5905

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Н. Т. Пузиков

Технологические энергоносители и энергосистемы предприятий

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным и практическим занятиям включая

рекомендации по организации самостоятельной работы и РГР) по дисциплине Б1.44. «Технологические энергоносители и энергосистемы предприятий» для обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Промышленная теплоэнергетика»

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК 662.99 (075.8)

Н.Т.Пузиков Технологические энергоносители и энергосистемы предприятий

[Электронный ресурс]: учебно.-метод. пос./Н.Т.Пузиков ,Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 81 с; ил.1

электрон. опт. диск (CD-RW)

В учебно-методическом пособии приведены характеристики газов, сведения о системах газоснабжения промышленных предприятий, приведен пример расчета системы газоснабжения

Предназначено обучающимся в ННГАСУ по подготовке к лекционным занятиям и по выполнению РГР по дисциплине Б1.63.02 «Пароснабжение технологических установок промышленных предприятий»для обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», профиль «Промышленная теплоэнергетика»

3

Лекция 1 1.Состав газового топлива и требования к нему.

Различные виды газового топлива представляют собой механические смеси газов, как горючих, так и не горючих.

Горючая часть представляет собой следующие газы:

Водород Н2 - газ без цвета, вкуса и запаха, самый легкий из всех составляющих газового топлива. Содержится только в искусственных газах.

Метан СН4 - газ без цвета, вкуса и запаха. Является основной горючей частью в искусственных газах.

Оксид углерода (угарный газ), СО - газ без цвета, вкуса и запаха. Получается при неполном сгорании угрода топлива. Очень ядовитый. Содержится только в искусственных газах.

Тяжелые углеводороды - ряд горючих газов(этан, пропан, бутан и др.тяжелые угводороды характеризуются большой теплотой сгорания, некоторые из них при сравнительно низком давлении перезодят в жидкое состояние и доставляются потребителям в баллонах и систернах.

В негорючую часть газового топлива входят следующие газы: Двуокись углерода ( углекислый газ).

СО2 - газ без цвета, вкуса и запаха со слабым кисловатым вкусом. Азот N2 - газ без цвета, вкуса, запаха.

Кислород О2 - газ без цвета, вкуса, запаха. Сам не горит но поддерживает горение. Содержится в небольшом количестве в некоторых искусственных газах. Некоторую часть газового топлива называют балластом.чем больше в горючих газах балласта, тем хуже их качество. К примесям отнаосятся: пары воды, сероводород, нафталин, смолы.

Для обеспечения наибольшей безопасности при пользовании газом, а также для бесперебойной работы газовых систем и их сооружений газовое топливо должно удовлетворять следующим требованиям:

-обладать постоянным составом и теплотой сгорания.

-содержать возможно меньшее количество вредных примесей. Смолы, пыль, нафталин приводят к скоплениям и пробкам.

-содержать минимальное количество кислорода, который активно разъедает материал газопроводов. Повышенное количество кислорода в газе может вызвать опасность взрыва.

-обладать резким специфическим запахом, необходимым для обнаружения газа.

Газообразное топливо очищают от вредных примесей. Если газ транспортируют на большие расстояния то его предварительно осушают.

Большинство искусственных газов имеет резкий запах, что облегчает обнаружение утечек.

Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его предварительно одорируют, т.е придают ему стойкий, неприятный запах, который ощущается при концентрации в воздухе 1%.

4

В качестве одоранта применяют этилмеркаптан, который содержит до 50% серы. Он идентичен сероводороду и имеет резкий неприятный запах. Средняя норма расхода этилмеркаптана - 16г на 1000 м3 газа при 0° С и давлении 101,3 кПа. Содержание одоранта должно быть таким, чтобы запах его ощущался при наличии в воздухе 1% природного газа (1/5 нижнего предела воспламенения и 0,5 % сжиженного газа.

Очистка от сероводорода.

Содержание сероводорода не должно превышать 2г на 100м3 газа. Существуют сухие и мокрые методы очистки. При сухом методе используют твердые поглотители, при мокром - жидкие.

Осушка газа.

Содержание влаги в газе при его транспортировании вызывает затруднения. Влага может конденсироваться, вызывать ледяные пробки и кристаллогидраты ведущие к коррозии трубопроводов. Для осушки газа применяют абсорбционные методы - поглощение водяных паров жидкостями, адсорбционные методы - поглощение твердыми сорбентами и физические методы - охлаждение.

Широкое применение получил абсорбционный метод.

Природные и искусственные горючие газы.

Горючие газы делят на природные и искусственные. К природным относят газы, добываемые из недр земли, к искусственным получаемые на газовых заводах из твердого и жидкого топлива.

Природные газы скапливаются обычно в верхних слоях газоносных слоев земной коры, в складках горных пород, над слоем нефти. Имеются и чисто газовые месторождения, где нефти нет. Природный газ получают также попутно с нефтью, где его бывает растворено от 10 - 50% от всей массы нефти. В этом случае выделение газа из нефти и его улавливание происходит при понижении давления выходящей из скважины нефти в сепараторах или траппах. Полученный таки образом газ называют попутным или нефтипромысловым.

Газы чисто газовых или газоконденсатных месторождений отличают постоянным химическим составом, высоким содержанием метана (75-98%) и небольшим содержанием углеводородов (этана, пропана). Попутные газы не отличаются постоянством состава и кроме метана содержат значительное (до 60%) количество тяжелых углеводородов. На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют пропан и бутан, которые используют для газоснабжения в виде сжиженного газа. Сжиженные газы получают также из конденсатных месторождений. Распространенным способом получения искусственных горючих газов является сухая перегонка жирных каменных углей. Измельченный уголь без доступа воздуха нагревается до 900-1100° С в специальных печах.

При этом горючие летучие вещества, имеющиеся в топливе, выделяются из него и отсасываются из камер печи, а твердый углерод образует основной продукт перегонки - кокс, который необходим для металлургических печей.

5

Газ, полученный таким способом называется коксовым.

Газовое топливо может быть получено также путем безостановочной газификацией твердого топлива, т.е превращением в газ его горючей, летучей и твердой частей. Безостановочную газификацию топлива производят в установках, называемых газогенераторами, а получаемый в них газ - генераторным. существуют также доменные газы, газы нефтепереработки, газы цветной металлургии, химических производств и др. газы.

Газ выделяемый угольными пластами по энергетическим и другим свойствам не уступает природному газу. В нем содержится 80-98% метана. В настоящее время отсасыванием из шахт извлекается примерно 1/3 метана, основная масса же его удаляется вентиляцией.

Схема магистрального газопровода.

Газ из скважины поступает в сепараторы, где отделяются твердые и жидкие примеси. Далее по промысловым газопроводам газ поступает в коллекторы и в промысловые газораспределительные станции (ПГРС). Здесь газ вновь очищают в масленых пылеуловителях, осушают одорируют и снижают давление газа до расчетного значения, принятого в магистральном газопроводе. Промежуточные компрессорные станции размещают примерно через 150 кмдля возможности проведения ремонтов предусматривают линейную запорную арматуру, которую устанавливают не реже чем через 25 км. Газопровод заканчивается газораспределительной станцией (несколькими станциями), которая подает газ к крупному городу или промышленному комплексу. Для покрытия сезонной неравномерности используют подземные хранилища.

Газопроводы строятся диаметром до 1420мм. Максимальное давление в газопроводе 7,5 Мпа. Перед компрессорными станциями давление снижается до 3-4 МПа.

Магистральные газопроводы выполняют из стальных труб соединенных сваркой.

Хранилища газа.

В летний период подача газа в город превосходит его потребление. Излишки газа направляют в газохранилища. Для хранения газ используют подземные газохранилища.

Для покрытия часовой неравномерности потребления газа используют аккумулирующую емкость последнего участка магистрального газопровода.

Лекция 2

Городские системы газоснабжения.

Городские распределительные системы состоят из следующих элементов: газовых сетей низкого, среднего и высокого давления, газораспределительных станций, газорегуляторных пунктов и установок. В газорегуляторных пунктах и установках давление газа снижают до необходимой величины и автоматически поддерживают постоянным.

6

Основным элементом городских сетей газоснабжения являются газопроводы которые делятся в зависимости от давления на следующие на следующие группы:

1.Газопроводы низкого давления с давлением газа до 5 кПа.

2.Газопроводы среднего давления с давление газа 5Кпа.

3.Газопроводы высокого давления II с давлением от 0,3 до 0,6Мпа. Газопроводы высокого давления I категории от 0,6 до1,2Мпа.

По числу ступеней давления системы газоснабжения подразделяются: 1)одноступенчатые 2)двухступенчатые, состоящие из семей низкого и среднего или низкого и

высокого давления 3)трехступенчатые, состоящие из семей высокого, среднего и низкого

давления.

4)многоступенчатые, состоящие из семей высокого, среднего, низкого, I и

IIкатегории давлений.

Взависимости от назначения городские газопроводы делятся на 3группы:

Распределительные газопроводы. По ним газ подается к промышленным предприятиям, коммунальным предприятиям и в жилые районы. Распределительные сети бывают низкого, среднего и высокого давлений, кольцевые и тупиковые.

Абонентские ответвления подающие газ к отдельным потребителям. Внутридомовые газопроводы транспортирующие газ внутри здания. Газопроводы среднего и высокого давления подают газ через ГРП и

местные разорегуляторные установки (ГРУ) в городские распределительные сети и в газопроводы прмышленных и коммунально - бытовых предприятий.

ГРП располагают в отдельно стоящих зданиях с отоплением и вентиляцией или в специально отапливаемых шкафах. Газорегуляторные пункты располагают в цетрах зон, которые они питают.

Сети низкого давления состоят из кольцевых и тупиковых трубопроводов и абонентских ответвлений. Плотность основных газопроводов принимают такой, чтобы длина абонентских ответвлений до ввода в здание была 50-100м Жилые и общественные здания, а также мелкие предприятия присоединяют неопсредственно к распределительным сетям. Поэтому на вводах газопровода в здания устанавливают только отключающие

устройства.

В зависимости от планировки жилых массивов схема прокладки газопроводов может быть тупиковой или кольцевой.

Сети кольцуют для повышения надежности. В основном следует кольцекать сети высокого и среднего давления. В сетях низкого давления кольцуют только основание газопровода.

Трубы

Для строительства газопроводов применяют стальные безшовные, сварные прямошовные и спирально - шовные трубы. Трубы изготавливают из

7

хорошо сваривающиеся трубы. Нормы на материалы для изготовления труб устанавливают ГОСТ и СНиП.

Минимальный условный диаметр для распределительных газопроводов принимают равным 50 мм, а для ответвлений к потребителям 25мм. Толщина стенки трубы для подземних трубопроводов должна быть не менее 3 мм, а для надземных не менее 2 мм.

Соединение труб осуществляется сваркой. Качество сварных швов контролируется.

Для газоснабжения поселков и сельских населенных пунктов используют полиэтиленовые газопроводы. Трубы соединяют на сварке. Арматуру и конденсатосборники присоединяют стальными вставками.

Переходы газопроводов под железнодорожными и трамвайными путями, автомобильными дорогами, а также при пересечении сплошных препятствий осуществляют из стальных труб. Основным достоинством полиэтиленовых труб является:

1)высокая коррозионная стойкость

2)малая масса

3)легкая обработка труб

4)маленькое гидравлическое сопротивление

Недостатки полиэтиленовых труб: 1)маленькая механическая прочность 2)меньшая температуростойкость

Трубы из цветных сплавов:

Импульсные газопроводы для присоединения контрольноизмерительных приборов и приборов автоматики должны быть, как правило, изготовлены из стальных труб для газопроводов соответствующего давления, однако для их подключения полагается примерить медные, латунные, алюминиевые трубы.

Резиновые и резинотканные рукава.

При эксплуатации установок использующих жидкое топливо, широко применяют гибкие газопроводы. В основном на газонаполнительных станцях,при сливе газа из цистерн, наполнение газом автоцистерн, сливе газа в групповые резервуарные установки, при замене баллонов.

Резиновые и резинотканные рукава обеспечивают безаварийную работу в кратчайший срок, причем главные свойства резины - эластичность.

Арматура.

В зависимости от назначения трубопровода арматура подразделяется на следующие основные классы

1.Запорная арматура, предназначенная для полного перекрытия потока среды.

2.Регулирующая, управляющая давлением или расходом путем уменьшения проходного сечения.

8

3.Предохранительная, обеспечивающая частичный выпуск среды в случае необходимости или полное прекращение подачи для предотвращения повышения давления, а также недопустимы по технологическим соображениям обратный поток воды.

4.Резервуарная, контрольная и прочая арматура различного назначения. Наиболее часто применяемыми типами запорной арматуры являются

задвижки, краны, вентили. На газопроводах низкого давления допустимо применение гидрозатворов.

Задвижки. Преимущества. Незначительное гидравлическое сопротивление, простота обслуживания, возможность подачи среды в любом направлении.

Недостатки. Небольшой допускаемый перепад давления по сравнению с вентилями, невысокая скорость срабатывания затвора, возможность получения гидравлического удара в конце хода.

Задвижки бывают клиновые и паралельные.

Краны.

Любой кран имеет две основные детали неподвижный корпус и вращающуюся пробку.

В зависимости от геометрической формы уплотнительных поверхностей затвора краны разделяются на три основных типа конические, цилиндрические и шаровые. В газовом хозяйстве применяются конические и шаровые.

Вентили.

Преимущества. Возможность работы при больших перепадах давления, простота конструкции, обслуживания и ремонта, небольшой размер и масса, герметичность, возможность использования в качестве регулирующего органа, безопасность при гидравлическом ударе.

Недостатки. Высокое гидравлическое сопротивление, большая строительная длина по сравнению с задвижками, подача среды только в одном направлении.

Гидравлические затворы.

Применяются только на подземных газопроводах низкого давления. В настоящее время используются только стальные гидрозатворы. Их соединяют с газопроводом сваркой.

Если гидрозатвор установлен в нижней точке газопровода, он может быть использован одновременно как конденсатосборник. Гидрозатвор устанавливают на ответвлениях к объектам или на вводах в здания.

Выбор арматуры.

Конструкция применяемой арматуры и материал, из которого она изготовлена, должны обеспечивать надежную и безопасную эксплуатацию систем газоснабжения при заданных параметрах, т.к взрыво и пожароопасность горючих газов предъявляют к запорной арматуре повышенные требования.

9

Следовательно, арматура, используемая на газопроводах должна быть предназначена для газовой среды.

Основными требованиями, предъявляемыми к запорной арматуре, которую устанавливают на газопроводах являются прочность и герметичность, отключение независимо от направления движения газов, коррозионная стойкость, взрывобезопасность, надежность работы, простота обслуживания, быстрота закрывания и открывания, минимальное гидравлическое сопротивление проходу газа, возможность регулирования прохода газа, небольшая длина, небольшая масса.

Способы присоединения арматуры.

Основные способы - фланцевое, муфтовое, сварное. Все они кроме сварного разъемные.

На наружных газопроводах фланцевые соединения применяют только для установки задвижек, кранов и другой арматуры. Резьбовое соединение используют в местах установки кранов, пробок, муфт на конденсатосборниках и гидрозатворах, запорной арматуре, КИП и оборудования.

Разъемные соединения должны быть доступны для осмотра и ремонта. Уплотнительные материалы.

Для уплотнения фланцевых соединений следует применять прокладки из паронита, резины и других материалов.

Для уплотнения резьбовых соединений следует применять льняную чесаную прядь, которая обмазывается суриком или свинцовыми белилами.

Для уплотнения сальников, футляров и мест прохода газопровода через стены и фундаменты сооружений используют смоляную ил битумноизолированную пеньковую прядь.

Коверы служат для защиты от механических повреждений устройств газопроводов, выходящих на поверхность земли.

Предохранительные муфты их двух свариваемых полумуфт устанавливают с целью повышения эксплуатационной надежности газопроводов при неуверенности в сварных швах.

Компенсаторы применяют с целью снижения напряжений, вызываемых колебаниями температуры грунта на фланцы чугунной арматуры, а также для возможности демонтажа, смены прокладок с последующей их установкой. Наиболее широко используют линзовые компенсаторы, которые устанавливают на подземные газопроводы в колодцах совместно с арматурой. Применять на подземных газопроводах сальниковые компенсаторы запрещено.

Футляры на газопроводах используют при пересечении железных, магистральных и шоссейных дорог, ненапорных коллекторах, колодцев и т.д.

Лекция 3 Устройство наружных газопроводов.

Подземные газопроводы.

10

По территории городов и населенных пунктов газопроводы прокладываются в грунте, по городским проездам, в технической зоне ил полосе зеленых насаждений. Газопроводы высокого давления следует прокладывать в районах с малой плотностью застройки и малой насыщенностью другими коммуникациями.

Минимальное расстояние по горизонтали до зданий и сооружений следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.07.01-89.

Допускается уменьшение до 50% расстояний указанных в СниП при прокладке в стесненных условиях.

В этих случаях на участках сближения и по 5м в каждую сторону от этих участков следует предусматривать.

1.Применение бесшовных или электросварных труб, прошедших100% контроль заводского сварного соединения разрушающими методами или электросварных труб, не прошедших такого контроля, но проложенных в футляре.

2.Проверку всех монтажных стыков неразрушающими методами контроля.

Расстояние от газопровода до наружных стенок колодцев и камер других подземных инженерных сооружений следует принимать не менее 0,3м.

Допускается укладка нескольких газопроводов в одной траншее. Расстояние между ними в свету должно быть достаточным для ремонта и монтажа трубопроводов.

Расстояние по вертикали в свету при пересечении газопроводов всех давлений с подземными инженерными сетями следует принимать не менее

0,2м.

В местах пересечения газопроводами каналов теплосети, коллекторов, тоннелей газопровод прокладывают в футляре, выходящем на 2м в обе стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений, а также проверку неразрушающими методами контроля всех сварных стыков в пределах пересечения и по 5м в стороны от наружных стенок пересекаемых сооружений. На одном конце футляра следует предусматривать контрольную трубку, выходящую под защитное устройство.

Глубину прокладки газопроводов следует принимать не менее 0,8м до верха газопровода или футляра. Прокладка газопроводов, транспортирующих влажный газ, должны предусматривать ниже зоны сезонного промерзания грунта с уклоном к конденсатосборникам не менее 0,002.

Надземные газопроводы.

Для газопроводов промышленных и коммунальных предприятий целесообразно применять надземную прокладку на отдельно стоящих опорах, этажерках, колоннах или по стенам зданий.

По стенам газифицируемых жилых и общественных зданий допустима прокладка газопроводов с давление не более 0,3 Мпа.

Газопроводы высокого давления до 0,6 Мпа можно прокладывать только по глухим стенам или под окнами верхних этажей производственных зданий.