Селищни газоснабдителни системи

Същност, елементи, класификация, устройство и схеми на селищни газоснабдителни системи

Газоразпределителните станции са връзката между магистралната газотранспортна система и нейната подсистема - селищна, промишлена и т. н.

Съвременните селищни газоснабдителни системи, наричани още разпределителни, за разлика от вътрешните (сградните) газови инсталации, представляват сложен комплекс от газопроводи, съоръжения, устройства, контролно-измервателни прибори и автоматика (КИП и А), газопроводни мрежи с ниско, средно и високо налягане, газорегулиращи и контролно-регулиращи пунктове и уредби (ГРП, КРП, ГРУ), арматури и др.

В тези станции, пунктове и уредби налягането на газа се понижава до необходимата степен за съответната мрежа и автоматически се поддържа в определените граници по време на експлоатацията.

Оборудвани са с автоматични предпазни устройства, изключващи възможността от опасно повишаване на налягането. Притежават и системи за свръзка, телемеханизация и телеуправление.

Основни изисквания към селищните газо-снабдителни системи

Основно изискване към селищната газоснабдителна система е да осигурява непрекъснато (безотказно) подаване на газ към различните потребители, т. е. да притежава висока надеждност.

Освен това е необходимо тя да е безопасна в експлоатационно отношение, проста и удобна за обслужване, като осигурява добра възможност за изключване на отделни нейни елементи или по-крупни звена при аварийни ситуации. Това са изисквания, които е добре разработващите проекти за газоснабдяване на селища, промишлени предприятия и др. да имат предвид.

Възприетият оптимален вариант в идейна фаза на проектиране е необходимо да предвижда поетапно въвеждане в експлоатация на отделните им компоненти и подобекти. Всички съоръжения, оборудването, възлите, арматурите и др. е добре да са еднотипни, обуславящи ефикасно поддържане и бърза и лесна подмяна при аварии.

Главен елемент на селищните газоснабдителни системи са газопроводните им мрежи. Те се класифицират съобразно предназначението им и налягането на газа в тях.

В зависимост от максималното им работно налягане те се подразделят на три групи:

n газопроводи с ниско налягане (до 5kPa) на газа, които, от своя страна, в зависимост от характера на използваемия газ, се подразделят също на три групи: при втечнените въглеводородни газове до 4kPa, при обикновен природен газ до 3kPa и при изкуствени газове до 2 kPa;

n газопроводи със средно налягане (от 5 kPa до 0,3 МРа);

n газопроводи с високо налягане (от 0,3 до 1,2 МРа).

Селищните газопроводи с високо налягане са основните артерии, захранващи останалите газопроводни мрежи на селището. Те се изпълняват в сключена, лъчеобразна и комбинирана схема.

От тях газът постъпва (чрез ГРП и ГРУ) в мрежите средно или ниско налягане, както и към по-големи промишлени обекти, чиито технологични процеси изискват налягане по-голямо 0,6 МРа.

Снабдяването с газ на жилищни, обществени и промишлени потребители, както и на парокотелни инсталации от мрежи средно и високо налягане, се осъществява чрез ГРП (ГРУ). Връзката между газопроводи с различни налягания също е само чрез ГРП.

Характеристики на мрежата високо налягане

Мрежата високо налягане по правило е необходимо да бъде с по-висока надеждност, т. е. да се изгражда предимно сключена и по изключение разклонена за по-малки селища.

По такъв начин се получава възможност за резервируемост или дублируемост със задължителна проверка на пропускната способност на най-натоварените пръстени (контури) при най-напрегнат хидравличен режим.

Мрежата с високо налягане е свързана хидравлично с подчинената й останала част от системата чрез реryлатори на налягането след тях, комплектовани с предпазни устройства, автоматически предотвратяващи всяка опасност от повишаването му.

С преминаването на най-долното ниво (ниското налягане) налягането на газа пак се редуцира с подобни автоматични реryлиращи клапани, поддържащи го постоянно.

Според броя на степените на налягане, използвани в съвременните газоснабдителни системи, те се подразделят на: двустепенни, състоящи се от мрежи ниско и средно, или ниско и високо (до 0,6 МРа) налягане; тристепенни, включващи газопроводи с ниско, средно и високо (до 0,6 МРа) налягане; многостепенни, в които освен ниското и средното са налице и две захранващи мрежи с високо (до 0,6 и 1,2 МРа) налягане.

Освен главното изискване за подчиненост в построението на схемата, съвместното използване на няколко степени на налягане на газа в селищата се обяснява още и с:

n в селището има потребители на газ, изискващи различно налягане.

Така например в жилищни и обществени сгради, културни, развлекателни и др. обекти се разрешава само ниско налягане, докато в повечето промишлени предприятия средно и високо;

n необходимостта от средно или високо налягане възниква и вследствие на голямата дължина на градските газопроводи, пренасящи значителни газови потоци;

n в централните райони на градовете със старо застрояване, ширината на улиците и кръстовищата е малка и полагането на газопроводи с високо налягане (по-големи диаметри) може да се окаже неизпълнимо. Освен това при висока гъстота на застрояване (и населеност), като се изходи от условието за безопасност и удобство при експлоатацията, полагането на газопроводи с високо налягане е нежелателно;

n преносимите ГРП, устройвани в ниши в стените на сградите и другите обекти (подобно на противопожарните кранове), е разрешено да се свързват само към газопроводи със средно (до 0,3МРа) налягане;

n наличието на няколко степени на налягане на газа се обяснява още с факта, че газоснабдителните системи на големите градове са строени, разширявани, реконструирани в течение на много години и газопроводите в централните им градски части са били проектирани и изпълнявани според старите нормативи с по-ниски от сега действащите налягания.

Особености при проектиране на селищни газоснабдителни системи

При проектирането на селищните газоснабдителни системи се разработват възможните, технически издържани и конкурентоспособни варианти, остойностяват се в идейна фаза и им се прави технико-икономическо сравнение. Най-изгодният от тях се приема за проектиране в технологическа или технолого-работна фаза.

Като най-добре изучени, разработени и разпространени са дву-, три- и многостепенните селищни системи с газореryлиращи пунктове, разположени в отделни отопляеми сгради и съоръжения.

За средно големи селища и неголеми градове най-често се приема двустепенна система от газопроводи с високо (до 0,6 МРа) и ниско налягане. Ако в централната част на града полагането на газопроводи високо налягане е невъзможно, се приема тристепенна система: високо (до 0,6 МРа), средно и ниско налягане, или пък двустепенна: средно и ниско налягане.

В първия случай високото налягане се заменя със средно само частично: в централната, най-пълно застроена и най-гъсто населена част на града. Изборът на един или друг вариант се определя пак с технико-икономически сравнения.

Многостепенни газоснабдителни системи с газопроводи с високо налягане се приемат само за големи (милионни) градове.

За големи и средни градове мрежите се проектират сключени, а за по-малки селища от градски тип както високата степен на налягане, така и ниската, може да бъдат разклонени. Диаметрите на разпределителните газопроводи най-често са в граници от допустимия минимален 50 mm до 400 mm.

Газорегулиращите пунктове, устроени в отделни отопляеми и вентилирани сгради и помещения, са удобни за експлоатация и поддръжка. Те се разполагат в центъра на зоната (с кръгова форма), която ще обслужват. Оптималният им брой се определя с технико-икономическото оразмеряване.

В идейна фаза броят им се определя по приблизителната формула nГРП = Ас/2R2 , nГРП = Vhc/ VhГРП, където Аc е общата площ на селището (района, квартала) без улиците, m2; R - радиусът на кръговата зона, обслужвана от един ГРП, R= (400 ё 800) m; Vhc, VhГРП - часов разход на газ в селището (района), съответно в m3/h.

Числото 2 в знаменателя (а не p т.е. 3,14) предполага малко застъпване на кръговите зони, обслужвани от съседни ГРП.

Оптималният радиус на захранване се определя с израза Ropt = 6,5 [(c0,388Dpn,l0,143 )/(jl0,245(me)0,143)] (2), където C е цената на един ГРП; Dpn,l - нормативният пад на налягане в мрежата с ниско налягане, приеман 1000 МРа; jl = 0,0075 + 0,009m/1000, където m - гъстотата на населението в жит/h; e - относителен часов разход на газ в мрежата ниско налягане - m3/h/жит.

Оптималният брой на ГРП съответно ще се получи от израза nГРПopt = Ас/2Ropt2, а оптималното натоварване на 1 ГРП от VoptГРП = mcRopt2 /5000.

Пропускателната способност на ГРП обикновено е в граници от 1000 до 3000 m2/h, а диаметрите на тръбите, довеждащи до тях газа от мрежите със средно или високо налягане, са 100 ё 150 mm.

Трасетата на газопроводните участъци и клонове се проектират по осите на улиците и кръстовищата по най-късия път, т.е. спазва се изискването за минимална дължина на мрежата. Точките на срещането на газовите потоци следва да се получат на границата на зоните, подхранвани от два съседни ГРП.

Мрежата с ниско налягане е най-често комбинирана и се състои от основни пръстени с разклонени участъци (клонове) и по-къси или по-дълги абонатни отклонения. Основните разпределителни газопроводи (пръстени и разклонени участъци) се проектират в идейно технологична фаза, а отклоненията - в работна фаза.

Гъстотата на основните газопроводи се проектира така, че дължината на абонатните отклонения да се получи в граници от 50 до 100 m

В селища в планински и хълмисти местности, т. е. с голяма геодезическа денивелация на уличните платна, при трасирането на газопроводите и определяне на местата на ГРП трябва да се отчита хидростатичното налягане на газа. Ако той е по-лек от въздуха, основните газопроводи и ГРП трябва да се полагат между кръстовищата с най-малки разлики в котите.

Жилищните и обществените сгради, малки предприятия и заведения от обслужващата сфера се присъединяват непосредствено към разпределителната мрежа ниско налягане, поради което на абонатните отклонения се монтират само спирателни кранове. Липсата на ГРП е преимущество на подобно решение, тъй като експлоатацията на голям брой работещи ГРП е доста сложна и скъпа.

Монтаж на спирателни кранове

С цел изключване на цели пръстени и отделни разклонени участъци мрежата ниско налягане при аварийни ситуации се монтират спирателни кранове. Такива се устройват и към мрежите средно и високо налягане за изключване на отделни участъци от работа.

Спирателни кранове се монтират и в началото, а при по-голяма дължина и в края на абонатните отклонения към обектите, преди и след ГРП и ГРУ, при дюкери, при пресичане на ж. п. и трамвайни линии, автопътища и други препятствия. Броят на изключващите устройства трябва да бъде точно обоснован, минимално необходим за добра възможност за оперативно управление при аварийни ситуации, реконструкции, разширения на отделни елементи от газопроводната мрежа.

Всяко изключващо устройство, освен че увеличава стойността на мрежата, притежава и определена вероятност на отказ, усложнявайки и понижавайки надеждността на цялата система. Оптималният им брой обаче позволява при аварийни ситуации да се изключват по-малко потребители, което пък повишава тази надеждност.

Примерна принципна схема на тристепенна селищна (на голям град с промишлена зона) газоснабдителна система е показана на фиг. 1. От магистралния газопровод газът постъпва чрез отклонение 1 към ГРС 2. Големите градове имат минимум 2 ГРС, което повишава надеждността в газоподaването. Оптималният брой ГРС се определя с технико-икономическо пресмятане. От ГРС газът постъпва в мрежата високо налягане (1,2 МРа). От нея чрез ГРП 3 газът с редуцирано налягане (до 0,4 МРа) постъпва в мрежата средно налягане.

От нея чрез ГРП 4 газът, редуциран на още по ниско налягане (2 - 3 kРа), постъпва в съответната мрежа - последната степен. С позиция 5 е посочена мрежата (високо или средно налягане), обслужваща промишлената зона извън градската територия. На чертежа за по-голяма прегледност и разбираемост различните степени газопроводи са разположени последователно.

В действителност по едни и същи улици и кръстовища те са положени паралелно, което е обусловено от изискването за плътно обхващане на цялата газифицируема територия от мрежата ниско налягане.

Тези мрежи са максимално развити и покриват плътно цялата захранвана от тях територия. Ако ГРП се монтират във всяка сграда, жилищен блок или група сгради, мрежата ниско налягане ще бъде с минимална дължина и ще се състои от къси външни (улични) и вътрешносградни газопроводи.

Газоснабдителната система, показана на фиг. 1, е не само високонадеждна, но и доста гъвкава в експлоатационно отношение. Заложеният при нейното изграждане принцип на многостранно захранване на всички видове градски газопроводни мрежи, както и сключването на основните линии, осигуряват тези два изключително важни показателя.

Предвидено е също и изравняване на денонощния график и известно покритие на неравномерността на газопотреблението с помощта на потребители регулатори в промишлената зона (позиция 5) и използване на крайните участъци на магистралния газопровод в качеството на акумулиращи мощности.

На фиг. 2 е показана примерна схема на двустепенна селищна газоснабдителна система за средно голям град с няколко концентрирани консуматори (промишлени предприятия, парокотелни и др.) и три жилищни района (комплекса).

В съвременните градски газоснабдителни системи газопроводите с ниско налягане не представляват единна градска мрежа, а са обособени по отделни райони, микрорайони (комплекси), квартали. Подобен принцип на изграждане произтича от факта, че е нецелесъобразно пресичането на тези газопроводи с естествени и изкуствени препятствия като реки, ж. п. и трамвайни линии, междуградски автомобилни пътища.

При разпределянето на газовия поток по мрежите средно налягане следва да се определят главните (основните) линии и по тях да се насочат големите транзитни разходи. Подобно решение е по-икономично, тъй като в случая общият газов поток се дели на по-малък брой основни потоци (в схемата на фиг. 2 - 2 броя), без да се разпределя равномерно по всички газопроводи.

Оптималното потокоразпределяне на газа по двете паралелни линии съответства на случая, когато целият поток идва от ГРС само по една къса линия.

Ако потокът бъде разпределен равномерно по всички паралелни линии, ще се получи преоскъпяване на мрежата.

Същият извод е валиден и за няколко паралелни линии. Освен че открояването на главните (основните) линии от общата мрежа е по-добро технологично решение, то е по-удобно и за експлоатацията, тъй като те, съставлявайки сключения скелет на цялата газоснабдителна система с цел повишаване надеждността на газоснабдяването, могат да бъдат подлагани на по-ефикасен контрол и управление.

Второстепенните разклонени (глухи, задънени) газопроводи, изхождащи от сключените контури, имат местен характер и прекъсването на газоподаването по тях при аварийни ситуации ще засегне по-малък брой потребители. Неизбежните peмонтно-възстановителни дейности в случая може да бъдат извършени за достатъчно кратко време.