10713

Еще одно преимущество полиэтиленовых труб – это простота их монтажа. Соединение может быть разъемным или неразъемным, и выполняется несколькими способами. [7]Стоимость готового трубопровода в 2-3 раза дешевле стального, а время монтажа сокращается в 10 раз. Ни один из вариантов соединения не ухудшает его прочность и пропускную способность.

Полиэтилен имеет резистентность к агрессивным химическим веществам и не нуждается в дополнительной электрохимической защите; не нуждаются в монтаже гидроизоляционных материалов, так как сами обладают отличными характеристиками.

Покрытие газопроводов обмазкой на основе эпоксидной смолы Одним из способов, продлевающих срок эксплуатации газопроводов,

а, следовательно, уменьшающих вероятность возникновения аварийных выбросов и утечек природного газа в воздушную среду, является внутреннее гладкостное покрытие труб на основе эпоксидной смолы. Выделяют следующие основные технологические и эксплуатационные преимущества при использовании такого покрытия труб:

улучшение гидравлических характеристик потока газа посредством уменьшения его турбулизации в пристенной зоне;

повышение производительности газопроводов;

повышение надежности газопроводов посредством уменьшения давления при той же производительности;

предотвращение образования коррозии в процессе хранения труб и сооружения газопроводов;

уменьшение затрудняющих перекачку газа отложений водного

иуглеводородного конденсата на внутренней поверхности труб за счет снижения адгезии;

сохранение чистоты газа и снижение забивки и повреждений фильтров, измерительных приборов, запорных и регулирующих устройств;

предотвращение ухудшения поверхности труб.

При этом достоинства газопроводов из труб с гладкостным покрытием особенно проявляются при большой их протяженности и высоком рабочем давлении порядка 9,8-25,0 МПа.

Использование биоразлагаемых заглушек Компанией АО «МЕТАКЛЭЙ» разработан материал Метален-Био,

состоящий из полиэтилена, комплекса добавок и наносиликата. Метален-Био будет использоваться для производства биозаглу-

шек газопроводных труб взамен существующим заглушкам из обычного полимерного материала. Заглушки защищают полость труб от попадания мусора и влаги при транспортировке и хранении. Метален-Био позволит оставлять заглушки на местах прокладки трубопроводов после их использования. Под действием УФ-излучения материал будет разрушаться на молекулярном уровне и превращаться в порошок. После измельчения ма-

330

териала в процесс будут вступать микроорганизмы, перерабатывающие крахмалы, заранее помещенные в Метален-Био. В результате будет экономия средств на утилизацию заглушек, учитывая большие расстояния и суровые климатические условия территорий прокладки газопроводов.

"Северо-европейский" газопровод Для сооружения газопровода приняты стальные трубы класса проч-

ности К 60 диаметром 1220 мм и толщиной 36 мм с наружным трехслойным антикоррозионным покрытием толщиной 5.0 мм в виде полиэтилена и внутренним эпоксидным покрытием. Всё это будет армировано слоем бетона толщиной 80-100 мм.

Сталь, которая выбрана в рамках проекта для изготовления труб, — уникальна. Металлургам далеко не сразу удалось создать материал с таким запасом прочности и эластичности. Кроме того, внутреннюю поверхность трубы обработали таким образом, что шероховатость металла стала ниже шести микрон. Один микрон — тысячная часть миллиметра. Чтобы добиться такого показателя, сначала труба полируется механически, а затем на металл наносится специальное полимерное гладкостное покрытие. На трубу нанесено специальное внешнее антикоррозийное и бетонное покрытие. Бетонное покрытие производится из высокоплотной железной руды, которая измельчается, смешивается с цементом и наносится на трубу. В результате труба оказывается в армированной спиральной оболочке, залитой бетоном, и затем в течение суток обрабатывается паром в специальных тоннелях. Обетонирование решает сразу несколько задач. Во-первых, удерживает газопровод на морском дне и фиксирует трубу, чтобы ее не сносило течением. Во-вторых, играет роль изоляции, защищающей магистраль от внешних механических повреждений.

Газопровод "Голубой поток"

Диаметр трубы газопровода: равнинная часть сухопутного участка - 1400 мм, горная часть сухопутного участка - 1200 мм, морской участок-

из высококачественной коррозийно-стойкой стали. Обетонирование поверхности не производилось. Металлическая труба была облицована снаружи полиэтиленовым слоем. Изнутри нанесен состав на основе эпоксидной смолы.

Газопровод "Турецкий поток"

«Турецкий поток» станет первым морским газопроводом с диаметром труб 81 см.

331

Рисунок 1 - Строение газопровода "Турецкий поток"

Морской газопровод будет состоять из двух параллельных ниток. Пропускная способность каждой из них составит 15,75 млрд м3 в год. Для укладки одной нитки потребуется тысячи труб диаметром 81 см и весом около 9 т каждая. Трубы изготавливаются из марганцево-углеродистой стали толщиной 39 мм. Повышенная прочность стали обеспечивается путем ее термической обработки. Трубы для укладки морского газопровода на прибрежных участках будут иметь дополнительное защитное бетонное покрытие.

Заключение Экологические риски в газовой промышленности проявляются в ви-

де аварийных выбросов и утечек природного газа и попадания продуктов его горения в воздушную среду, оказывающих негативное воздействие на человека. Чтобы обеспечить необходимую безопасность требуется применение новых материалов и технологий при строительстве газопроводов.[2] Если рассматривать экономическую целесообразность использования приведенных материалов, то на основе анализа рынка, были получены

следующие показатели:

цена полиэтиленовых труб почти в 1,5 раза дешевле стальных труб ( 1 куб. метр)

использование покрытия на основе эпоксидной смолы делает дороже изготовление в 1,5 раза

332

использование биоразлагаемых заглушек по стоимости практически идентично использованию заглушек, применяемых на данный момент

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Дерцекян А.К., «Справочник по проектированию магистральных трубопроводов». Ленинград, «Недра», 1977318c.

2.Шмаль, А. Г. Методологические основы создания системы экологической безопасности территории. / А. Г. Шмаль. - Бронницы: - МП

«ИКЦ» БНТВ, 2000. - 216 с.

3.Хоружая, Т. А. Оценка экологической опасности. / Т. А. Хоружая

-М.: «Книга сервис», 2002. - 208 с.

4.Хотунцев Ю.Л.: Экология и экологическая безопасность 6. Учебное пособие для вузов / - Москва : Академия, 2002. - 479с.

5.СНиП 23-01-99 Строительная климатология.- М.: Госстрой Рос-

сии, 2005-70г.

6.СНиП 42-01-2002 Газораспределительные системы.: ГОССТРОЙ РОССИИ Москва 2004 г.

7.СП 42-102-2004 Проектирования и строительства газопроводов из металлических труб.

8.СП 42-101-2003 Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем и металлических полиэтиленовых труб.

СЕНЬКОВА Н.А.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

senkova318@mail.ru.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗА

Одной из особенностей современного развития в области энергетики является повышенное внимание мирового сообщества к проблемам рациональности и эффективности использования энергоресурсов, внедрения технологий энерго- и ресурсосбережения, а также поиска возобновляемых источников энергии. Сегодня развитие возобновляемой энергетики в мире приняло ускоренный характер. С одной стороны, это связано с ограниченностью геологических запасов основных видов топливных ресурсов – нефти и газа, что приводит к неизбежному росту цен на них. С другой стороны, с ростом негативного влияния экологических факторов, вызванных

333

последствиями жизнедеятельности человека. Биотопливо занимает особое и очень важное место в структуре возобновляемых источников энергии.

Биогаз – это горючая газовая смесь, состоящая из 50…70 % метана (CH4), которая образуется из органических субстанций в результате анаэробного и микробиологического процесса. Также в состав биогаза входят 30…40 % углекислого газа (CO2) и небольшие количества сероводорода (Н2S), аммиака (NH3), водорода (H2) и оксида углерода (CO).

В настоящее время получение биогаза связано, прежде всего, с переработкой и утилизацией отходов животноводства, птицеводства, растениеводства, пищевой, спиртовой промышленности, коммунально-бытовых стоков и осадков.

Биогаз возникает при ферментации органических веществ, если органический материал складируется без доступа воздуха (анаэробно), то при воздействии связывающих метан бактерий (кокки, палочки, спирали, спирохеты, микоплазмы и нитевые бактерии) начинается биологический процесс, так образуется газ.

Биогаз является продуктом обмена веществ бактерий, образовывающийся вследствие разложения ими органического субстрата. Процесс разложения можно разделить на следующие 4 этапа, в каждом из которых участие принимают много разных групп бактерий.

1.На первом этапе аэробные бактерии перестраивают высокомолекулярные органические субстанции (белок, углеводы, жиры, целлюлозу) с помощью энзимов на низкомолекулярные соединения, такие как сахар, аминокислоты, жирные кислоты и воду. Энзимы, выделенные гидролизными бактериями, прикрепляются к внешней стенке бактерий (так называемые экзоферменты) и при этом расщепляют органические составляющие субстрата на малые водорастворимые молекулы. Полимеры (многомолекулярные образования) превращаются в одномеры (отдельные молекулы). Этот процесс, получивший название гидролиз, имеет медленное течение и зависит от внеклеточных энзимов. На процесс влияет уровень рН (4,5…6)

ивремя пребывания в резервуаре.

2.Далее на втором этапе расщеплением занимаются кислотообразующие бактерии. Отдельные молекулы проникают в клетки бактерий, где они продолжают разлагаться. В этом процессе частично принимают участие анаэробные бактерии, употребляющие остатки кислорода и образующие тем самым необходимые для метановых бактерий анаэробные условия. При уровне рН 6…7,5 вырабатываются в первую очередь нестойкие жирные, низкомолекулярные алкоголи – этанол и газы – двуокись углерода, углерод, сероводород и аммиак. Этот этап называют фазой окисления (уровень рН понижается).

3.После этого на третьем этапе кислотообразующие бактерии с органических кислот создают исходные продукты для образования метана, а именно: уксусной кислоты, двуокиси углерода и углерод. Такие бактерии,

334

понижающие количество углерода, являются очень чувствительными к температуре.

4. На последнем четвертом этапе образуются метан, двуокись углерода и вода, как продукты жизнедеятельности метановых бактерий с уксусной и муравьиной кислоты, углерода и водорода. Отметим, что до 90 % всего метана вырабатывается на этом этапе, из них 70 % происходит из уксусной кислоты. Таким образом, образование уксусной кислоты (т.е. третий этап расщепления) является фактором, определяющим скорость образования метана.

В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы биологического разложения органических веществ в анаэробных (без доступа воздуха) условиях под воздействием особой группы анаэробных бактерий. Эти процессы сопровождаются минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих органических соединений с получением минеральных форм азота, фосфора и калия, наиболее доступных для растений, с полным уничтожением патогенной (болезнетворной) микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, специфических фекальных запахов, нитратов и нитритов. Процесс образования биогаза и удобрений осуществляется в специальных биореакторах – метантенках.

Как известно, у метанообразующих бактерий необычный состав клеточных стенок, совершенно своеобразный обмен веществ, свои, уникальные ферменты и коферменты, не встречающиеся у других живых существ.

Во всех прочих отношениях анаэробная ферментация ничуть не хуже компостирования. А самое важное – что таким способом прекрасно перерабатывается навоз с ферм. В процессе биологической, термофильной, метангенерирующей обработки органических отходов образуются экологически чистые, жидкие, высокоэффективные органические удобрения. Эти удобрения содержат минерализованный азот в виде солей аммония (наиболее легко усвояемая форма азота), минерализованные фосфор, калий и другие, необходимые для растения биогенные макро – и микроэлементы, биологически активные вещества, витамины, аминокислоты, гуминоподобные соединения, структурирующие почву.

Полученный биогаз используют в качестве топлива для производства электроэнергии, теплоты или пара, а также в качестве автомобильного топлива. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании, где доля биогаза в общем энергобалансе страны составляет до 18 %. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок биогаза ведущее место занимает Германия, где их насчитывается свыше 8 миллионов (вообще не менее половины птицеферм Западной Европы отапливается биогазом). В области малых установок биогаза лидирующее положение в мире занимает Китай, где еще в конце 90-х годов ХХ века их

335

там насчитывалось более 10 миллионов. Сегодня их применение позволяет заменить в КНР до 10,9 миллионов тонн условного топлива.

Для заправки автомобилей устанавливается дополнительная система очистки биогаза, после чего его можно использовать как топливо. Очищенным биогазом можно заправлять технику, что очень актуально в настоящее время, в условиях постоянного роста цен на солярку. Побочный продукт очистки – углекислый газ, от которого тоже можно получить некоторую прибыль – использовать как сухой лед в бытовых или в технических целях.

Из 1 м3 биогаза можно получить около 2 кВт электроэнергии, а теплоту от сжигания газа можно тратить на обогрев помещений, содержание теплиц и скота в сельской местности, для работы рефрижераторов на предприятии. В переброженной массе минерализация составляет 60 %, в обычном навозе – до 40 %. Такие сбалансированные удобрения повышают урожайность на 30…50 %.

Россия ежегодно накапливает до 300 миллионов тонн органических отходов в сухом эквиваленте. Эти отходы могут быть сырьем для производства биогаза. Оцениваемый потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 миллиардов кубометров.

Внашей стране во многих населенных пунктах нет полного обеспечения природным газом. Биогазовые установки станут неплохим подспорьем в хозяйстве. К тому же сырьем для нее станет то, чего всегда в избытке: навоз, пищевые отходы, опавшая листва, сгнившее зерно, ботва и т.п. Производство биогаза особенно эффективно в агропромышленных комплексах, где обеспечивается практически замкнутый технологический цикл.

Взаключении стоит отметить, что при применении биогаза экономятся мазут, уголь, электроэнергия и другие энергоносители. Внедрение биогазовых установок улучшает экологическую обстановку на животноводческих фермах, птицефабриках и на прилегающих территориях, предотвращаются вредные стоки в балки, озера, овраги, в малые и крупные реки, где улучшается среда обитания.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Баадер В., Доне Е., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика / Пер. с нем. и предисловие М.И. Серебряного. – М.: Колос, 1982. – 148 с.

2.Кирюшатов, А.И. Использование нетрадиционных возобновляющихся источников энергии в сельскохозяйственном производстве / А.И. Кирюшатов. – Москва: Агропромиздат, 1991. – 96 с.

3.Тихонравов, В. С. Ресурсосберегающие биотехнологии производства альтернативных видов топлива в животноводстве: науч. аналит. Обзор

/В.С. Тихонравов. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. – 52 с.

336

СОКОЛОВ М.М., к.т.н., доцент кафедры теплогазоснабжения; ЖАРНАКОВ А.С., магистрант; КОЧЕВА Е.А., аспирант кафедры теплогазоснабжения; ФЕДОТОВ А.А., аспирант кафедры теплогазоснабжения

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, ariam1985@list.ru

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ПРАВОСЛАВНЫХ ХРАМОВ

Несомненно, одними из самых восхищающих и завораживающих памятников архитектуры являются православные храмы. Их монументальные образы, прошедшие тысячелетний временной рубеж во все времена были прочно связаны с культурой и духовностью русского народа. Каждый храм без исключения уникален, и к каждому необходимо искать особый подход, независимо от того, происходит реставрация, реконструкция или новое строительство. Все вышеперечисленное относится и к инженерным коммуникациям, поскольку исчезают границы между летним и зимним храмом, а печное отопление сменяется водяным.

Применение современных инженерных коммуникаций должно отвечать следующей цели: сохранение культурного наследия и эффективное использование энергетических ресурсов. Реализация данной цели должна сопровождаться разработкой теоретических основ, а также практических методик и рекомендаций в данном направлении [1].

Для достижения поставленной цели необходимо провести комплексный анализ каждого исследуемого сооружения, который включает в себя:

∙анализ архитектурных форм и стилевых особенностей (тип храма, наличие или отсутствие подклета, расположение помещений и т.д.)

∙оценку возможности применения систем естественной вентиляции для снижения затрат на потребляемую храмом электрическую энергию;

∙оценку возможности применения возобновляемых источников энергии. Для проведения комплексного анализа в настоящий момент на ка-

федре теплогазоснабжения ННГАСУ (руководитель: д.т.н., профессор, зав. кафедрой Кочев А.Г.) ведутся исследования по следующим направлениям:

∙исследования внешней и внутренней аэродинамики храма;

∙изучения микроклимата подклетов храмов;

∙применение возобновляемых источников энергии в храмах.

Установка систем естественной вентиляции возможна, если известна аэродинамическая характеристика здания (поля аэродинамических коэффициентов в характерных точках - оконных проемах). Определить данную характеристику можно только с помощью экспериментальных исследова-

337

ний в аэродинамической трубе для макета каждого храма [2,3]. Составление теплового баланса в храме также является сложной задачей, поскольку важно учитывать не только теплопотери через ограждающие конструкции, но и тепловыделения от людей, свечей и лампад, которые существенно меняются в течение дня, а максимальных значений достигают во время престольных праздников [4]. Большое внимание следует уделить микроклимату подклета (подвальных помещений) храма, т.к. при поддержании в нем требуемых параметров, можно добиться общего снижения теплопотерь в храме [5]. Фрагменты проводимых исследований представлены на рисунке

1.

Рисунок 1 – Примеры исследований: а) лабораторные аэродинамические испытания; б) визуальная оценка воздействия сажи от свечей на стены храма; в) лабораторная осушка кирпичной кладки с помощью тепловых пушек; г) оценка одного из результатов натурных исследований по определению расхода свечей.

В качестве примера для демонстрации проведения комплексного анализа рассмотрим храм, прототипом для которого послужила церковь Державной Божьей Матери, расположенная в поселке «Память Парижской Коммуны» Борского района Нижегородской области (рисунок 2).

338

Рисунок 2 – Фасад рассматриваемого храма

Это храм типа «корабль» (базилика) имеет последовательное расположения прихода, молельного зала и алтаря. Важным моментом является наличие достаточного места в техническом помещении храма для расположения инженерного оборудования, в то время как подклет отсутствует.

Поскольку наиболее высокой частью храма является молельный зал, над которым, как правило, возвышаются барабаны и купола, приход и алтарь не всегда могут быть вовлечены в общую систему естественной вентиляции. Алтарь отделен от храма иконостасом, а приход - дверями. Однако иконостас не всегда является глухой стеной, а также, над ним могут быть установлены переточные решетки для перетекания воздуха из алтаря в молельный зал с последующим удалением его через барабан храма. Приток в алтарь, как и молельный зал, может осуществляться через фрамуги в нижнем ярусе оконных проемов, расположенных в нем. Также приход и молельный зал могут не иметь перегородок в виде дверей (как в данном примере), а в случае их наличия, могут быть также использованы переточные решетки, установленные над дверями.

В данном храме устанавливается система аэрации, которая представляет собой увязанную расчетом систему приточных и вытяжных фрамуг, расположенных в данном случае в нижнем ярусе оконных проемов (4 приточных фрамуги в 3-х окнах) и в барабане храма (4 вытяжных фрамуги в 4- х окнах барабана храма). Данная система работает без потребления элек-

339