Важными свойствами газообразного топлива, влияющими на условия его использования, являются токсичность и взрываемость. Искусственные газы токсичны вследствие содержания в них оксида углерода. Природные газы нетоксичны, но при высоких концентрациях негативно влияют на самочувствие.
При определенных концентрациях с воздухом газы образуют взрывоопасную смесь. Взрывоопасность газа характеризуется нижним и верхним пределами взрываемости. Нижний ПВ - минимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Максимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно воспламенение - верхний предел взрываемости.
Теплота сгорания газообразного топлива - количество теплоты, которое выделяется при сжигании 1 м3 топлива при стандартных условиях (288К, 0,1 МПа). (КДж/кг). Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Если образовавшиеся в результате полного сжигания единицы объема топлива водяные пары конденсируются, то выделившееся количество теплоты называют высшей теплотой сгорания Q. Количество теплоты, выделившееся при полном сгорании единицы объема топлива, за вычетом теплоты, затраченной на образование водяных паров, получающихся при горении, называется низшей теплотой Q. Теплота сгорания определяется экспериментально или вычисляется по известным значениям теплоты сгорания веществ, входящих в состав топлива.
Схемы газоснабжения предприятий, как и способы прокладки газопроводов, разнообразны. При выборе схемы необходимо руководствоваться техническими и экономическими требованиями, а также требованиями надежности и безопасности: обеспечение необходимых параметров горючего газа (давление и расход) перед газовыми горелками теплоагрегатов; минимальные капитало- и металловложения (минимальные диаметры и длины газопроводов, число ГРП и ГРУ); обеспечение надежных и безопасных строительно-монтажных и пусконаладочных работ, эксплуатации.
В зависимости от расхода и давления газа, режима работы теплоагрегатов, территориального расположения потребителей газа на предприятии и технико-экономических показателей и с учетом практики проектирования и эксплуатации различают несколько типовых схем газоснабжения промышленных и коммунально-бытовых предприятий.
Коммунально-бытовые предприятия со сравнительно небольшим расходом газа и теплоагрегатами, работающими на газе низкого давления (фабрики-кухни, столовые, встроенные отопительные котельные с секционными котлами и др.), как правило, присоединяются к городским газопроводам низкого давления или резервуарным паркам (для комплексов автономного газоснабжения пропан-бутановыми смесями).
Схема газоснабжения состоит из ввода газопровода с общим отключающим устройством, межцеховых газопроводов с отключающими устройствами перед каждым цехом, продувочных газопроводов и таких элементов, как контрольные трубки, контрольные проводники, конденсатосборники (для влажных газов), компенсаторы и др.
Общее отключающее устройство (задвижку) устанавливают на вводе газопровода. Оно предназначено для отключения подачи газа при ремонте или аварии системы газоснабжения. Продувочные газопроводы предназначены для удаления воздуха и газовоздушной смеси и заполнения системы чистым газом во время первоначального и последующих (после ремонтов межцеховых газопроводов или длительном отключении системы) пусков. Для определения качества продувки на продувочном газопроводе устанавливают штуцер с краном для отбора пробы среды, состав которой может быть определен на газоанализаторе.
Газорегуляторные пункты (ГРП) - сооружения, предназначенные для снижения входного давления газа до заданного уровня и поддержания его на выходе постоянным. В них газ очищается от механических примесей, контролируются входное и выходное давления, температуру газа и учитывается его расход. Для предотвращения возможного повышения или понижения давления газа перед потребителями пункты оборудуют предохранительными устройствами. ГРП и ГРУ оснащают практически одним и тем же оборудованием. Они отличаются один от других расположением: ГРП в зависимости от назначения размещают в отдельно стоящих общественных зданиях и пристройках к ним, на несгораемом покрытии промышленного здания, в шкафах на несгораемой стене снаружи газифицируемого жилого здания, на отдельно стоящей опоре или бетонном фундаменте; ГРУ монтируют в помещениях, где расположены агрегаты, использующие газовое топливо.
Отключающие устройства ГРП, размещаемых в пристройках к зданиям и в шкафах, допускается устанавливать на расстоянии менее 5 метров от наружных подземных газопроводов. Для обеспечения нормальной работы регулирующего оборудования и КИП в зимнее время внутри помещения ГРП необходимо поддерживать положительную температуру (не менее 5°С). Отопление ГРП может быть водяным или паровым как от централизованного источника, теплоты, так и от индивидуальной отопительной установки. При устройстве в ГРП местной отопительной установки ее следует размещать в изолированном помещении, имеющем самостоятельный выход и отделенном от технологического помещения глухой газонепроницаемой и противопожарной стеной с пределом огнестойкости не менее 2,5 ч. Все помещения ГРП оборудуют постоянно действующей вентиляцией, обеспечивающей не менее чем трехкратный воздухообмен в 1 час.
На технологической линии ГРП (ГРУ) оборудование располагают в такой последовательности по ходу газа: запорное устройство - фильтр - предохранительный запорный клапан - регулятор давления - запорное устройство. Кроме того, каждый ГРП (ГРУ) должен иметь предохранительное сбросное устройство, подключенное к выходному газопроводу. Число технологии, линий в зависимости от расхода газа и режима его потребления различно, обычно соответствует 1-5. Если в ГРП (ГРУ) только одна технологическая линия, то на время ее ревизии или ремонта оборудования для бесперебойного снабжения потребителей газом предусматривают обводной газопровод (байпас) с двумя последовательно расположенными запорными устройствами. ГРП могут быть одно- и двухступенчатыми. В одноступенчатых входное давление газа редуцируется до выходного в одном регуляторе. В двухступенчатых технологическую линию оборудуют двумя последовательно установленными регуляторами, в первом из которых входное давление редуцируется до заданного промежуточного, во втором - до выходного давления.
При этом регулятор давления первой ступени компонуется с фильтром и предохранительным запорным клапаном, регулятор второй ступени фильтра может не иметь. Одноступенчатые схемы применяют при разности между входным и выходным давлениями до 0,6 МПа, при большем перепаде предпочтительнее двухступенчатые. В случае необходимости подачи газа двум различным потребителям, использующим газ одинакового или разного давления, в ГРП могут быть две или более технологических линий. В таком ГРП предусматривают один ввод, от которого питаются все технологические линии, и два вывода - каждый к своему потребителю. В зависимости от расчетного расхода и давления газа для каждого потребителя, в ГРП предусматривают одну (с байпасом) или две (с регуляторами) технологические линии.
Для межцеховых газопроводов принята смешанная схема прокладки - подземная и надземная. Надземные газопроводы могут прокладываться по наружным стенам и несгораемым покрытиям промышленных зданий с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям В, Г и Д, а также по отдельно стоящим колоннам (опорам) и эстакадам из несгораемых материалов. Важное замечание: газопроводы высокого давления могут прокладываться по стенам производственных зданий только над окнами верхних этажей или по глухим стенам.
Диаметры газопроводов определяются гидравлическим расчетом при максимальном расходе газа с учетом перспективного роста потребления, связанного с развитием предприятия, и допустимых потерь давления. Все подземные стальные газопроводы защищаются от коррозии, вызываемой грунтом и блуждающими электрическими токами. Для этого применяются меры пассивной или активной защиты.
Несмотря на то, что практически все современные ГРП имеют высокие эксплуатационные характеристики, абсолютно любой ГРП может полностью или частично выйти из строя. Главная задача персонала, который обслуживает ГРП, - своевременное обнаружение и устранение неполадок в работе оборудования.
Самые опасные и, к сожалению, самые распространенные аварии на ГРП происходят из-за утечки природного газа. ГРП - это не только специальное оборудование, но и огромное количество резьбовых и фланцевых соединений. Для появления утечки газа вполне хватает и одного, казалось бы, пустякового нарушения технологии монтажа соединительных элементов - достаточно неправильно затянуть тот или иной болт, использовать для крепления болты разного диаметра или установить прокладки из низкокачественных материалов. Устранение аварийной ситуации данного типа - наиболее сложная процедура из всего перечня работ по ремонту газового оборудования: ликвидировать утечку природного газа необходимо с максимальной осторожностью, применяя исключительно современные методы и материалы. Так, для замены прокладок во фланцевых соединениях рекомендуется использовать только тщательно пропитанные в масле клингеритовые и паронитовые прокладки или прокладки, изготовленные из маслобензостойкой резины. Пропитка прокладок масляными красками или белилами, равно как применение нескольких «прокладочных» слоев - это грубое нарушение технологии, которое рано или поздно приведет к новым авариям на ГРП.
Снизить вероятность появления утечки природного газа можно только в том случае, если, по возможности, оптимизировать схему работы ГРП и сократить число соединительных участков. Если в ГРП имеется вспомогательное помещение, предназначенное для размещения отопительного оборудования, то для предупреждения последствий аварий рекомендуется обращать внимание на плотность перегородок, разделяющих помещения.
Сбой в работе ГРП, приводящий к появлению утечки природного газа, часто может быть связан и с выходом из строя ротационных газовых счетчиков. Наиболее распространенные причины утечки в данном случае - неплотная затяжка накидных гаек импульсных газопроводов, неисправные прокладки, перекос присоединительных фланцев и т.п.
Если не вращаются сами роторы счетчика или прибор учета работает, создавая перепад давления выше допустимых параметров, то рекомендуется проверить пространство между стенками камеры и роторами - вполне возможно оно засорилось механическими примесями. Если засорились коробки с зубчатыми колесами - рекомендуется «влажная уборка» колес и заливка чистого масла в коробку. Нередко бывают ситуации, когда роторы вращаются, но сам прибор учета не справляется с функциональными обязанностями - не показывает расход природного газа или показывает «левые» данные. Причин выхода ротационного счетчика из строя в данном случае может быть несколько - засорился редуктор, изменился в большую сторону зазор между стенками камер и роторами или банально сломался счетный механизм.
Утечка газа нередко происходит и по вине газовых фильтров, которые в процессе эксплуатации засоряются механическими примесями. Главным признаком того, что засорился газовый фильтр, является значительный перепад давления из-за увеличившегося сопротивления потоку природного газа. Перепад давления на фильтре может спровоцировать разрыв металлических сеток обоймы. Избежать возникновения аварийных ситуации из-за неисправности газового фильтра можно только при помощи регулярной проверки уровня давления. Если наблюдаются отклонения от нормы, то рекомендуется произвести очистку газового фильтра от механических примесей
Защита газопроводов от коррозии подразделяется на:
- пассивную. Этот вид защиты предусматривает изоляцию газопровода. При этом используют покрытие на основе битумно-полимерных, битумно-минеральных, полимерных, этиленовых и битумно-резиновых мастик. Антикоррозийное покрытие должно иметь достаточные механическую прочность, пластичность, хорошую прилипаемость к металлу труб, обладать диэлектрическими свойствами, а также оно не должно разрушаться от биологического воздействия и содержать компоненты, вызывающие коррозию металла труб;
- активную. Методы активной защиты (катодная, протекторная, электродренажная) в основном сводятся к созданию такого электрического режима для газопровода, при котором коррозия трубопровода прекращается.
Изолирующие фланцевые соединения и вставки используются дополнительно к устройствам электрохимической защиты и позволяют разбивать газопровод на отдельные участки, уменьшая проводимость и силу тока, протекающего по газопроводу. Электроизолирующие соединения (ЭИС) - прокладки между фланцами из резины или эбонита. Вставки из полиэтиленовых труб применяют для отсечения различных подземных сооружений друг от друга. Установка ЭИС приводит к сокращению затрат электроэнергии за счет исключения потерь тока перетекания на смежные коммуникации. ЭИС устанавливают на вводах к потребителям, подземных и надводных переходах газопроводов через препятствия, на вводах газопроводов в ГРС, ГРП и ГРУ.
4. Тепловые сети
Теплоснабжение - это снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений для обеспечения коммунально-бытовых и технологических нужд потребителей.
Любая система теплоснабжения состоит из трех основных элементов:
- источника тепла. Это может быть ТЭЦ или котельная, либо просто котел, расположенный в отдельном здании;