Расчет газопровода. 2

                                                 Введение

В нашей стране создан мощный топливно-энергетический комплекс             Российская   Федерация – единственная страна, которая полностью обеспечивает себя топливом и энергией за счет собственных  природных ресурсов и одновременно осуществляет экспорт топлива и электроэнергии.

В качестве задачи первостепенной экономической важности намечено ускорение  развития газовой промышленности для  удовлетворения внутренних потребностей страны и нужд экспорта.

Природный газ как высокоэффективный энергоноситель широко применяется в настоящее время во многих звеньях общественно производства, оказывает прямое  воздействие на увеличение выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции, рост производительности труда и снижение удельных расходов топлива.

Природный газ стал мощным фактором технического прогресса и  повышения производительности общественного  труда. В 1991 г с использованием природного газа производилось 95% стали и чугуна, более 60% цемента, более 95% минеральных удобрений.

Создана мощная сырьевая база газодобывающей промышленности. Основным центром добычи газа стала  Западная Сибирь, высокие рубежи добычи газа в определенной степени обеспечиваются  промыслами Тюменской области. Будет  продолжено строительство мощных газопроводов, увеличится их пропускная способность, широкое применение получат автоматизированные газоперекачивающие агрегаты. Значительно расширится область применения природного газа промышленности, сельском хозяйстве и в быту.  Удельный вес газа в топливно-энергетических ресурсах повысится до 40%.

Первые сведения о  горючих газах встречаются в  памятниках древности и в сохранившихся  рукописях древнейших историков. Древнегреческий  историк Геродот писал о «вечных  огнях» на  горе Химера, расположенной в Малой Азии. огнепоклонства. До сих пор сохранились памятники древности – храм огнепоклонников в Сураханахна Апшерском полуострове, а так же храм огня в провинции Пенджаб в Индии.

В России газ первоначально  использовался для освещения  городов, его получали из каменного угля на газовых заводах. Первый газовый завод был построен в Петербурге в 1835 г., каменный уголь для него привозили из-за границы. В Москве газовый завод был построен в 1835 г. Газ, получаемый на газовых заводах, получил название «светильный».

В начале 20 века,  после  того, как для освещения стали  использовать керосин, газ начинают применять для отопления и  приготовления пищи. В 1913 г производство искусственного газа в России составило 17 млн. м3, по существу не было газовой  промышленности.

В довоенный период началась громадная работа по реконструкции  и развитию газовой  промышленности, широко развернулось производство искусственных  газов: коксового, доменного, генераторного. Искусственные газы получали из каменного  и бурого угля, горючих сланцев, торфа и древесины. Они сыграли решающую роль в индустриализации страны и в первую очередь в развитии металлургической, металлообрабатывающей  и других важнейших отраслей промышленности. Были восстановлены и вошли в строй газовые заводы, работавшие на угле и сланцах для выработки бытового газа. Увеличилась добыча нефтяного (попутного газа). В 1925 г  добыча газа составила 127 млн м3. В 1923 г в г Баку был построен  первый газобензиновый завод. В 1940 г добыча  природного газа составляла более 400 млн м3.

Первый газопровод был  построен в 1940-1941 гг. от Дошавских промыслов  до  Львова. В годы Великой Отечественной  войны  было положено начало развитию дальнего транспорта газа.  В 1940-1942 гг. от газовых месторождений в районе Бугуруслана и Похвистнево был построен газопровод до г Куйбышева протяженностью 160 км.  В 1946 г – первый дальний газопровод Саратов – Москва  протяженностью  840 км  и диаметром 325 мм, по которому подавалась в Москву 0,5 млрд. м3 природного газа ежегодно. Было построено значительное количество крупных магистральных газопроводов. Впервые в мировой  практике в нашей стране началось строительство газопроводов из труб больших диаметров: 1000, 1200 и 1400мм. Были построены Центральная Система магистральных газопроводов, Восточно-Украинская, Западная, Поволжская, Кавказская, Среднеазиатская Уральская система  магистральных газопроводов.

Северные районы Тюменской  области – Урал – Поволжье –  Центр, международная система Оренбург – Западная граница СССР. В Оренбургской области создан  крупный район добычи  и переработки природного газа.

Коммунально-бытовые  предприятия рассматриваются в  нашей стране как первоочередные объекты газификации.

В настоящее время  газовое топливо в быту используют более чем 80% населения, причем большая  часть квартир газифицированы.

Газ является одним из лучших видов топлива и имеет  ряд преимуществ перед другими  видами топлива, это весьма  низкая себестоимость, при его использовании  достигается высокий КПД топливных  установок, резко сокращается численность  обслуживающего персонала, т.к. установки автоматизированы, что улучшает безопасность работы и введение технологического процесса.

Кроме того, при сжигании газа исключаются затраты  по удалению продуктов сгорания  и в процессе горения выделяется меньше вредных  веществ, чем при сгорании других видов топлива. Но и при сгорании  газа в атмосферу поступает большое количество вредных веществ, а именно – углекислый газ СО2, несгоревший газ С2 и СО. Поэтому для снижения выбросов газа в окружающую среду необходимо совершенствовать технологические процессы с целью сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу и улучшения очистки  отходящих газов  от вредных примесей  увеличит выпуск  высокоэффективных газоулавливающих аппаратов.

Проделаны значительные работы по серийному выпуску высококачественных плит, автоматизированных водонагревателей, отопительно - варочных аппаратов, специальной аппаратуры для эффективного использования газа в сельском хозяйстве, оборудования для механизации и автоматизации технологических процессов на газораздаточных станциях. В последние годы проводится телемеханизация городских газовых хозяйств. Большие задачи стоят перед газовым хозяйством в условиях перехода народного хозяйства на рыночную экономику.

1. Расчетно-технологический раздел

При использовании газового топлива создается возможность подачи  от места добычи по трубам, то есть без участия какого-либо вида транспорта. Газовое топливо не требует подготовки перед использованием, то есть нет сортировки. Применение газового топлива повышает  экономичность тепловой установки и повышает КПД.

Вместе с тем газ  обладает свойствами, которые определяют требовательность к монтажу  и  эксплуатации. К таким особенностям газа относятся повышенная взрывоопасность, токсичность некоторых видов  газа и продуктов его неполного сгорания. Газовое топливо требует более современных методов обслуживания тепловых установок, то есть применение автоматики, вентиляции и более организованного дымоуправления и наблюдения. Продукты сгорания газа загрязняют атмосферу.

Одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, в том числе и отопительные котельные, которые выбрасывают в атмосферу СО в 20 раз больше, чем ТЭЦ. Источником выброса оксида азота в первую очередь являются котельные установки различного назначения, на которые приходится более половины всех техногенных выбросов.

На сегодняшний день имеются четыре направления борьбы с загрязнениями приземной атмосферы:

- оптимизация процессов  сжигания топлива;

- очистка топлива от  элементов, образующих при сжигании загрязняющие вещества;

- очистка дымовых газов  от загрязняющих веществ с  помощью фильтров, дымоулавливателей;

- рассеивание загрязнителей  в атмосферном воздухе.

Для рассеивания вредных  примесей в выбросах в атмосферном  воздухе используют дымовые трубы.

Они обеспечивают разброс  загрязняющих веществ в окружающей среде, тем самым, снижая их опасное  для здоровья человека и окружающей природы воздействие в приземной  зоне.

В настоящее время  газ является самым экологически чистым топливом, так как при его сжигании можно регулировать подачу воздуха и добиться наиболее полного сгорания. Кроме того, при использовании газа в котельных создается наиболее комфортабельное условие для обслуживания котлоагрегата. В последнее время газовое топливо все больше используют в автотранспорте, чтобы создать более экологически чистый воздушный бассейн в городах и населенных пунктах.

1.1.1 Рекультивация земель

Общая часть

По трассе газопровода  протяженностью 50 м. необходимо произвести рекультивацию земель. Раздел рекультивации составлен на основании служебной информации «оргтехмонтаж» и СН и П. 202-76 снятия плодородного слоя только с согласия землевладельца и по согласованию с органами,  осуществляющими государственный контроль за использованием земель.

Методы производства работ по рекультивации земель.

Рекультивация земель включается в общий комплекс работ по строительству  газопровода. При рекультивации  почвенно-растительного слоя, покрывающего участок земли шириной 5м. на глубину  до 20см. растительный слой снимается и перемещается в отвал на расстоянии 10м. от оси траншеи.

Технология рекультивации  земель следующая:

1. На первом этапе снимается бульдозером растительный слой перемещением в отвал.
2. На втором этапе экскаватором разрабатывается траншея и укладывается газопровод.
3. На третьем этапе производится перемещение почвенно-растительного слоя из временного отвала, разравнивание, планировка, прикатывание кулачковым катком. Работы необходимо производить в теплое время года.

С трассы должен быть убран  мусор, снять и вывести случайно загрязненный грунт нефтепродуктами с заменой его плодородным грунтом.

Наименование работ  рекультиваций:

4. Внесение органических удобрений и минеральных удобрений механизированной загрузкой.
5. Дискование в два прохода. Прикатывание почвы (предпосевное).
6. Посев семян многолетних трав.
7. Семена многолетних трав.
8. Прикатывание почвы (послепосевная).

                        Расчетно-технологический раздел

                       1.2 Охрана окружающей среды

        Положительные и отрицательные качества газового снабжения.

При использовании  газового топлива создается возможность  подачи газа от места добычи по трубам, т.е. без участия какого-либо вида транспорта. Применение газообразного  топлива повышает экономичность  тепловой установки и повышает КПД.

Газ обладает свойствами, которые определяют требовательность к монтажу и эксплуатации. К  таким особенностям газа относятся  повышенная взрывоопасность, токсичность  некоторых видов газа и продуктов  его неполного сгорания. Газовое  оборудование требует более современных методов обслуживания топливных установок, т.е. применение автоматики, вентиляции и более организованного дымоудаления. Продукты неполного сгорания газа загрязняют атмосферу. Одним из основных источников загрязн атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, в том числе и отопительные котельные, которые вырабатывают в атмосферу СО в 20 раз больше, чем ТЭЦ. Источником выброса оксида азота в первую очередь являются котельные установки различного назначения, на которые приходятся более половины всех техногенных выбросов.

Влияние и  использование газового топлива  на воздушный бассейн.

Газ является самым экологически чистым топливом, т.к. при его сжигании можно регулировать подачу воздуха и добиться наиболее полного сгорания. Кроме того, при  использовании газа в котельных создается возможность полной автоматизации процессов горения и подачи топлива. В последнее время газовое топливо все больше используют в автотранспорте, чтобы создать наиболее экологически чистый воздушный бассейн в городах и населенных пунктах

а сегодняшний день имеются  четыре направления борьбы с загрязнениями  приземной атмосферы:

1) оптимизация процессов  сжигания топлива;

2) очистка топлива  от элементов, образующих при  сжигании загрязняющие вещества;

3) очистка дымовых  газов от загрязняющих веществ с помощью фильтров, дымоулавливателей;

4) рассеивание загрязнителей  в атмосферном воздухе.

Для рассеивания вредных  примесей в выбросах в атмосферном  воздухе используют дымовые трубы. Они обеспечивают разброс загрязняющих веществ в окружающей среде, тем самым, снижая их опасное для здоровья человека и окружающей природы воздействие в приземной зоне.

В настоящее время  газ является самым экологически чистым топливом, так как при его  сжигании можно регулировать подачу воздуха и добиться наиболее полного сгорания. Кроме того, при использовании газа в котельных создается наиболее комфортабельное условие для обслуживания котлоагрегата. В последнее время газовое топливо все больше используют в автотранспорте, чтобы создать более экологически чистый воздушный бассейн в городах и населенных пунктах.

1. Рекультивация

При проектировании строительства газопровода необходимо следить за принципами охраны природы. Газопровод проходит через город, поэтому  прохождение газопровода возможно и через обширные зоны насаждений. Поэтому, программа мероприятия сохранения, рекультивации или преобразование естественного ландшафта и улучшения городской среды должна быть включена в задание на проектирование генерального плана города.

Программа рекультивации  включает в себя возврат растительного грунта, если есть необходимость, нужно провести мероприятия по высадке деревьев, кустарников и посеять траву. Программа рекультивации определяет объем и сроки для выполнения работ, санитарного обследования, утверждения генерального плана выполнения мероприятий. По трассе строящегося газопровода необходимо произвести рекультивацию земель.

Методы производства работ по рекультивации земель.

Рекультивация земель включается в общий комплекс работ по строительству газопровода. При рекультивации почвенно-растительного слоя, покрывающего участок земли шириной 5м. на глубину до 20см. растительный слой снимается и перемещается в отвал на расстоянии 10м. от оси траншеи.

Технология  рекультивации земель следующая:

9. На первом этапе снимается бульдозером растительный слой перемещением в отвал.
10. На втором этапе экскаватором разрабатывается траншея и укладывается газопровод.
11. На третьем этапе производится перемещение почвенно-растительного слоя из временного отвала, разравнивание, планировка, прикатывание кулачковым катком. Работы необходимо производить в теплое время года. С трассы должен быть убран мусор, снять и вывести случайно загрязненный грунт нефтепродуктами с заменой его плодородным грунтом.

Наименование  работ рекультиваций:

1) внесение  органических удобрений и минеральных удобрений    

2) дискование  в два прохода. Прикатывание  почвы (предпосевное).

3) посев семян  многолетних трав.

4) прикатывание  почвы (послепосевная).  

                      Расчет свойств прироного газа

Компонентный состав природного газа взятого с газопровода Уренгой-Помары-Ужгород в октябре 2004 года по «Паспорту контроля качества»  следующий:

метан - 98,27 %

этан  -  0,61%

пропан  -  0,21%

бутан - 0,07 %

азот -  0,79 %

двуокись  углерода – 0,05 %

 

2. Плотность газовой смеси

Плотностью газа называется масса газа в единице объёма.

                                                                         (1)

 где   -  плотность данного газа, кг/м³ ;

        m -  масса данного газа, кг ;

        V -  объем данного газа, м³.

Применительно определяется обычно при нормальных условиях – (температура 0⁰C, P=101.325 кПа).

Для сжиженных газов  плотность и другие параметры  рассматриваются для парообразной и жидкой дозы. В практике часть  пользуется понятием относительной плотности  представляющей собой отношение плотности данного газа к плотности воздуха при нормальных условиях.

    кг/м³                                (2)

        

            где      - плотность воздуха, кг/м³     

              -  плотность данного газа, кг/м³

Зная плотности  компонентов входящих в газовую  смесь, и её состав, по правилу смешения определяется средняя плотность  газовой смеси:

                  (3)

где у_{i –} объёмные или весовые концентрации компонентов газовой смеси.

 Плотность   смеси заданного газа определяется  по формуле:                 

  Теплота сгорания газовой смеси

Следующим основным свойством природного газа является теплота сгорания. Теплота сгорания - это количество тепла, выделяющегося при сжигании единицы массы или объема газов, колеблется в широких пределах и зависит главным образом от состава газовой смеси.

Q_в – высшей теплотой сгорания называется теплота сгорания топлива, определенная с учетом сгорания водорода с образованием воды.

Q_н – низшей теплотой сгорания называется теплота сгорания топлива, определенная с учетом сгорания водорода с образованием водяного пара.

Высшую и низшую теплоту  сгорания газовой смеси определяют по правилу смешения:

                                     (4)

…,у_n – объемная (мольная) доля компонента в смеси. Q_н1, Q_н2,

Q_нn – низшая теплота сгорания 1 м³ компонента, входящего в смесь.

 Теплоту сгорания  газовой смеси определяют как сумму произведений величин теплоты сгорания горючих компонентов на объемные доли.

         

3. Расход теоретический воздуха

Обычно горение  происходит не в чистом кислороде, а  кислороде воздуха, где не 21 объем  кислорода O₂ приходится 79 объемов азота N₂ (пренебрегая незначительным количеством СО₂ и редких газов),  или на 23,2 весовых частей кислорода приходится 76,8 весовой части азота.

 Следовательно, на 1м³ кислорода воздуха приходится   азота, или 1м³ кислорода содержится в  воздуха.

 Зная состав технического  газа и пользуясь реакцией  горения в кислороде, можно  рассчитать теоретический расход  воздуха  на сжигание смеси  газов:

         Vm = (2CH₄ + 3,5C₂H₆ + 5С₃ H ₈ + 6,5С₄H₁₀ )         (5)          

Vm= (2*98,27 + 3,5*0,61 + 5*0,21 + 6,5*0,07) =  9,53 м³

 При сжигании  газа (и других видов топлива)  практически невозможно обеспечить  идеальное перемешивание газа  с кислородом (воздухом), то в действительности расход воздуха (кислорода) получается несколько больше теоретического.

 Отношение  действительного расхода воздуха  к теоретически необходимому  называется коэффициентом избытка  воздуха. 

4. Пределы воспламеняемости (взрываемости)

Температурой  воспламенения называется минимальная  температура смеси газа и воздуха, при которой выделение тепла  за счёт реакций горения топлива  несколько превышает теплоотдачу.

Превышение  выделяющегося тепла должно при  этом не только покрывать потери тепла в окружающую среду, но и быть достаточным для активации частиц газа и воздуха, т.е. для нагрева их до температуры воспламенения. Только при этих условиях возможно устойчивое горение газа.

Температура воспламенения газов уменьшается с повышением их концентрации в газовоздушной смеси.

Температура воспламенения газов в чистом кислороде на 20-70^о ниже температуры воспламенения их в воздухе.

 Увеличение  содержания в горючих газах  балластных примесей (особенно СО₂) повышает температуру их воспламенения.

 Не нагретые  газовоздушные смеси могут воспламениться  только при определённом содержании  газа в воздухе (или в кислороде).

 При уменьшении  содержания в смеси горючей  части может наступить такой  момент, когда смесь теряет способность  воспламениться без подвода тепла извне.и наоборот, при увеличении содержания горючего компонента в смеси также может наступить такой момент, когда смесь потеряет способность воспламениться и гореть.

Чтобы газовоздушная  смесь воспламенялась и продолжала сгорать, нужны определённые объёмы сжигаемого газа и подаваемого воздуха. Если газа в газовоздушной смеси мало, а воздуха много, то смесь самостоятельно гореть не может.

 Горение  такой смеси через определённое  время прекратится, т.к. выделяющейся  теплоты будет недостаточно для нагрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения. Если же в смеси недостаточно воздуха, то при воспламенении может сгореть ограниченное количество газа, и выделяемой теплоты будет недостаточно для поддержания температуры не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.

 Нижним  пределом воспламеняемости (взрываемости) называют минимальное содержание горючего компонента газа в газовоздушной смеси, в процентах, при котором происходит воспламенение.

Верхним пределом воспламеняемости (взрываемости) называют максимальное содержание горючего компонента газа в газовоздушной смеси в процентах, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительного тепла.

     Пределы воспламеняемости горючих  газовых смесей, не содержащих  балластных примесей, определяются по формуле:

                (6)

где:

  L-верхний или нижний предел воспламеняемости горючей смеси,

  l₁; l₂; l_n- верхние или нижние пределы воспламеняемости компонентов, входящие в газовую смесь.

  у₁,у₂,..у_n- концентрации компонентов, входящих в газовую смесь.                         

                              %

                             %

Если газовая  смесь содержит негорючие компоненты (балластные примеси), то пределы воспламеняемости (взрываемости) определяются по уравнению:

                                                       (7)                  

где 

L - верхний или нижний предел воспламеняемости газовой смеси, содержащей балластные примеси.

a – содержание балластных примесей в долях единицы.

При увеличении балластных примесей пределы воспламеняемости растут, растет и разность между  этими пределами.

 

1.2.5  Одоризация газов

 

 Все природные  газы и некоторые искусственные  газы совсем не имеют запаха, цвета, вкуса или имеют весьма  слабый запах. 

 Для своевременного  обнаружения газа ему придают  запах, т.е. одорируют. Вещества, придающие запах газу называются  одорантами, Аппараты в которых происходит одоризация - одоризаторами.

 В качестве  одоранта используют  этилмеркаптан  –C₂H₅SH, обладающим резким запахом. Содержание одоранта в газе должно быть таким, чтобы запах газа в помещении ощущался при концентрации газа в воздухе не более 1/5 нижнего предела взрываемости  этого газа (1%-для природного газа, 0,4%-для сжиженного газа).

 Поэтому в природный газ добавляют 16 г. одоранта на 1000м³, а в сжиженный газ 40 г. на 1 тонну газа.

3. Определение расхода газа
1. Выбор схемы газоснабжения

Для газоснабжения  населенных мест применяются  одноступенчатые, двух-, трех- и многоступенчатые системы  газоснабжения.

Городские системы  газоснабжения присоединяются к  магистральным  газопроводам через  газораспределительные станции (ГРС). Связь между газопроводами различных давлений должна осуществляться через газорегуляторные пункты (ГРП). ГРП в зависимости от величины давления газа на вводе делятся на ГРП среднего давления (до 3кгс/см²) и высокого давления (от 3 до12кгс/см²).

Выбор системы  газоснабжения (количество ступеней давления) производится исходя из следующих соображений: чем больше давление газа в газопроводе, тем меньше его диаметр и стоимость, но зато усложняется прокладка сети - необходимо выдерживать большие разрывы до зданий и сооружений, не по всем улицам можно проложить сеть высокого давления.

С увеличением  количества ступеней давления в системе  добавляются новые газопроводы  и ГРП, но уменьшаются диаметры последующих  ступеней давления.

Самой простой  системой газоснабжения является одноступенчатая с одним ГРП, которая может быть тупиковой, кольцевой и смешанной.

Кольцевые сети надежнее тупиковых, так как обеспечивают более равномерное распределение  давления газа и возможность аварийных  переключений.

Основными элементами системы газоснабжения дома являются: ответвления от уличных распределительных газопроводов, дворовые газопроводы, вводы, настенная разводка, стоянки, квартирные газопроводы.

Ответвления служат для подачи газа из уличного газопровода к дому. На тротуаре или у линии застройки домов на ответвлении обычно устанавливают отключающее устройство. Если ответвление одновременно служит вводом в дом, то отключающее устройство устанавливают на цокольной части ввода. На практике число ответвлений всегда стремятся свести к минимуму, чтобы сократить поперечные раскопки улиц.

Дворовые  газопроводы или разводки являются развитием ответвлений при подаче газа в несколько точек. В последнее  время все более широкое распространение  получили настенные газопроводы, выполняющие  ту же задачу. Для сжиженных газов настенная прокладка газопроводов в следствие возможность конденсации газа и образования гидравлических пробок не разрешается. Вводы устраивают непосредственно в кухни с установкой отключающих устройств с наружной стороны.

2. Расчет расхода газа

Все элементы систем газоснабжения на максимальные часовые расходы газа, так называемые расчетные расходы. При наличии разных потребителей система распределения газа рассчитывается на совмещенный расчетный расход, определяемый по суточному графику потребление газа всеми потребителями.

Расходы газа потребителями определяют несколькими  способами на основании данных проекта  газоснабжения, по первоначальным расходам газа, по нормам расхода газа, по укрупненным  показателям. Расходы газа сосредоточенными потребителями (более 50 м³/ч) необходимо определять отдельно для каждого потребителя. При равномерном распределении потребителей с расчетными расходами (менее 50 м³/ч) расход газа определяется по жилым квартам в целом.