2146

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

В. Д. Г а л д и н

ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ,

ДОБЫЧА И ТРАНСПОРТИРОВКА

Учебное пособие

Омск Издательство СибАДИ

2006

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

В. Д. Г а л д и н

ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ,

ДОБЫЧА И ТРАНСПОРТИРОВКА

Учебное пособие

Рекомендовано Новосибирским региональным отделением УМО вузов Российской Федерации по образованию в области строительства для использования в учебном процессе при подготовке специалистов, обучающихся по специальностям «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Городское строительство и хозяйство» по направлению «Строительство»

Омск Издательство СибАДИ

2006

9

УДК 662.69 ББК 35.513 Г 71

Рецензенты

д-р техн. наук, проф. В.И. Гриценко (ОмГТУ), канд. техн. наук, доц. П.А. Лисин (ОмГАУ)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для специальностей 290500 "Городское строительство и хозяйство" и 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция"

Галдин В.Д. Горючие газы, добыча и транспортировка: Учебное пособие. −

Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. − 163 с.

Рассмотрены состав и свойства компонентов горючих газов; добыча природного газа, его транспорт и подземное хранение; основы газификации твердого топлива и технология получения биогаза.

Пособие предназначено для студентов специальностей 290500 "Городское строительство и хозяйство" и 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция", а также специалистов, работающих в области создания установок газоснабжения.

Табл. 13. Ил. 69. Библиогр.: 29 назв.

10

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие……………………………………………………………………………….. 5

1.Горючие газы, используемые для газоснабжения городов и промыш-

ленных предприятий ………………………………………………………………….. 7

1.1.Основные свойства и состав газообразного топлива …………………………… 7

1.2.Природные газы …………………………………………………………………… 11

1.3.Искусственные газы ………………………………………………………………. 12

1.4.Уравнение состояния природного газа ………………………………………….. 14

1.5.Методы задания состава природного газа ………………………………………. 15

1.6.Фазовые диаграммы ……………………………………………………………… 19

1.7.Сжиженные углеводородные газы………………………………………………. 22

1.7.1.Свойства индивидуальных углеводородов, входящих в состав сжиженных газов …………………………………………………………... 22

1.7.2.Расчет состава двухфазной смеси углеводородов ………………………. 29

2.Добыча и обработка природного газа ……………………………………………… 37

2.1.Газовые месторождения ………………………………………………………….. 37

2.2.Добыча газа ……………………………………………………………………….. 39

2.3.Газы конденсатных месторождений …………………………………………….. 43

2.4.Сбор газа на нефтяных промыслах. Получение сжиженных углеводородных газов ……………………………………………………………………………….. 46

2.5.Система подготовки природного газа к транспортировке..……………………. 51

3.Транспорт газа на большие расстояния. Компрессорные станции……………. 63

3.1.Схемы и устройства магистральных газопроводов…………………………….. 63

3.2.Устройство компрессорных станций …………………………………………… 66

3.3.Технологические схемы компрессорных станций …………………………….. 70

3.4. Нагнетатели природного газа …………………………………………………… 76

3.5.Привод газоперекачивающих агрегатов ……………………………………….. 84

3.6.Схемы газотурбинных установок ………………………………………………. 86

3.7.Компоновка газоперекачивающих агрегатов ………………………………….. 93

3.8.Системы охлаждения транспортируемого газа на компрессорных станциях .. 98

4.Подземное хранение природного газа …………………………………………….. 101

5.Газификация твердого топлива ……………………………………………………. 115

5.1.Физико-химические основы газификации твердого топлива ………………… 116

5.2.Современное состояние дел в области получения синтез-газа из твердого топлива …………………………………………………………………………… 116

5.3.Автотермические технологии газификации …………………………………… 118

5.4.Аллотермические технологии газификации …………………………………… 124

5.5.Процессы каталитической газификации твердого топлива …………………... 131

5.6.Газификация жидкого топлива …………………………………………………. 134

6.Биогаз ………………………………………………………………………………….. 138

6.1.Современные технологии конверсии биомассы в топливо …………………… 139

6.2.Зарубежный опыт использования биомассы для получения биогаза .……….. 150

7.Горючие газы от технологических аппаратов …………………………………… 153

Библиографический список …………………………………………………………… 159 Приложение ……………………………………………………………………………… 161

3

Сокращения и индексы

МГ – магистральный газопровод; КС – камера сгорания, компрессорная станция; ПХГ – подземное хранилище газа; ГРС – газораспределительная станция; ГПА – газоперекачивающий агрегат; НПГ – нагнетатель природного газа; ГТУ – газотурбинная установка;

ТНД, ТСД, ТВД – турбина низкого, среднего и высокого давлений; АВО – аппарат воздушного охлаждения; КР – критический; Ж – жидкий; П – пар;

ПР – приведенный

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие газовой промышленности и газоснабжения городов, поселков и промышленных предприятий на базе природных газов в России началось с середины 40-х годов прошлого века. В 1946 г. был сдан в эксплуатацию первый крупный магистральный газопровод Саратов – Москва производительностью 1,4 млн м3/сут, диаметром 300 мм и длиной 740 км. Пуск этого газопровода рассматривается как начало широкой газификации страны. За прошедший период газовая промышленность превратилась в важную отрасль хозяйства страны, а газотранспортные системы – в крупные топливоснабжающие системы страны.

Газовая промышленность России является образцом устойчивости и надежности в эпоху радикальных экономических реформ в нашей стране. Особенно важное значение имеет создание величественного инженерного сооружения ХХ в. – Единой системы газоснабжения (ЕСГ). ЕСГ включает в себя уникальные газовые месторождения, технологический комплекс переработки газа, разветвленную сеть магистральных и распределительных газопроводов диаметром 1420 мм, общей протяженностью более полумиллиона километров и объекты подземного хранения газа. Система обеспечивает природным газом потребителей 66 субъектов Российской Федерации, а также 22 страны Европы и ближнего зарубежья.

Единая система газоснабжения только в границах России, не учитывая стран СНГ, Закавказья и Балтии, насчитывает:

•почти 154 тыс. км магистральных газопроводов высокого давления и большого диаметра;

•263 компрессорные станции с 706 компрессорными цехами общей установленной мощностью более 43 млн кВт;

•24 подземных хранилищ газа;

•более 3,5 тыс. газораспределительных станций.

Средняя дальность транспортировки газа только по России превышает 2,5 тыс. км. Все объекты ЕСГ в границах Российской Федерации обслуживаются 24 региональными газовыми компаниями по добыче и транспортировке газа, каждая из которых насчитывает в своем составе до нескольких тысяч специалистов; в целом же в газовой промышленности работают более 400 тыс. человек.

Темпы развития газотранспортных мощностей и надежность поставок природного газа потребителям позволили создать мощную и разветвленную инфраструктуру промышленного и бытового использования природного газа как в России, так и на европейском континенте. Голубое топливо стало синонимом света, тепла и многого другого, столь необходимого сегодня людям.

5

К настоящему времени сложилась следующая схема экспортных потоков:

•через территорию Украины – в Словакию, Чехию, Германию, Францию, Италию, Венгрию, Румынию, Болгарию, Грецию, Турцию, другие страны Балканского региона;

•в Польшу – через территорию Белоруссии и Украины;

•в Германию и Польшу – по газопроводу Ямал – Европа через территорию Белоруссии;

•в Финляндию – по территории Российской Федерации;

•в Турцию – по газопроводу «Голубой поток» через Черное море;

•в страны Балтии и Закавказья;

•транзит среднеазиатского газа на Украину и Кавказ.

Дальнейшие экспортные поставки планируются и по новым направлениям.

Вдекабре 2005 г. состоялась сварка первого стыка российского сухопутного участка Северо-Европейского газопровода. Это принципиально новый маршрут транспортировки природного газа. Газопровод значительно повысит надежность и гибкость поставок газа из России. Этот проект, рассчитанный на долгосрочную перспективу, направлен на удовлетворение растущих потребностей объединенной Европы в российском газе.

Вконце 2005 г. в ОАО «Газпром» рассматривалась программа создания

вВосточной Сибири и на Дальнем Востоке единой системы добычи, транспортировки газа и газоснабжения с учетом возможного экспорта газа на рынки Китая и других стран Азиатско-Тихоокеанского региона.

Значительному росту использования газа в хозяйстве страны способствует его низкая себестоимость. Газ является высококачественным и самым дешевым топливом. Применение газа в качестве топлива позволяет значительно улучшить условия быта населения, повысить санитарногигиенический уровень производства и оздоровить воздушный бассейн в городах и промышленных центрах.

Внастоящее время во всем мире наблюдается повышенный интерес к использованию биомассы как альтернативного источника энергии. Биотехнологическая конверсия биомассы в биогаз осуществляется при переработке отходов сельского хозяйства, осадков канализационных очистных сооружений, полигонов твердых бытовых отходов. Биогаз имеет теплоту сгорания, сравнимую с керосином, углем, дровами, и может быть использован для теплоэнергоснабжения небольших зданий.

6

1. ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДОВ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1. Основные свойства и состав газообразного топлива

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих [углеводороды, водород (Н2) и окись углерода (СО)] и негорючих [азот (N2), двуокись углерода (СО2) и кислород (О2)] газов и примесей (водяные пары, сероводород, пыль). Искусственные газы могут содержать аммиак, цианистые соединения, смолу и пр. От вредных примесей газообразное топливо очищают. По ГОСТ 5542-50* содержание вредных примесей в граммах на 100 м3 газа, предназначенного для газоснабжения городов, не должно превышать: сероводорода – 2, аммиака – 2, цианистых соединений в пересчете на синильную кислоту (НСN) – 5, смолы и пыли – 0,1, нафталина – 10 (летом) и 5 (зимой).

Природный газ не содержит аммиака, цианистых соединений и нафталина. Отклонение теплоты сгорания топлива от номинального значения не должно быть более ± 10 % .

Для газоснабжения применяют влажные и сухие газы. Содержание влаги не должно превышать количества, насыщающего газ при t = 20 0С (зимой) и 35 0С (летом). Влагосодержание насыщенного газа в зависимости от его температуры приведено в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Зависимость влагосодержания насыщенного газа от температуры

При транспортировке газа на большие расстояния его предварительно осушают. Большинство искусственных газов имеет резкий запах, что облегчает обнаружение утечки газа из трубопроводов и арматуры. Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают ему резкий неприятный запах, который должен ощущаться при концентрации в воздухе, равной 1 % .

Запах токсичных газов должен ощущаться при концентрациях, допустимых санитарными нормами. Сжиженный газ, используемый коммуналь- но-бытовыми потребителями, по ГОСТ 10196-62 не должен содержать се-

7

роводорода более 6 г на 100 м3 газа, а его запах должен ощущаться при содержании в воздухе 0,5 % .

Концентрация кислорода в газообразном топливе не должна превышать 1 % исходя из соображений взрывобезопасности и защиты газового оборудования от коррозии. При использовании для газоснабжения смеси сжиженного газа с воздухом концентрация газа в смеси составляет не менее удвоенного предела воспламеняемости.

Физические характеристики некоторых газов приведены в табл. 1.2 и

1.3.

Используя данные этих таблиц, можно рассчитать теплоту сгорания, плотность и другие характеристики газового топлива, зная объемную или массовую концентрации компонентов.

Таблица 1.2

Физические характеристики газов

Рассмотрим некоторые свойства горючих газов.

Метан (СН4) – горючий газ без цвета, запаха и вкуса. Не токсичен, но при большой концентрации в воздухе вызывает удушье.

К тяжелым углеводородным газам, имеющим формулу СnH2n+2, относятся: этан, пропан, бутан. Все эти газы не имеют цвета, запаха и вкуса, не

8