книги из ГПНТБ / Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие

Таблица 2.2

Характеристики некоторых подземных газохранилищ

Для Советского Союза вследствие огромной протя­ женности его магистральных газопроводов, большого различия климатических поясов и бурного развития га­ зодобывающей промышленности создание подземных газохранилищ является столь же необходимым, как и создание единой по стране системы газоснабжения, пер­ вый этап которой осуществлен в 1970 г.

От объединенной системы газоснабжения Европей­ ской части СССР, Урала и Средней Азии с протяжен­ ностью магистралей более 60 тыс. км ныне газ подается более чем в 1500 городов и крупных населенных пунктов. При этом создается возможность увеличения круглого­ довой полной загрузки и использования всего газодобы­ вающего и транспортирующего газ хозяйства, сокраща­ ются потери попутного газа при задержке строительства газобензиновых заводов и газопроводов, устанавливает­ ся режим нормальной эксплуатации всех предприятий, питающихся газом по всей трассе магистрального газо­ провода, устраняется необходимость привлечения в их топливный баланс зимой других видов топлива, стои­ мость которых выше, чем природного газа.

Считается, что для центральных районов Советского Союза необходимо будет в дальнейшем иметь емкость подземного хранения газа, равную 10—12% годового потребления, при обеспечении возможности отбора из нее 35—40% среднесуточного потребления.

30

§ 2.4. Назначение и устройство газораспределительных станций (ГРС)

Концевым сооружением магистрального газопровода является газораспределительная станция (ГРС). Газо^ распределительная станция служит для:

1)приема и очистки от пыли и влаги газа, поступаюг щего из магистрального газопровода и из подземного газохранилища;

2)учета количества передаваемого газа;

3)снижения давления газа до значений, требуемых для городской газовой сети и для отдельных крупных потребителей его;

4)дополнительной одоризации газа, передаваемого потребителям;

5)электрозащиты труб концевого участка магист­ рального газопровода от коррозии;

6) эксплуатации подземного газохранилища, если оно расположено в зоне обслуживания ГРС.

Схема одной из таких действующих ГРС изображена на рис. 2.4. Она является конечным сооружением магист­ рального газопровода протяженностью 600 км и рассчи­ тана на прием и передачу в город до 240 тыс. м3 в час природного газа. Расчетное давление перед ГРС состав­ ляет 3000 кПа, давление в городской магистральной га­ зовой сети 300 кПа. В городе имеется несколько таких ГРС, присоединенных к общей магистрали диаметром 600 м, полукругом охватывающей город.

Система городского газоснабжения двухступенчатая. Это означает, что в районах города и на промышленных предприятиях имеются свои газорегулирующие пункты (ГРП), понижающие давление газа до требуемого по­ требителям.

В городе есть ряд предприятий, имеющих большой расход газа и расположенных на достаточно большом расстоянии от ГРС. Для уменьшения диаметра трубо­ провода, подводящего к ним газ, и обеспечения незави­ симости питания их газом от остальных потребителей он подается к этим предприятиям от ГРС отдельными ли­ ниями под давлением 600 кПа и более.

Устройство такой ГРС следующее. Газ поступает на станцию по одной магистрали диаметром 300 мм и про­ ходит очистку в нескольких параллельно работающих

31

масляных фильтрах 1; пропускная способность каждого фильтра 50 тыс. м3/ч. После освобождения в них от ме­ ханических примесей и влаги газ проходит двухступен­ чатое снижение давления в регуляторах давления типа 04-МСТМ, которые автоматически поддерживают давле­ ние газа «после себя», независимо от колебания давле­ ния на входе и изменения расхода газа потребителями.1

Регуляторы давления первой ступени 2 обеспечивают снижение и постоянство давления на уровне 1500 кПа. Две группы регуляторов давления второй ступени 3 и 4 снижают его далее: одна группа — до 300, а другая — до 600 кПа. Такая двухступенчатая схема снижения давления обеспечивает более спокойную работу регуля­ тора, поскольку перепад давления в каждой из ступеней незначительно превышает двойное сокращение началь­ ного давления. При сокращении давления в регуляторах более чем в два-три раза резко увеличивается их износ за счет значительного превышения критических значений скорости газа. Кроме того, при двухступенчатой схеме появляется возможность индивидуального газоснабже­ ния тех промышленных предприятий, к которым требует­ ся подавать газ под давлением, превышающим 600 кПа. После регуляторов давления (РД) газ выходит из ГРС в город двумя линиями диаметром по 400 мм каждая.

На каждой линии, передающей газ в город, установ­ лены свои расходомеры. Перед выходом газа в город он дополнительно одоризируется с помощью специальных бачков 5.

Все газопроводы, выходящие с ГРС, электрически ■изолированы от городской сети во фланцах 6 для элект­ розащиты от коррозии газопроводов ГРС и концевого участка маігистрального газопровода, подводящего газ в город.

Конструкция одного из наиболее распространенных типов масляных фильтров (пылеуловителей) подробно рассматривается в гл. 7.

Для одоризации газа на ГРС существует отдельная установка, схема которой изображена на рис. 2.5. Одорант (этилмеркаптан) хранится в подземной емкости 1. Отсюда он периодически выдав­ ливается в расходные бачки 2 газом, отбираемым из газопровода в точке перед измерительной диафрагмой. Подача одоранта в газо­ провод производится непрерывно и попеременно то из одного, то из другого бачка через капельницу 4. Расход его может быть визуально

1Схемы регуляторов давления рассматриваются Ниже, в гл. 9.

проверен. Он контролируется также по указателю уровня 3. В рас­ ходном бачке все время поддерживается постоянное давление. За­ полнение расходных бачков производится попеременно. Газ, удаляю­ щийся из бачка во время его заполнения, подается на свечу.

трохимической коррозии, возникающей при взаимодейст­ вии трубы с почвой, зависит от коррозионной активности самих грунтов. Критериями ее являются их электропро­ водимость, кислотность, влажность, солевой состав и т. п.

Существуют два вида защиты от электрохимической коррозии — катодная и протекторная.

Как известно, при электролитических процессах раз­ рушается анод, а на катоде металл электролитически откладывается. Целью обоих методов защиты от элект­ рохимической коррозии является сделать газопровод ка­ тодом в той искусственно создаваемой электрической цепи, роль анодов в которой должны выполнять специ­ альные металлические пластины.

При катодной защите это осуществляется по следующей схеме (рис. 2.6). Вблизи защищаемого участка газопровода 3 размещается в земле металлическая поверхность 2, которая соединяется с поло­

ее к отрицательному полюсу. Цепь замыкается через землю. Разру­ шение от корродирующих элементов почвы переносится с трубы на

34

искусственно созданный анод. Его приходится время от времени заменять. В схеме протекторной защиты постороннего источника тока нет. Она ос­ нована на принципе гальванического эле­ мента. Элетродвижущая сила возникает за счет соответствующего подбора состава сплава, который служит антиподом желе­ за газопровода. Из сплава (магний,' алю­ миний, цинк и т. п.) изготавливается так называемый протектор, который н разру­ шается вместо трубы. Для усиления обра­ зующихся токов в этой схеме имеется так называемый активатор, в котором и раз­ мещается протектор.

недостаточной изоляции рельса от земли ток этот ча­ стично проникает в землю и возвращается на динамомашину по трубам газопроводов, которые за счет этого и корродируются, так как в местах входа тока образу­ ются катодные зоны, а у выхода — анодные. Сильный износ металла труб происходит на анодных участках, т. е. на выходе. Для устранения этого требуется блуж­ дающие токи отвести от анодных участков к их источни­ ку (поэтому такая защита и называется дренажной). Для этого тем или иным способом соединяют определен­ ные участки газопровода с рельсом. Соединение это должно представлять минимальное сопротивление, для чего оно осуществляется контактными пластинами или многожильным кабелем большого сечения [25]. Защита от коррозии стальных газопроводов увеличивает их стои­ мость на 10—15%.

По технико-экономическим соображениям в условиях, благоприятных для возникновения коррозии, целесооб­ разно применять неметаллические трубы (полиэтилено­ вые, винипластовые, стеклопластиковые). Например, по­ лиэтиленовые трубы успешно применяются для снабже­ ния сельскохозяйственных и промышленных предприятий природным газом среднего и высокого давления [28].

35

Г л а в а 3. ПОЛУЧЕНИЕ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ ПРИ СУХОЙ ПЕРЕГОНКЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

§ 3.1. Основные понятия о процессах сухой перегонки твердого топлива

Сухая перегонка топлива — это такой процесс его тер.мичеокой переработки, который осуществляется без подачи окислителя. Первичные процессы распада орга­ нической массы топлива и пирогенетический синтез вто­ ричных продуктов происходят без доступа воздуха или другого окислителя.

Как известно, органическая часть твердого топлива состоит из углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), серы (S) и азота (N). По химической природе органи­ ческое вещество твердого топлива — природный высокополимер, а иногда система высокомолекулярных соеди­ нений, в структуре которых имеются разнообразные .и различающиеся по прочности химические связи.

Способность природных высокомолекулярных соеди­ нений претерпевать изменения под воздействием тепла (термореактивность) зависит от прочности внутримоле­ кулярных и межмолекулярных связей. Сложная последо­ вательность превращений под действием тепла природ­ ного высокополимера в более простые конечные продук­ ты начинается с первичных элементарных актов разрыва связей в молекуле и образования более мелких «оскол­ ков» исходной макромолекулы — радикалов. Дальней­ ший синтез промежуточных и конечных продуктов обу­ словлен взаимодействием-реакционноспособных радика­ лов как между собой, так и с образовавшимися на про­ межуточных стадиях молекулами.

В результате сложной совокупности параллельных и последовательных взаимосвязанных реакций органиче­ ское вещество топлива под действием тепла превраща­

36

ется в более простые газообразные, жидкие и твердые продукты [15, 42].

Распределение элементов исходного топлива между продуктами сухой перегонки, а также количественный выход и состав этих продуктов зависят от вида перера­ батываемого топлива, конечной температуры его нагре­ ва, скорости нагрева, времени выдержки при заданной температуре, условий вывода летучих продуктов.

В зависимости от конечной температуры нагрева топ­ лива промышленные процессы сухой перегонки твердого топлива можно разделить на четыре группы:

1)бертииирование (250—300°С);

2)полукоксование (450—550°С);

3)среднетемпературное коксование (700—750°С);

4)коксование (950—1050°С).

Бертииирование — нагрев до температуры, при кото­ рой изменения претерпевают лишь кислородсодержащие структуры макромолекул исходного топлива и выделя­ ются преимущественно С02 и Н20. Твердый остаток — бертинат — характеризуется несколько лучшими тепло­ техническими качествами, чем исходное топливо. В сов­ ременных установках по коксованию пылевидного и мел­ козернистого торфа и бурого угля бертииирование приме­ няется как стадия глубокой предварительной подготовки топлива. Стадию бертинирования рекомендуется выде­ лять в отдельную ступень разложения при скоростном полукоксовании некоторых видов топлива с отводом ма­ лоценных парогазовых продуктов этой стадии для повы­ шения качества газа полукоксования [8].

Полукоксование применяется с целью получения смо­ лы и газа на основе переработки горючих сланцев и не­ которых гумолитов, а также для производства бездым­ ного бытового и технологического топлива путем пере­ работки некоторых бурых и каменных углей. Смола полукоксования подвергается дальнейшей химической (переработке.

Из газа можно извлекать газовый бензин, предель­ ные и непредельные углеводороды, наконец, сероводород, а также использовать его непосредственно в качестве топлива для электростанций и промышленных печей.

Твердый остаток процесса — полукокс — в основном должен быть использован в качестве топлива з промыш­ ленности. Можно его превращать и в газ методом без­

37

остаточной газификации, сущность которой будет изло­ жена ниже. При комплексной переработке топлива, ког­ да получение жидких и газообразных продуктов полу­ коксования является главной целью этого процесса, тех­ нологические схемы и режимы швелевания целиком зависят от задаваемого химиками состава и качества этих продуктов.

Для получения заданного их качества и запланиро­ ванного распределения между ними горючей массы твер­ дого топлива необходимо обеспечить управляемость про­ цесса термического разложения, что, как будет показано ниже, требует перехода к скоростному нагреву топлив­ ных частиц (до нескольких тысяч градусов в секунду).

Среднетемпературное коксование рекомендуется при­ менять для переработки малометаморфизованных углей (например, газовых) для получения газа, кокса и смолы с повышенным содержанием фенолов. Выход газа с теп­

машиностроительных заводах. Подбор шихты и сам про­ цесс коксования подчинены задаче производства проч­ ного реакционноспособного кокса, содержащего мини­ мальное количество вредных примесей. Получаемые при этом иные продукты коксования — коксовый газ и неко­ торое количество жидких продуктов — являются в из­ вестной степени побочными продуктами. Однако их зна­ чение весьма велико, так как в СССР производится более 75 млн. т кокса в год, чему соответствует более 30 млрд, м3 высококалорийного коксового газа, тепло­ творность которого около 18 000 кДж/нм3.

Коксовый газ используется в качестве топлива огне­ техническими агрегатами металлургии (для отопления, например, мартеновских и нагревательных печей), а так­ же для дальнего газоснабжения. На базе коксового газа работают некоторые заводы синтетического аммиака.

§ 3.2. Принципы работы и схемы устройств для коксования углей

Исходным материалом для коксования является шихта, приготовленная путем смешения нескольких ви­

38

дов предварительно измельченных углей. Смешение не­ скольких видов угля обеспечивает получение кокса тре­ буемого качества. Подготовленная для производства до­ менного кокса шихта содержит около 8% золы, 7—8% влаги и характеризуется выходом летучих в пределах 25—26% на сухой уголь. На тонну сухого кокса расхо­ дуется около 1,5 т шихты.

Газовоздушная смесь подается через горелки 4, а под­

может быть использован и какой-либо иной, менее цен­

39