Книги / А.А. Ионин, В.А. Жила, В.В. Артихович, М.Г. Пшоник ГАЗОСНАБЖЕНИЕ. Под общей редакцией профессора В.А. Жилы

Рецензенты:

декан факультета теплоэнергообеспечения Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета доктор технических наук профессор Н.В. Мензелинцева;

зам. начальника Управления по надзоруза взрывопожароопасными и химически опасными объектами – начальник отдела по надзору за объектами газораспределения и газопотребления Росгортехнадзора РФ А.А. Феоктистов;

заведующий кафедрой теплогазоснабжения Саратовского государственного технологического университета доктор технических наук профессор Б.Н. Курицын;

доцент кафедры «Газоснабжение и местные виды топлива» Государственного института повышения квалификации «ГАЗИНСТИТУТ» кандидат технических наук А.Я. Савастиенок.

Ионин А.А., Жила В.А., Артихович В.В., Пшоник М.Г.

Газоснабжение: учебник для студентов вузов по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция». – М.: Изд-во АСВ, 2013. – 472 с.

ISBN 978–5–93093–729–9

В учебнике изложены основы проектирования, расчета и эксплуатации систем газораспределения и газопотребления. Рассмотрено основное оборудование газовых сетей и газогорелочных устройств. Проанализированы режимы работы газовых сетей и оборудования, приводятся примеры гидравлического расчета газопроводов низкого и среднего давления, даются основы теории сжигания газа, приводится устройство и расчет газогорелочных устройств.

Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство», для специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Книга может быть полезна для инженерно-технических работников газовых хозяйств, проектировщиков систем газораспределения и газопотребления.

Профессор Александр Александрович Ионин

А.А. Ионин окончил с отличием факультет теплогазоснабжения и вентиляции МИИГСа в 1946 г., защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук в 1952 г., а в 1967 г. – на соискание доктора технических наук, с 1953 г. – доцент, с 1968 г. – профессор, с 1994 г. – почетный профессор МГСУ.

А.А. Ионин – известный ученый, специалист в области газоснабжения и теплоснабжения, общепризнанный основатель школы научных работников в об-

ласти газоснабжения городов и промышленности, а также школы по исследованию, созданию и оптимизации надежных газо- и теплотранспортных систем. Ионин был в первых рядах научных работников, которые в начальный период газификации страны решали проблему эффективного сжигания природного газа в установках жилых зданий и отопи- тельно-производственных котлах. Результаты экспериментальных и теоретических исследований были обобщены и опубликованы в одной из первых отечественных работ по газогорелочным устройствам (1951) Им разработаны теория и метод расчета эжекционных газовых горелок, обоснованный значительным экспериментальным материалом, результаты опубликованы в статьях и обобщающей научной монографии (1963). Газификация Советского Союза проводилась на базе природного газа, в то время как в Европе использовали быстрогорящий коксовый газ. В результате в самом начале газификации страны возникла задача коренного переоборудования существующих газогорелочных устройств. В решении этой задачи значителен вклад Ионина. В дальнейших исследованиях совместно с аспирантами был решен ряд научных задач по рациональному сжиганию природного газа.

Иониным создан курс и написан учебник для вузов по газоснабжению, который вышел в 1965 г. и явился первым полным и обобщающим научным трудом по городским и промышленным системам, включая вопросы теории и практики сжигания газа. В 1989 г. вышло в свет четвертое издание этого учебника, в котором завершен процесс формирования специализации по газоснабжению как с технологических позиций, так и в направлении компьютеризации и автоматизации проектирования и управления распределительными системами газоснабжения.

3

Этот учебник является первым и до настоящего времени единственным для вузов России. Материал учебника и его объем (36 авторских листов) рассчитаны не только на студентов, но и на аспирантов и молодых преподавателей.

Более 30 лет Ионин вел со своими учениками научные исследования по надежности тепловых и газовых сетей. Им созданы в этой области новое научное направление и научная школа. В изданных статьях и монографиях положены научные исследования по надежности сетей, а также разработана система нормирования и нормативы надежности

(1989–1995).

В1982 г. под редакцией и с участием Ионина издан учебник для строительных вузов по курсу «Теплоснабжение». В этом курсе и при дальнейшей работе над ним Ионин развил идею алгоритмического построения дисциплины, приспособленное к компьютерным вычислениям.

А.А. Иониным написано 129 научных и научно-методических работ, из них: 14 книг, 16 научно-методических работ, 6 авторских свидетельств. Общий объем печатных работ – 290 авторских листов. Подготовлено 4 доктора наук и 22 кандидата. В 2000 г. присвоено звание заслуженного деятеля науки РФ.

Втечение 15 лет А.А. Ионин заведовал кафедрой «Теплофикация и газоснабжение». Была развита лаборатория, создана необходимая методическая документация; активно велась научно-исследовательская работа.

18 лет Ионин работал членом Экспертного совета ВАК.

Александр Александрович Ионин выполнял научную работу по надежности систем газоснабжения и теплоснабжения и вел исследования по разработке статистических и вероятностных методов диагностики состояния подземных трубопроводов без их вскрытия, читал курсы лекций, руководил проектированием и аспирантами. Педагогический стаж работы в МГСУ – 55 лет.

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина «Газоснабжение» – одна из профилирующих при подготовке специалистов по теплоснабжению и вентиляции. Она основана на положениях ряда теоретических и прикладных дисциплин. К ним относятся: физика, химия, термодинамика, гидравлика, аэродинамика, электротехника.

Дисциплина «Газоснабжение» тесно связана со специальными техническими дисциплинами, составляющими специальность «Теплогазоснабжение и вентиляция»: «Теплогенерирующие установки», «Теплоснабжение», «Отопление», «Вентиляция», «Кондиционирование воздуха и холодоснабжение», «Автоматизация и управление процессами теплогазоснабжения и вентиляции». В нее входят в сокращенном виде многие смежные элементы перечисленных дисциплин, а также вопросы экономики, использования вычислительной техники, производства монтажных работ, подробно рассматриваемые в соответствующих курсах.

Предыдущий учебник «Газоснабжение», разработанный профессором, доктором технических наук А.А. Иониным, вышел в свет в 1989 г. За последние десятилетия возрождения в России рыночной экономики произошли глубочайшие изменения, в том числе в области строительной индустрии. Заметно выросли объемы строительства, изменилось соотношение в использовании отечественной и зарубежной техники. Появились новые виды газового оборудования и технологий, зачастую не имевших ранее аналогов в России. Все это должно было найти свое отражение в новой редакции учебника.

Настоящий учебник разработан на кафедре теплофикации и газоснабжения Московского государственного строительного университета (МГСУ) в соответствии с действующей программой на основе курса лекций, читаемых профессором, доктором технических наук А.А. Иониным. Без изменения базовых теоретических и методических основ курса с учетом современных тенденций в системе газоснабжения данный курс на кафедре теплофикации и газоснабжения ведет профессор В.А. Жила.

Авторы не считали необходимым давать подробные описания непрерывно модернизирующегося оборудования, справочные данные, таблицы, графики, номограммы. Исключения составляют отдельные конкретные сведения, необходимые для примеров и пояснений конструкций и физических явлений.

Отдельные разделы содержат практические примеры расчета систем газоснабжения и их оборудования.

Авторы приносят благодарность инженерам А.В. Ковшуле, Н.А. Маевскому, С.А. Постуховой, Ю.Г. Маркевич за техническую помощь в оформлении учебника.

5

Авторы выражают глубокую признательность рецензентам – заведующему кафедрой теплогазоснабжения Саратовского государственного технологического университета доктору технических наук, профессору Б.Н. Курицыну, декану факультета теплоэнергообеспечения Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета профессору, доктору технических наук Н.В. Мензелинцевой, заместителю начальника управления – начальнику отдела по надзору за объектами газораспределения и газопотребления Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору А.А. Феоктистову за ценные советы и замечания, сделанные при рецензировании рукописи учебника.

6

ВВЕДЕНИЕ

Россия – ведущая газовая держава мира. Это касается всех основных показателей – обеспеченность геологическими ресурсами и разведанными запасами природного газа, объемов его добычи, транспорта и экспорта. И только по потреблению газа Россия стоит на втором месте в мире после США, хотя и потребляет газа больше, чем все 15 стран Европейского Союза, вместе взятые.

Ресурс потенциала России может не только полностью обеспечить свои потребности в газе на многие десятилетия, но и выступать гарантом энергетической безопасности тех стран, которые сотрудничают с нами в этой области – заключили межправительственные соглашения на поставку российского газа.

Начальные суммарные ресурсы природного газа России (суша и шельф) оцениваются в 236 трлн м3. Из них по состоянию на 01.01.2006 г. накопленная добыча составляет свыше 14 трлн м3, разведанные запасы – 47,7 трлн м3, что составляет 26,7% всех мировых разведанных запасов. Перспективные и прогнозные ресурсы составляют более 170 трлн м3. Разведанные запасы газа в основном сосредоточены в Западной Сибири (77,4%). Основные прогнозные ресурсы приходятся на Западную и Восточную Сибирь, Дальний Восток, шельф Карского, Баренцева и Охотского морей.

Основными факторами, определяющими развитие газовой промышленности в энергетической стратегии, являются ценовая, налоговая политика государства, формирование конкурентного рынка газа и система недропользования.

Основа газовой отрасли – Единая система газоснабжения (ЕСГ) страны. ЕСГ целенаправленно формировалась как единый технологический комплекс, включающий все этапы доведения газа от пласта до конечного потребителя – добычу, транспорт, переработку, распределение с централизованным и одновременно многоуровневым управлением и обеспечивающий непрерывный цикл подачи топлива от газовой скважины до конечного потребителя.

Природный газ является наиболее эффективным и экологически чистым видом топлива. Эксперты Международной топливноэнергетической ассоциации (МТЭА) провозгласили XXI век эпохой метана. Это означает, что природный газ должен стать в ближайшем будущем основой перестройки на новых принципах всего энергетического хозяйства мира. Доля природного газа в топливно-энергети-

7

ческом балансе будет возрастать во всех странах мира. Разведанные запасы природного газа в России создают прочную основу для дальнейшего развития газоснабжения. Природный газ будет иметь первостепенное значение в промышленности, энергетике и коммуналь- но-бытовом секторе России.

Доля природного газа в мировой структуре теплового баланса к 2025 г. превысит 25%. Природный газ вытеснит на третье место уголь. Нефть составит около 38% в топливном мировом балансе.

Использование возобновляемых видов энергии будет увеличиваться достаточно высокими темпами, близкими к природному газу, но по абсолютным объемам они будут уступать ископаемым видам топлива.

Внашей стране сосредоточено 30% доказанных и свыше 40% прогнозных мировых запасов газа. Однако по уровню газификации мы отстаем от западных стран.

Уровень газификации в среднем в России находится в пределах 74%. Это с учетом сжиженного газа. По природному газу уровень газификации составляет 54% (в городах 61%, а в селах лишь 36%). Программа газификации предполагает улучшить качество жизни более 11 млн россиян.

Россия – ведущая мировая энергетическая держава. Ей принадлежит 27% мировых запасов энергетических ресурсов.

Структура потребления энергоресурсов в мире и в России различаются. Основа нашей энергетики – газ (52%), тогда как в мировой системе этот сектор более чем вдвое меньше за счет использования нефти, углей и ядерной энергии (рис. 1).

Вближайшее десятилетие душевое энергопотребление не будет возрастать, а приблизится к показателю 2,5 тонны условного топлива на человека. Потребление энергии различается между развитыми

иразвивающимися странами примерно в семь раз. Но эта разница постепенно сокращается. Развитые государства будут снижать потребление энергии, а развивающиеся – увеличивать.

До 2020 года цена на нефть будет расти. Возможно до 100…120 долларов США за баррель. К 2020 году мировая нефтяная промышленность перейдет в качественно иное состояние – ее рост сменится системным падением. Произойдет смена энергетического уклада. Как в свое время нефтяной уклад пришел на смену угольному, произойдет смена нефтяного уклада на газовый. А еще через какой-то период мир перейдет к неуглеводородному укладу. История показывает, что протяженность энергетического уклада равна 80 годам. Это

8

означает, что практически до конца XXI столетия на энергетическом рынке будет доминировать газ.

Россия в период зимних холодов сталкивается с реальной угрозой нехватки газа для внутреннего потребления. С другой стороны, подписан контракт с Китаем, предусматривающий поставки значительного количества газа из Западной Сибири. В российском газе нуждаются страны Западной Европы.

Рис. 1. Структура потребления энергоресурсов

9