность работы при одноступенчатом дросселировании потока. Для автоматического предотвращения выхода регулируемого давления газа за допустимые пределы (т. е. для предотвращения недопустимого повышения и понижения давления в сетях потребителей) на ГРС предусматривают автоматические системы защиты. Большинство таких систем построено с использованием следующих двух принципов.
1. Системы с перестройкой режимов работы регуляторов давления. Эти системы предусматривают наличие рабочих и резервной ниток регулирования. На каждой нитке устанавливают регулирующий и контрольный клапаны. При нормальном режиме на рабочих нитках контрольные клапаны открыты, так как настроены на давление, несколько превышающее номинальное. Клапаны резервной нитки настроены на давление, несколько меньшее номинального, поэтому они закрыты. Следовательно, система работает по методу облегченного (теплого) резерва (когда резерв находится в неполном рабочем режиме). При аварийном открытии рабочего регулирующего клапана и росте выходного давления в работу включается контрольный клапан, который предотвращает недопустимое повышение давления и поддерживает его постоянным. При аварийном закрытии регулирующего клапана и понижении давления в работу включается резервная нитка и снижение давления газа прекращается.
Защиту с контрольными клапанами целесообразно применять при дросселировании осушенного газа, а также в тех случаях, когда входное давление на ГРС меньше 2 МПа. При влажном газе возможно закупоривание гидратами не только проходных сечений на рабочих линиях дросселирования, но и «примерзание» плунжеров к седлам закрытых клапанов на резервных линиях из-за недостаточной герметичности их закрытия. В этом случае резервные линии выходят из строя, и система защиты отказывает.
2. Следующий принцип защиты состоит в установке на каждой нитке редуцирования крана с пневмоприводом и программным управлением. При повышении регулируемого давления кран выключает нитку с отказавшим регулирующим клапаном, снижение давления предотвращает резервная нитка. Программа может осуществлять избирательное отключение поврежденных редуцирующих ниток и включение резервных. В этом случае при трех редуцирующих нитках, одна из которых резервная, при нормальном режиме работают все нитки и все пневмокраны открыты.
Таким образом, система работает по методу нагруженного (горячего) резерва, т. е. когда резерв находится в рабочем режиме.
При аварийном открывании одного из регуляторов и повышении выходного давления система защиты подает команду на закрывание первой нитки. Если после ее перекрытия давление продолжает расти (следовательно, регулятор исправный), то закрывается кран на второй нитке, а на первой открывается. Если же при этом регулируемое давление перестает увеличиваться, то защита прекращает свое действие, так как при этом, очевидно, отказал регулятор второй нитки. Если, наконец, давление будет продолжать расти, то защита закроет третью нитку и откроет вторую. Такая система может работать и при четырех нитках.
Рациональным вариантом защиты при двух рабочих и одной резервной нитках является система с прямым переключением. В условиях нормальной работы краны на действующих нитках открыты, а на резервной — закрыты (облегченный резерв). В случае аварийного повышения выходного давления защита закрывает краны на рабочих нитках. При понижении давления кран на резервной нитке открывается. Если давление продолжает снижаться, то открываются краны на рабочих нитках. Повторный рост регулируемого давления вновь приводит к закрытию кранов на рабочих нитках.
Таким образом, при аварийном открывании регулятора, если потребление газа меньше его пропускной способности, начнет повышаться регулируемое давление и краны на рабочих нитках закроются. Это приведет к понижению давления и в работу будет включена резервная нитка, так как система защиты откроет на ней пневмокран.
При росте потребления газа, когда оно превзойдет пропускную способность резервного регулятора, давление начнет снижаться и защитная система откроет пневмокраны на рабочих нитках. Давление увеличится до номинального и будет поддерживаться постоянным, так как в связи с большим расходом газа отказавшая нитка не сможет вызвать повышение его давления.
При снижении потребления газа и росте выходного давления защита вновь перекроет рабочие нитки. Если на одной из рабочих ниток регулирующий клапан закроется (в результате аварии), то при большом потреблении газа начнет снижаться регулируемое давление и защита включит резервную нитку. Таким образом, эта защита обеспечивает поддержание регулируемого давления на заданном уровне при любых отказах в работе регулирующих клапанов.
На рисунке 6.5 изображена схема автоматизированной ГРС с надомным обслуживанием.
Рис. 6.5 - Компоновка автоматизированной ГРС с надомным обслуживанием:
1 - кран с пневматическим приводом и узлом управления, 2 - регулятор давления, 3 - кран со смазкой, 4 - висциновые фильтры, 5 – подогреватель, 6 - продувочная свеча, 7,8 - отключающее устройство, 9 - измерительная диафрагма, 10 - задвижки.
Технологическое оборудование ГРС, автоматика и КИП расположены в здании (6X20 в осях). Расходную нитку Dy=200 мм, прокладывают над землей на столбах. ГРС по периметру обносят ограждением. К ГРС запроектирована подъездная автомобильная дорога, соединяющая площадку с дорогой общего пользования.
После отключающего крана газ по трубе поступает в помещение ГРС и проходит через висциновые фильтры 4 и далее направляется в подогреватель газа 5. Подогрев газа осуществляют для исключения образования кристаллогидратов при дросселировании газа на клапанах. После подогрева газ направляется к ниткам редуцирования. В проекте предусмотрены три нитки; две рабочих, одна резервная. Все нитки имеют одинаковое оборудование, которое установлено на каждой нитке по ходу газа в следующем порядке: кран 1 с пневматическим приводом Dy=100 мм и узлом управления; регулятор давления РД-80, разработанный ВНИИ- газом, 2, кран 3 со смазкой dy= 150 мм. Диаметр нитки редуцирования 150 мм. Для сброса газа от каждой нитки предусмотрены продувочные газопроводы с вентилями, объединенные в общую продувочную свечу. После дросселирования газ поступает в расходомерный газопровод, на котором установлена камерная диафрагма. Длина расходомерной нитки принята из условий стабилизации потока газа.
На входном и выходном газопроводах перед ГРС предусмотрена установка изолирующих фланцев.
Принципиальная схема автоматики и КИП для рассмотренной выше ГРС показана на рис. 6.6.
Система защиты от повышения давления на выходе из ГРС предусмотрена с применением кранов с пневматическим приводом и программным управлением. Для контроля параметров, характеризующих работу ГРС, предусмотрена установка контрольно- измерительных приборов как по месту, так и на щите.
Система защиты работает по принципу избирательного отключения поврежденных редуцирующих ниток и включения резервной нитки. Система обеспечивает защиту потребителей от повышения или понижения давления на выходе ГРС на ±10% номинального значения путем открытия или закрытия кранов с пневмоприводом. Давление газа на выходе из ниток редуцирования контролируется датчиками ДВ, установленными на приборном щите. Принцип работы системы следующий. При изменении давления до величины, на которую настроен данный датчик, он выдает команду на перестановку крана и одновременно включает соответствующий указатель «Авария» (УА), расположенный на щите, сирену и электрическую сигнализацию в доме оператора.
Если давление газа повышается до 1,05 атм замыкается контакт соответствующего датчика, в результате закрывается кран переключателя выбора режима и закрывается пневмокраном нитка редуцирования. При последующих переключениях в итоге закрывается нитка, регулятор которой аварийно открылся. При снижении давления до 0,95 атм открывается резервная нитка.
Рис. 6.6 - Принципиальная схема автоматики и КИП для ГРС
1— пневматический край управления, 2— пневматический усилитель, 3— отбор импульса давления на датчики ДВ пневматической системы защиты ГРС, 4— регулятор давления РД 80 ВНИИГаза, 5— камерная диафрагма, 6— предохранительные сбросные клапаны, 7 — байпас с двумя отключающими устройствами, 8— краны с пневмоприводом и дистанционным управлением
В последние годы получили широкое распространение автоматизированные ГРС. ГРС производительностью до 200 тыс. м3/ч эксплуатируют безвахтенным обслуживанием. В этом случае на ГРС имеется комплекс оборудования и КИП, позволяющих осуществлять эксплуатацию ее в автоматизированном режиме. Обслуживание таких ГРС осуществляют два оператора на дому. В случае возникновения аварийной ситуации звуковые и световые сигналы передаются в жилые дома операторов, которые располагаются на расстоянии не более 0.5 км от ГРС. Обслуживание ГРС производительностью более 200 тыс. м3/ч производится в вахтенном режиме.
Газ в ГРС последовательно проходит следующее технологическое оборудование: отключающее устройство на входе, фильтры, подогреватель, линию редуцирования и регулирования давления газа, устройство для замера расхода газа и отключающее устройство на выходе.
В качестве регуляторов давления на ГРС используются регуляторы прямого действия типа РД и непрямого действия типа РДУ.
На рис. 6.7 представлена схема ГРС с резервной ступенью редуцирования газа. Газ из магистрального газопровода проходит отключающее устройство 1 и поступает в фильтр 3. После этого газ поступает в первую ступень редуцирования. Первая ступень редуцирования может иметь две или три линии, одна из которых резервная. При наличии двух линий редуцирования, резервная нитка рассчитывается на 100%-ную производительность, а в случае трех линий – на 50%. Резервную линию при указанной схеме можно использовать для байпасирования первой ступени редуцирования. Если давление на входе в ГРС составляет 4.0 МПа, то в первой ступени редуцирования давление газа снижается до 1.0…1.2 МПа, а во второй ступени – 0.2…0.3 МПа. Давление газа после второй ступени будет иметь значение равное 0.6…0.7 МПа. При такой схеме ГРС фильтры можно размещать либо до первой ступени редуцирования, либо после нее.
Рис. 6.7 - Технологическая схема обвязки оборудования ГРС с резервной ступенью редуцирования газа.
1- отключающее устройство на входе, 2 - предохранительный клапан, 3 – фильтры, 4 - редуцирующий клапан, 5 - вспомогательное оборудование, 6 - измерительная диафрагма, 7,9 - отключающие устройства, 8 - редуцирующий клапан
Выбор места установки фильтров зависит от входного давления и от состава газа. Если в ГРС поступает влажный газ, то фильтры необходимо устанавливать перед первой ступенью редуцирования. Фильтры в этом случае будут улавливать как конденсат, так и механические примеси. После этого смесь пыли с конденсатом поступает в специальные отстойники. После отстоя конденсат направляют в емкости, откуда производят его периодическую откачку и вывоз в автоцистернах.
Если рабочее давление газа на входе в ГРС менее 2.0 МПа, то фильтры устанавливают после первой ступени редуцирования. При такой схеме установки фильтров производят байпасирование первой ступени редуцирования. Фильтры в этом случае настраивают на давление 2.5 МПа. В случае повышения давления газа на входе более 2.5 МПа, отключающее устройство на байпасной линии закрывают и направляют газ в линию первой ступени редуцирования. После прохождения первой ступени редуцирования газ направляют во вторую ступень. После второй ступени редуцирования газ с заданным давлением поступает в отводящий газопровод, пройдя предварительно измерительную диафрагму 6. При необходимости замены оборудования на основной линии редуцирования, а также при создании аварийной обстановки, производят отключение этой линии и открытие байпасной линии, снабженной отключающим устройством 7 и редуцирующим клапаном 8. Регулировка расхода газа и его давления осуществляется в этом случае вручную.
Второй вариант компоновки оборудования ГРС представлен на рис. 6.8
Рис. 6.8 - Технологическая схема обвязки оборудования ГРС без резервной ступени редуцирования газа.
1 - отключающее устройство на входе, 2 - предохранительный клапан. 3 – фильтры, 4 - редуцирующий клапан, 5 - вспомогательное оборудование, 6 - измерительная диафрагма 7,9. Отключающие устройства, 8 -редуцирующий клапан.
Представленная схема компоновки оборудования отличается от предыдущей тем, что регулирующие клапаны на первой и второй ступенях редуцирования установлены последовательно на каждой линии. Отличительной особенностью представленной схемы компоновки оборудования, по сравнению с предыдущей схемой, является и то, что на каждой ступени редуцирования установлены два рабочих регулятора, а управление всеми клапанами производится одним рабочим регулятором.
Третий вариант компоновки оборудования ГРС представлен на рис. 6.9.
Рис. 6.9 - Технологическая схема обвязки оборудования ГРС с расположением фильтров между ступенями редуцирования газа.
1 - отключающее устройство на входе, 2 - предохранительный клапан. 3 – фильтры, 4 - редуцирующий клапан, 5 - вспомогательное оборудование, 6 - измерительная диафрагма 7,9. Отключающие устройства, 8 -редуцирующий клапан.
Данный вариант компоновки оборудования отличается от первого варианта тем, что в этой схеме фильтры размещены между двумя ступенями редуцирования. В этом случае она выполняет роль предохранительной.
В последние годы все более широкое внедрение получают автоматизированные ГРС. Имеется ряд вариантов компоновки оборудования автоматизированных ГРС. Однако все они должны учитывать опасность как гидратообразования, так и наружного обмерзания наружных узлов редуцирования. Поэтому, особенно в зимнее время, обслуживающему персоналу ГРС необходимо обратить особое внимание на указанные выше факторы. Для предотвращения гидратообразования в ГРС применяются узлы подогрева газа. На рис.6.10 представлена компоновка оборудования ГРС с узлом подогрева газа. Узел подогрева газа включает в себя подогреватель 1 и водогрейный котел 2. Вода поступает в котел из емкости 6. Подогрев воды в котле осуществляется за счет сжигания газа, поступающего на ГРС и прошедшего систему редуцирования 4. Газогорелочное устройство водогрейного котла работает на низком давлении газа. Для предотвращения подачи газа, идущего на сжигание в топку водогрейного котла с давлением выше установленных пределов, имеется предохранительное устройство 7. Таким образом, газ с входным давлением, поступающий в ГРС, направляется сначала на очистку в фильтры 8, а затем в подогреватель 1. В подогревателе происходит подогрев газа, в результате чего из него удаляются гидратообразования. Пройдя подогреватель, осушенный газ поступает в линии редуцирования и затем в отводящий газопровод ГРС.
Рис. 6.10 - Технологическая схема ГРС с подогревом газа.
1 - подогреватель газа. 2 – котел, 3 - регуляторы давления, 4 - регулятор низкого давления, 5 – отсекатели, 6 - водяная емкость, 7 - Предохранительное устройство, 8 – фильтры.
Во избежание взрывов и пожаров на ГРС устанавливают специальные установки для придания запаха газу. Эти установки устанавливаются в тех случаях, когда газ на головных сооружениях не одорируется или степень одоризации газа, поступающего на ГРС, ниже установленных пределов. Ранее было указано, что установки по одоризации газа подразделяются на барботажные, капельные и фитильные. Последние называются иначе испарительными.
На рис.6.11 представлена технологическая схема ГРС с капельным одоризатором. Газ с входным давлением поступает в ГРС из магистрального газопровода. Пройдя фильтры 3, газ направляется на регулирующие клапаны сначала первой ступени редуцирования, а затем и второй. Далее газ последовательно проходит следующее оборудование: камерную диафрагму, служащую для измерения расхода газа; отключающее устройство на выходе из ГРС; предохранительный сбросной клапан, предназначенный для сброса газа в атмосферу в случае превышения его давления сверх установленных пределов. Кроме того, на выходном газопроводе ГРС имеется отвод к котлу, предназначенному для нагрева воды, поступающей в подогреватель (на схеме не показан). Капельный одоризатор 11, установленный также на выходном газопроводе ГРС, предназначен для постоянного введения одоранта в газовый поток, идущий к потребителю. Расход одоранта может регулироваться с помощью игольчатого вентиля.
Рис.6.11 - Технологическая схема ГРС с использованием узла капельной одоризации:
1 - отключающее устройство на входе, 2 – манометры, 3 – фильтры, 4 - редуцирующий клапан, 5 - командный самописец, 6 - кислородный редуктор, 7 – термометр, 8 - камерная диафрагма, 9 - предохранительный клапан, 10 - продувочные линии, 11 - капельный одоризатор, 12 - емкость для хранения одоранта.
На газораспределительных станциях магистральных газопроводов применяются следующие формы обслуживания: вахтовое, надомное и объездное.
Вахтовое обслуживание предусматривает обслуживание станции круглосуточно с постоянным нахождением на них дежурного персонала. При вахтовом обслуживании ГРС обслуживается 5—9 операторами, поэтому данная форма обслуживания считается наиболее отсталой.
В настоящее время вахтовое обслуживание применяется на газораспределительных станциях, имеющих большой расход газа (не менее 250—300 тыс. м/ч), а также на ГРС, обслуживающих предприятия, на которых газ является технологическим сырьем, и где даже короткая непредвиденная остановка может привести к серьезным последствиям.
При надомном обслуживании ГРС работают без постоянного вахтенного персонала: ГРС с надомным обслуживанием обслуживается двумя операторами, дежурящими на дому, вместо 5—9 операторов при круглосуточном вахтовом обслуживании.
В схеме ГРС с надомным обслуживанием должна быть предусмотрена предупредительная сигнализация в доме оператора, при помощи которой в дом подается сигнал о нарушении нормальной работы ГРС (понижения давления до 0,9рн или повышения давления до 1,1рн), а также сигнал о нарушении работы автоматизированной котельной (при погасании факела загорается красный сигнал).
ГРС с надомным обслуживанием в настоящее время получили наибольшее распространение.
При объездном обслуживании все работы по профилактическому осмотру и ремонту оборудования, средств автоматики и телемеханики, контрольно-измерительных приборов осуществляются при периодическом объезде ГРС бригадой КИП и автоматики районного управления.
При переводе газораспределительной станции на объездное обслуживание необходимо:
а) автоматизировать ГРС, иметь телеконтроль, выведенный на пульт диспетчера районного управления, и расходомеры с многодневной записью расхода;
б) организовать диспетчерскую связь со всеми потребителями, получающими газ с этой ГРС;
в) при районном управлении организовать круглосуточное дежурство операторов, которые в случае возникновения неисправности обязаны выехать на ГРС в любое время суток;
г) производить периодический объезд автоматизированных ГРС не реже одного раза в неделю, проверять работу и проводить профилактический осмотр оборудования, средств автоматики и КИП, смену картограмм расходомеров, а также необходимые ремонтные работы.