Диспетчеризация

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫМ ХОЗЯЙСТВОМ ПРЕДПРИЯТИЙ:       ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА ГАЗОВОГО ЦЕХА, ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЯ ГАЗОВОГО ХОЗЯЙСТВА 5

1.1 Функции и структура газового цеха 5

1.2 Диспетчеризация газового хозяйства 9

2 РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ 12

ВЫВОДЫ 19

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 21

ПРИЛОЖЕНИЕ 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Развитие  газовой промышленности и широкое  внедрение газа в различные отрасли  народного хозяйства является одним  из важнейших направлений научно-технического прогресса, предусматривающего внедрение  новой техники и технологии, механизацию  и автоматизацию производственных процессов, перевод предприятий  газового хозяйства на новую систему  планирования и экономического стимулирования.

Основная  задача газовых хозяйств — бесперебойное, надежное и экономичное газоснабжение  потребителей. В процессе эксплуатации газовые хозяйства обеспечивают: прием и ввод в эксплуатацию вновь смонтированных газопроводов и установок; исправное состояние всех сооружений систем газоснабжения, приборов и агрегатов, использующих газовое топливо; нормальное давление газа и правильную организацию процесса его сжигания; соблюдение правил безопасности, ликвидацию аварии и повреждений газопроводов.

В зависимости от разветвленности  газового хозяйства наиболее распространенными  являются два основных типа газовых  хозяйств: районные (комплексные) службы и службы, эксплуатирующие определенные виды газового оборудования.

Специфика планирования газового хозяйства состоит  в следующем: в газовом хозяйстве  не создается продукция, а лишь оказываются  услуги по доставке газа потребителям (обслуживание); пропускная способность газовых сетей рассчитывается по максимальному расходу газа, в связи с чем в газовых хозяйствах наблюдается сравнительно высокий процент резерва производственных мощностей; ритм работы потребителей газового топлива определяется режимом газопотребления, для которого характерна некоторая неравномерность в течение года, месяца, недели и даже суток; в структуре основных фондов газового хозяйства свыше 70% занимают газопроводы и сооружения (в промышленности около 22%), на работу которых обслуживающий персонал не может оказать прямого воздействия; в газовом хозяйстве очень важное значение имеет надежность и бесперебойность газоснабжения всех потребителей; численность работников газовых служб определяется не объемом реализованного газа, а объемом выполняемых работ и протяженностью газовых сетей; износ основных производственных фондов зависит не от интенсивности их использования, а от условий пролегания газопроводов (агрессивность грунта, величина блуждающих токов и т.

Эксплуатация  газопроводов и газового оборудования в городах и населенных пунктах  осуществляется специализированными  предприятиями газового хозяйства.

Приготовление горючей газовой смеси с заданными значениями давления, температуры, теплоты сгорания; очистка газов и их транспортировка являются основными задачами газового цеха предприятия.

Контроль  за состоянием уровня газоснабжения потребителей газа с помощью средств телеизмерения и управление системой газоснабжения с помощью средств телемеханики — таковы составные части диспетчеризации городских газовых сетей. Преимущества достаточно широко развернутой и бесперебойно действующей системы диспетчеризации неоценимы для производственного процесса АДС хозяйства. Возможность мгновенного контроля и управления на расстоянии значительно повышает надежность работы городских газовых сетей и способствует в значительной степени снижению аварийности работы последних, так как позволяет вмешиваться персоналу АДС в развитие аварийной ситуации до того момента, когда газоснабжение потребителей будет нарушено.

 

 

 УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫМ ХОЗЯЙСТВОМ ПРЕДПРИЯТИЙ:       ФУНКЦИИ И СТРУКТУРА ГАЗОВОГО ЦЕХА, ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЯ ГАЗОВОГО ХОЗЯЙСТВА

1.1 Функции и структура газового цеха

 

Основными задачами газового цеха предприятия  являются: приготовление горючей  газовой смеси с заданными  значениями давления, температуры, теплоты  сгорания; очистка газов и их транспортировка. Критерии оценки работы газового цеха таковы: отсутствие перебоев в газоснабжении, сведение до минимума потерь газа при  транспортировке и обеспечение  плановой себестоимости очистки  и транспортировки газов, что  достигается путем непрерывного контроля за техническим состоянием и правильной организационной эксплуатацией  агрегатов и вспомогательного оборудования. Немалую роль при этом играют высокая  культура труда, выполнение правил техники  безопасности, работа с обслуживающим  персоналом по повышению их профессиональных навыков, своевременная замена технически устаревшего оборудования современным.

Газовое хозяйство представляет собой сложный  технологический комплекс газораспределительных  и газопотребляющих систем, предназначен для обеспечения потребителей природными и сжиженными углеводородными газами и использования этих газов в  качестве топлива.

Система управления газовым хозяйством включает следующие участки: эксплуатации газоочистных и транспортных средств, эксплуатации газопотребляющих установок, ремонта  газового механического оборудования и электрооборудования, ремонта газовых сетей, диспетчерской службы, ремонта средств КИП и автоматики, исследовательскую лабораторию. Кроме того, в эту систему входят технический отдел, газоспасательная служба, сектор учета и бухгалтерия, но административно они подчиняются другим службам.

Рекомендуемая структура предусматривает создание максимально специализированных участков, что при соответствующем объеме хозяйства безусловно рационально. Состав участков, а также возможное объединение их определяются конкретными условиями промышленного предприятия.

Участок эксплуатации газопотребляющих установок входит в состав цеха, где непосредственно расположен потребитель газа.

Сектор  учета, который обрабатывает диаграмму  хозрасчетных приборов-расходомеров, ведет учет выхода газа и составляет исполнительный фактический баланс газообразного топлива по предприятию  за отчетный месяц. Для исключения влияния  на него цеха контрольно-измерительных  приборов или газового цеха он входит в состав теплотехнической лаборатории  завода. Связь с газовым цехом  и цехом КИП ограничивается только решением вопросов правильного распределения  потоков газа в сети газопроводов завода, учета возможных перетеканий газа и обеспечения правильности показаний расходомеров.

Участок автоматики и КИП обеспечивает работоспособность  имеющихся на агрегатах газового цеха средств автоматики и блокировки и правильность показаний контрольно-измерительных  приборов, но, являясь специализированным, входит в состав цеха КИП и автоматики завода.

Исследовательская лаборатория (пылегазовая группа) входит в состав теплотехнической лаборатории  завода и выполняет по заданию газового цеха отдельные исследовательские работы для установления оптимальных параметров работы газоочистных установок.

Газоспасательная  станция (ГСС) осуществляет контроль за исправным состоянием средств индивидуальной защиты, своевременным их ремонтом и заменой; дежурство при выполнении особо газоопасных работ; инструктаж работников цехов; обучение пользованию средствами индивидуальной защиты, проведение тренировочных занятий; контроль за состоянием воздушной среды в производственных цехах и на территории предприятия; учет всех газо-, паро- и пылеочистных сооружений на заводе, а также контроль за правильным их использованием; надзор за эффективностью работы вентиляционных установок и пр. Газоспасательная станция (ГСС) не входит в состав газового цеха. ГСС,  как правило, подчиняется главному инженеру предприятия. Целесообразность этого объясняется функциями ГСС, которые носят профилактический и инспекторский характер контроль соблюдения правил безопасности в газовом хозяйстве.

Внешние поставщики газа и его собственные  генераторы, с которыми газовый цех  поддерживает тесную оперативно-техническую  связь, естественно, не входят в его  состав.

Примерная структура газового цеха представлена на рис. 1.1.

Основным  участком в газовом цехе является служба эксплуатации газоочистных и  газотранспортных средств, которую  возглавляет начальник смены. Начальник  смены решает все вопросы, связанные  с работой газового хозяйства  предприятия в период работы своей  смены.

 

 

Рис.1.1 Примерная  структура газового цеха

 

1.2 Диспетчеризация газового хозяйства

 

Диспетчерская служба газового цеха осуществляет регулирование  режима заводского газоснабжения. На металлургических заводах ее возглавляет диспетчер  газового цеха, который руководит  персоналом, осуществляющим эксплуатацию газопотребляющих установок, и несет  ответственность за режим газоснабжения  предприятия. Диспетчерский пункт  предприятия оборудован прямой телефонной связью с диспетчерской службой управления магистральных газопроводов, поставщиками и потребителями газа, измерительными и контрольными приборами и средствами управления.

Основные  задачи диспетчерской службы: снабжение  всех потребителей газом с заданными  параметрами, контроль за параметрами поступающих газов от источников газоснабжения, поддержание наиболее оптимальных условий газоснабжения с учетом сложившейся ситуации и ликвидация аварийных ситуаций.

В диспетчерском пункте газового цеха, например, металлургического завода контролируются: давление доменного, коксового, ферросплавного и природного газов в основных газопроводах завода. По значениям давлений диспетчер косвенно судит, о режимах газоснабжения потребителей, так как с уменьшением давления ниже допустимых значений уменьшается и расход газа потребителям. Наиболее значительные колебания по давлению газа наблюдаются в сети доменного газа поскольку незначительные отклонения от номинального режима работы в крупных агрегатах приводят к резкому изменению выходных параметров. Помимо этого, осуществляется контроль давления газа в ключевых (контрольных) точках газовых сетей.

В диспетчерском пункте устанавливаются  расходомеры основных и буферных потребителей газа, а также приборы, фиксирующие расход и давление газа, отпускаемого на другие предприятия и поступающего от наружных источников.

О выходе за установленные пределы  давлений (доменный газ 7— 12 кПа, коксовый 4—6 кПа, ферросплавный 3—5 кПа, природный                  0,6— 1,2 МПа) оповещает диспетчера светозвуковая  сигнализация.

С диспетчерского пункта осуществляется контроль за наличием факела на сбросных свечах.

Дистанционно  диспетчер может изменять расход газа основными и буферными потребителями  через сбросные свечи доменного  и коксового газов, а также  на перемычках газопроводов при смешении различных газов. Работа ряда объектов газового хозяйства автоматизирована и в обслуживающем персонале  не нуждается, например, ГРП природного газа, ГПС, некоторые установки газоочистки.

Для выполнения таких сложных функций  диспетчерская служба оснащена средствами связи, автоматики, телемеханики и вычислительной техникой, электрифицированной мнемосхемой основных газопроводов, системой автономного аварийного электропитания. Это обеспечивает централизованный контроль основных показателей работы систем газоснабжения, автоматическое регулирование давления газа в газопроводах и телемеханическое управление соответствующими запорными устройствами.

О всех отклонениях параметров газа от нормы диспетчер предупреждает потребителя.

В крупных газовых хозяйствах диспетчерские  службы могут оснащаться ЭВМ, обеспечивающими  обработку поступающей информации и выдачу рекомендаций диспетчеру. Основной целью внедрения автоматизированной системы диспетчерского управления газовым хозяйством является повышение эффективности работы систем газоснабжения на основе совершенствования их организационной структуры и методов управления. Технологической основой автоматизированной системы диспетчерского управления газовым хозяйством становятся информационно-вычислительные центры (ИВЦ).

Система диспетчеризации осуществляет информационное обеспечение оперативного персонала, специалистов и руководителей, позволяет своевременно предупреждать и выявлять аварийные ситуации, обеспечивает формирование отчётных документов непосредственно на рабочих местах специалистов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДА СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ

 

Промышленные  предприятия получают газ от городских газораспределительных сетей среднего и высокого давления. Основная масса промышленных предприятий работает на максимальном давлении газа до 0,6 Мпа, т.е. при среднем и низком давлении. Крупные промышленные предприятия могут быть подключены к магистральным газопроводам первой ступени с давлением до 1,2 МПа, если такое давление обусловлено технологическими процессами. Предприятия с малыми расходами газа (50–150 м3/ч) можно присоединять также к сетям низкого давления.

В основе гидравлического расчета  газопроводной сети лежит определение  оптимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск необходимых  количеств газа при допустимых перепадах  давления. Расчет ведется исходя из максимально возможных расходов газа в часы максимального газопотребления. При этом учитываются часовые расходы газа на нужды производственных (промышленных и сельскохозяйственных), коммунально-бытовых потребителей, а также на индивидуально-бытовые нужды населения (отопление, горячее водоснабжение).

Как правило, при гидравлическом расчете  газопроводов среднего и высокого давления расчетные расходы газа потребителями  принимаются в качестве сосредоточенных  нагрузок. Отличительной особенностью систем газоснабжения среднего давления с установкой газорегуляторных пунктов  у каждого потребителя или  небольшой группы потребителей населенного  пункта является применимость к ним  принципа расчета сетей с равномерно распределенными нагрузками.

При движении газа по трубопроводам происходит постепенное снижение первоначального  давления за счет преодоления сил  трения и местных сопротивлений:

Сопротивления трения имеют место на всей протяженности  трубопроводов. Местные сопротивления  создаются только в пунктах изменения  скоростей и направления движения газа.

Местные гидравлические сопротивления в  газопроводах и вызываемые ими потери давления возникают в результате изменения значений и направления  скоростей движения газа, а также  в местах разделения и слияния потоков. Источниками местных сопротивлений являются переходы с одного размера газопровода на другой, колена, отводы, тройники, крестовины, компенсаторы, а также запорная, регулирующая и предохранительная арматура, сборники конденсата, гидравлические затворы и другие устройства, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа.

  Падение давления в местных  сопротивлениях, перечисленных выше, допускается учитывать путем  увеличения расчетной длины газопровода  на 5—10%.

Средняя скорость движения газа в трубе 

  где V - объемный расход газа, м3/с;

F - площадь поперечного сечения трубы, м3.

В зависимости от скорости потока, диаметра трубы и вязкости газа течение  его может быть ламинарным, т. е. упорядоченным  в виде движущихся один относительно другого слоев, и турбулентным, когда  в потоке газа возникают завихрения и слои перемешиваются между собой. Режим движения газа характеризуется величиной критерия Рейнольдса

,

где ω - скорость потока, м/с;

D - диаметр трубопровода, м;

ν - кинематическая вязкость, м²/с.

Интервал  перехода ламинарного движения в турбулентное называется критическим и характеризуется Re = 2000–4000. При Re < 2000 течение ламинарное, а при Re > 4000 - турбулентное.

Практически в распределительных газопроводах преобладает турбулентное движение газа. Лишь в газопроводах малого диаметра, например во внутридомовых, при небольших расходах газ течет ламинарно.

При гидравлическом расчете газопроводов среднего и высокого давлений, в  которых перепады давления значительны, изменение плотности и скорости движения газа необходимо учитывать, поэтому  потери давления на преодоление сил  трения в таких газопроводах определяются по формуле:

,

где P_н и P_к – абсолютные давления газа в начале и в конце газопровода, МПа;

l – длина газопровода, м;

Q – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

ρ_о – плотность газа при нормальных условиях(для природного газа ρ=0,68 - 0,85) кг/м3;

λ - коэффициент гидравлического трения ;

Р_о = 0,101325 МПа;

d – внутренний диаметр газопровода, см.

Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от

1) режима движения газа по газопроводу, характеризуемого числом Рейнольдса:

 

 

где ν – коэффициент кинематической вязкости газа, м²/с, при нормальных условиях;

d – внутренний диаметр трубопровода, см;

Q – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях.

2) в зависимости от гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода, определяемой по условию

,

где n – эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных – 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации – 0,0007 см, для медных труб –0,001 см.

Если  это равенство справедливо, то стенка гидравлически гладкая, если условие  не выполняется – шероховатая.

В зависимости от значения Re коэффициент гидравлического трения λ:

1)для ламинарного режима движения газа при Re ≤ 2000

2)для критического режима движения газа при Re = 2000–4000

3)при Re > 4000:

для гидравлически гладкой стенки:

при 4000 < Re < 100 000

При Re > 100000

,

для шероховатых стенок при Re > 4000

.

Таким образом, при проведении гидравлических расчетов газораспределительной сети учитывается материал газопровода, а также процесс старения трубы, который выражается в увеличении шероховатости и зарастании стальных труб и неизменности шероховатости в процессе эксплуатации и ползучести полиэтиленовых труб. Ползучесть полиэтиленовой трубы выражается в увеличении внутреннего диаметра на 5 % в процессе эксплуатации под воздействием внутреннего давления в результате уменьшения толщины стенки трубы.

При выполнении гидравлического расчета газопроводов расчетный внутренний диаметр газопровода можно предварительно определять по формуле:

 

где:    t - температура газа, °C;

P_m - среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, МПа;

V - скорость газа м/с (принимается не болев 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с - среднего и 25 м/с - для газопроводов высокого давления);

d_i  - внутренний диаметр газопровода, см.

Q – расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

Внутренний  диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший – для стальных газопроводов и ближайший меньший – для полиэтиленовых.

 

В настоящее время гидравлический расчет газопроводов осуществляют по номограммам и таблицам, которые разработаны на основании формул. Номограммы значительно облегчают гидравлический расчет. По ним с достаточной для практических целей точностью определяют: необходимый диаметр газопровода по заданному расходу и потерям давления или по заданным диаметру и потерям – пропускную способность газопровода; по заданным диаметру и расходу – потери давления; по известным местным сопротивлениям – эквивалентные длины. Каждая таблица и номограмма составлена для газа с определенной плотностью и вязкостью с учетом давления газа (низкое, среднее и высокое).

Номограммы  для среднего давления приведены  в приложении 1.

 

Пример расчета.

 Требуется  запроектировать газопровод длиной 4500 м, максимальным расходом 1000 м3/ч и давлением в точке подключения 0,3 МПа.

1. находим предварительно диаметр газопровода. Он составит:

 

Температура газа t=20°C;

Среднее давление газа (абсолютное) на расчетном участке газопровода, P_m=0,25 МПа;

Скорость газа для газопроводов среднего давления V=15м/с

Расход газа при нормальных условиях Q=1000 м3/ч (при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа);

 

 

Принимаем по номограмме ближайший больший  диаметр, он составляет 110 мм. Затем по номограмме (рис.2) определяем потери давления. Для этого через точку заданного расхода на шкале Q и точку полученного диаметра на шкале d проводим прямую до пересечения с осью l. Полученная точка на оси I соединяется с точкой заданной длины на оси l и прямая продолжается до пересечения с осью . Поскольку шкала l определяет длину газопровода от 10 до 100 м, уменьшаем для рассматриваемого примера длину газопровода в 100 раз (с 4500 до 45 м) и

соответствующим увеличением полученного перепада давления тоже в 100 раз. В нашем примере значение составит:

0.12*100=12 кгc/см²

Определяем  значение Р₂ по формуле:

 

Полученный  отрицательный результат означает, что трубы диаметром 110 мм не обеспечат транспорт заданного расхода, равного 1000 м3/ч.

Повторяем расчет для следующего большего диаметра, т.е. 160 мм.

Перепад давления составил

0.021*100=2,1 кгc/см²

В этом случае P₂ составит:

 

Полученный  положительный результат означает, что в проекте необходимо заложить трубу диаметром 160 мм.

ВЫВОДЫ

 

Газовое хозяйство представляет собой сложный  технологический комплекс газораспределительных  и газопотребляющих систем, который  предназначен для обеспечения потребителей природными и сжиженными углеводородными  газами и использования этих газов  в качестве топлива.

Основными задачами эксплуатации газового хозяйства  являются: обеспечение транспортирования  и подачи природного газа от поставщиков  до потребителей в объемах, предусмотренных  договорами о поставке газа;

• поставка газа потребителям;
• надежная эксплуатация газораспределительных сетей и газоиспользующего оборудования;
• организация и проведение планово-предупредительных ремонтов, работ по строительству и реконструкции объектов газового хозяйства;
• обеспечение и контроль над соблюдением норм и правил безопасности в газовом хозяйстве, в том числе в сфере потребления;
• обеспечение дальнейшего развития газификации страны.

Технологический комплекс газового хозяйства включает в себя объекты газораспределительных  и газопотребляющих систем:

- наружные (подземные,  надземные, наземные) газопроводы,  проложенные вне и на территории городов и населенных пунктов;

- здания  и сооружения на газопроводах;

- средства  защиты от электрохимической  коррозии;

- газорегуляторные  пункты и газорегуляторные установки;

- внутренние  газопроводы и газоиспользующее  оборудование предприятий, отопительных  котельных, зданий всех назначений;

- резервуарные  и баллонные установки сжиженных  углеводородных газов.

Диспетчерская служба газового цеха осуществляет регулирование  режима заводского газоснабжения

Диспетчеризация систем газоснабжения должна обеспечивать:

1. передачу на диспетчерский пункт аварийных и предупредительных сигналов при отклонении контролируемых параметров газа от установленных норм;
2. централизованное управление настройкой регуляторов давления газа и отключающими устройствами на газопроводах для обеспечения наиболее рациональных эксплуатационных режимов систем газоснабжения;
3. возможность измерения основных параметров газа.

В основе гидравлического расчета  газопроводной сети лежит определение  оптимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск необходимых  количеств газа при допустимых перепадах  давления.

В настоящее время гидравлический расчет газопроводов осуществляют по номограммам и таблицам, которые  разработаны на основании формул. Номограммы значительно облегчают  гидравлический расчет, что было подтверждено на примере рассмотренном в данной работе.

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Алабовский А.Н. Газоснабжение и очистка промышленных газов / А.Н.Алабовский, Б.В.Анцев, С.А.Романовский. – К.: Вища школа, 1985.– 192 с.;
2. Брюханов О.Н. Газоснабжение: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /О.Н.Брюханов, В.А.Жила, А.И.Плужников. – М.:Академия, 2008. – 448 с.;
3. Гольянов А.И. Газовые сети и газохранилища: Учебник для вузов. –Уфа: ООО «Монография», 2004. – 303с.
4. Комина, Г. П. Гидравлический расчет и проектирование газопроводов: учебное пособие [для студ. высш.уч.завед] / Г. П. Комина, А. О. Прошутинский. –СПб., 2010. – 148 с.;
5. Кязимов К.Г., Гусев В.Е. Основы газового хозяйства: учебн. для проф. учебн. заведения. – М.:Высш. шк., 2000 –462 с.;
6. Старицкий В.И. Газовое хозяйство заводов черной металлургии. – М.:Металлургия, 1973. – 439-441 с.;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Рис. 2. Номограмма для определения потерь давления в полиэтиленовых газопроводах среднего и высокого давления