Тема 1.2 Сбор, транспортировка и хранение горючих газов. Обработка природных газов в головных сооружениях

Обработка природных газов в головных сооружениях

Добываемый из месторождений природный газ обычно содержит различные механические твёрдые и жидкие примеси в виде песка, пыли, воды, масла, конденсата, окалины, сернистых соединений и др. Природные газы, содержащие в основном метан, подвергают обеспыливанию, а в случае содержания в них сероводорода и углекислоты – последние удаляют. Твёрдые примеси, находящиеся в газах, отрицательно влияют на работу регулирующих, запорных, запорно-предохранительных устройств, контрольно-измерительных приборов и газовых горелок. При больших скоростях движения газа, содержащего твёрдые взвеси, газопровод подвергают бомбардировке частицами и особенно на поворотах потока, что приводит к преждевременному износу и выходу из строя дорогостоящих газопроводов, а иногда и к авариям.

Водяные пары и конденсат, содержащиеся в газе, увеличивают его объём и затраты на транспортирование. Конденсируясь, жидкие примеси скапливаются в пониженных местах и занижают сечение газопровода, а в зимнее время осложняют эксплуатацию систем газоснабжения, так как их замерзание приводит к закупорке газопроводов. Необходимость очистки газа от сероводорода и углекислоты обусловлена санитарно-гигиеническими требованиями к горючим газам, требованиями противокоррозионной защиты труб, оборудования и приборов, технологией переработки природных газов.

Очистку и осушку газов осуществляют на специальных установках, размещаемых на головных сооружениях магистральных газопроводов, газораспределительных станциях, ГРП и ГРУ.

Неравномерность газопотребления и методы её выравнивания

Неравномерность газопотребления бывает часовая, суточная и сезонная. Неравномерность потребления газа вызвана объективными причинами, которые практически не устраняются. Для определения часовой неравномерности потребления газа составляют графики потребления газа по часам суток. Исходя из этих графиков, определяют аккумулирующую ёмкость сети газопроводов, необходимую для покрытия дефицита газа в часы максимального потребления. Для этого используют различные способы, в том числе: буферные потребители, газгольдерные парки, концевые участки магистральных газопроводов. В качестве буферных потребителей используют предприятия, расходующие значительные количества газа. В первую очередь к ним относятся предприятия, например крупные котельные, на которых имеется резервное топливо. На буферных предприятиях устанавливают комбинированные газовые горелки: газомазутные или для сжигания газа и угля. Наиболее просто осуществляется переход с газового топлива на жидкое топливо.

Для выравнивания неравномерности потребления газа буферные потребители подключают ночью, а днём, когда часовой расход газа возрастает, их отключают. Наибольшую неравномерность потребления газа создают коммунально-бытовые потребители газа. С увеличением доли расхода промышленными потребителями неравномерность потребления газа сокращается.

Концевые участки магистральных газопроводов обладают значительной аккумулирующей способностью. Запас газа в концевом участке газопровода определяют по эмпирической формуле. Геометрический объём газопровода длиной 1км для диаметра 500мм равен 196,3м³; для диаметра 1000мм- 785м³; для диаметра 1400мм -1540м³.

Использовать для покрытия часовой и суточной неравномерности потребления газа подземные хранилища неэкономично, поэтому их используют для покрытия сезонной неравномерности потребления газа.

Сезонная (месячная) неравномерность потребления газа возникает в связи с сокращением потребления газа на отопление летом и резким возрастанием его потребления зимой. Сезонную неравномерность потребления газа покрывают форсированной работой магистральных газопроводов, отключением «буферных» потребителей газа и подключением подземных хранилищ газа.

Подземное хранение газа. Подземные хранилища газа наиболее полно решают задачи по обеспечению постоянного режима работы магистральных газопроводов и бесперебойности газоснабжения городов и промышленных центров. Для магистральных газопроводов подземные хранилища создают возможность равномерной работы их в течение всего года независимо от неравномерности потребления газа. Летом, когда наблюдается уменьшение отбора газа, мощность газопровода и установленных на нём компрессорных станций используется для закачки части газа в подземное хранилище. Зимой газопровод продолжает работать с оптимальной производительностью, а недостающий городу газ подаётся из подземного хранилища.

Подземное газовое хранилище (смотри рисунок 1) оборудовано определённым числом скважин для закачки в рабочий пласт требуемого количества газа и отбора его при необходимости. Кроме скважин, подземное хранилище располагает компрессорной станцией, установками для осушки и очистки от механических примесей, газорегуляторным пунктом и установками для учёта газа. При сооружении подземного хранилища в водоносных пластах бурят скважины для подачи в пласт газа и специальные скважины для отвода воды. Газ из подземного хранилища выходит под собственным давлением.

Сооружение подземных хранилищ связано со значительными затратами, которые окупаются экономией, так как отпадает необходимость сооружения дополнительного газопровода для обеспечения потребности в газе в зимнее время. Уже при сооружении первых подземных хранилищ появилась их высокая народная хозяйственная эффективность. Создание для Москвы Щёлковского и Калужского хранилищ обошлось в 3-4 раза дешевле, чем сооружение равноценного им газопровода протяжённостью 1000км диаметром 720мм.

Хранилища газа

Важнейшая задача газовой промышленности – надёжное (бесперебойное) обеспечение потребителей горючими газами при условии полного использования производственных мощностей газовых промыслов и магистральных газопроводов. Решение этой задачи осложняется наличием неравномерности потребления газа во времени. Неравномерности потребления газа бывают часовые, месячные и сезонные. Для обеспечения равномерности, бесперебойности и возможности регулирования подачи газа необходимо создавать определённые запасы - хранилища газа. В качестве хранилищ газа применяют газгольдеры различных конструкций, концевые участки магистральных газопроводов, подземные хранилища газа.

Газгольдеры бывают: постоянного давления газа и переменного объёма (мокрые газгольдеры), постоянного объёма и переменного давления (газгольдеры высокого давления). Мокрый газгольдер (смотри рисунок 2) состоит из бассейна, заполненного водой 6, колокола 1 и нескольких телескопов (2 и 3). Колокол и телескоп имеют кольцевые желоба 4 и 5. При наполнении газгольдера газом колокол движется вверх, поднимая телескопы. Желоба заполняют водой, создающей гидравлические затворы. В районах с суровым климатом газгольдеры располагают в помещениях и в зимнее время непрерывно подогревают воду. Мокрые газгольдеры строят на предприятиях по производству искусственных газов вместимостью до 22тыс.м³. В настоящее время мокрые газгольдеры практически не строят.

Газгольдеры высокого давления. В некоторых случаях газ хранят в сжатом состоянии в стальных резервуарах под давлением 12кгс/см² (1,2 МПа). Геометрический объём таких резервуаров обычно не превышает 200м³. Для создания необходимого запаса газа сооружают газгольдерные парки, состоящие из большого числа газгольдеров. На сооружение газгольдеров высокого давления требуется большой расход металла. Они имеют сравнительно небольшую вместимость и непригодны для выравнивания сезонной неравномерности потребления газа. В настоящее время газгольдерные станции не строят. Общая вместимость стальных газгольдерных парков не превышает 1 млн.м3.

Горючие газы хранят в металлических или грунтовых резервуарах в сжиженном состоянии при давлении, близком к атмосферному давлению. Природный газ необходимо охлаждать до температуры минус 162^оС. В таких хранилищах можно создать значительные запасы природного газа. Однако сжижение газа до столь низких температур и последующее испарение его связано со значительными затратами энергии, что существенно повышает стоимость газа.

Работа концевых участков магистральных газопроводов отличается от работы других участков. Количество поступающего в него газа равномерно осуществляет компрессорная станция в течение суток, а потребление газа значительно изменяется. В ночное время наблюдается снижение отбора газа, и поступление газа превышает его расход. За ночное время в концевом участке магистрального газопровода создаётся определённый запас газа, который расходуется в дневное время суток, когда расход газа увеличивается.

В качестве подземных хранилищ газа используют истощённые газовые или нефтяные месторождения. Если такие месторождения отсутствуют вблизи мест потребления, то подземные хранилища сооружают в подземных водоносных пластах, имеющих сверху газонепроницаемые горные породы. Подземное хранение газа в нашей стране получило большое развитие. Первое подземное газохранилище было построено на базе истощённой газовой залежи около Бугуруслана. Затем были построены хранилища газа вблизи крупных городов. Подземные хранилища позволяют создавать запасы природного газа, измеряемые в млрд.м³.

Магистральные газопроводы

Газ, подготовленный на головных сооружениях, поступает в магистральный газопровод. Все магистральные газопроводы по рабочему давлению делятся на три класса:

I –высокого давления, более 25 кгс/см²;

II- среднего давления, от 12 до 25 кгс/см²;

III – низкого давления, до 12 кгс/см²;

Для повышения пропускной способности с учётом прочности труб рабочее давление в газопроводах принимается 50-55 кгс/см², а для вновь строящихся – до 75 кгс/см². По мере снижения этого давления при движении газа по газопроводу до 30-35 кгс/см² первоначальное давление восстанавливается на КС (компрессорной станции).

Трасса магистрального газопровода прокладывается по незастроенной местности, по кратчайшему пути между начальным и конечным пунктами. Предполагается, что должно быть наименьшее пересечение естественных и искусственных преград (рек, озёр, оврагов, железных и автомобильных дорог и т. д.). В зависимости от рабочего давления и диаметра трасса газопровода в целях безопасности должна быть удалена от населённых пунктов, промышленных предприятий и различных сооружений на расстояния от 40 до 250м в соответствии со СНиПом. В этой зоне отчуждения, называемой охранной зоной, не разрешается размещать постоянные или временные сооружения, полевые станы, загоны для скота и т.п. Допускается лишь вспашка земли и производство посевов.

Монтируют магистральные газопроводы из высококачественных бесшовных или электросварных труб, изготовленных из малоуглеродистых или низколегированных сталей. Соединяются трубы сваркой встык без фланцевых соединений. Глубина укладки труб, считая от поверхности земли до верха трубы, должна быть не менее 0,8м.

Магистральные газопроводы защищают от коррозии противокоррозионными покрытиями нормального, усиленного и весьма усиленного типов, а в особо агрессивных грунтах и в районах действия блуждающих токов дополнительно применяют электрические методы защиты от коррозии.

Для обеспечения нормальной эксплуатации магистральных газопроводов на них монтируют запорные устройства, преимущественно стальные краны, которые устанавливаются без колодцев, продувочные свечи и устройства для сбора и удаления конденсата.

Вся трасса обеспечивается телефонной, а иногда и радиорелейной связью. На некоторых газопроводах через каждые 20 – 25км размещены дома линейных ремонтёров, обслуживающих газопровод.

Переходы газопроводов через большие судоходные реки обычно осуществляются двумя-тремя нитками подводных трубопроводов, называемых дюкерами. Пропускная способность одного дюкера составляет обычно 70% от всего количества транспортируемого газа. Дюкер тщательно сваривают из труб с утолщённой стенкой, покрывают противокоррозионной изоляцией весьма усиленного типа, балластируют чугунными или железобетонными грузами для придания отрицательной плавучести и заглубляют на 0,5м в неразмываемый грунт дна реки.

На пересечении нешироких рек, например горных с быстрым течением, а также ущелий или глубоких оврагов часто сооружают воздушные переходы газопроводов балочной, подвесной, арочной или других конструкций.

Под железными и автомобильными дорогами магистральный газопровод прокладывают в стальном защитном кожухе. Концы кожуха (патрона) имеют уплотнения для герметизации межтрубного пространства. На одном из концов кожуха монтируется свеча, выход газа из которой отводится от дороги не менее, чем на 25м и на высоту над уровнем земли не менее 5м.

Основным эксплуатационным показателем магистрального газопровода является его расчётная суточная пропускная способность. Увеличивая диаметр газопровода, можно значительно повышать его пропускную способность. Также увеличивается пропускная способность магистрального газопровода при сооружении двух или трёх параллельных ниток. При этом повышается надёжность системы газопроводов.

Газопроводы - отводы к КС и ГРС являются также частью магистрального газопровода и на них полностью распространяются требования и нормы проектирования и эксплуатации для магистральных газопроводов.

Компрессорные и газораспределительные станции

Компрессорные станции (КС) предназначены для сжатия газа до рабочего давления с целью обеспечения проектной пропускной способности магистрального газопровода. Они оборудуются поршневыми компрессорами или центробежными нагнетателями с газотурбинным или электрическим приводом.

Основными сооружениями КСявляются установки для очистки, сжатия и охлаждения газа. К вспомогательным сооружениям относятся системы энерго-, водо-, масло-, теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Особое внимание уделяется автоматизации КС с управлением режимом её работы с одного пульта и утилизации отходов тепла. Центробежные нагнетатели для увеличения степени сжатия газа работают последовательно по два-три агрегата в группе. Число групп зависит от пропускной способности газопровода. Технологическая схема КС допускает возможность последовательной и параллельной работы нагнетателей и групп, а также и отключение любого агрегата без разрыва потока газа. Тип привода нагнетателей выбирается в зависимости от местных условий. В районах, удалённых от мощных энергосистем, целесообразно применять газотурбинный привод, работающий на транспортируемом газе. В промышленных районах с невысокой стоимостью электроэнергии экономичнее применять электропривод.

На рисунке 3 изображена технологическая схема КС, оборудованной центробежными нагнетателями с электроприводом. Из магистрального газопровода 1 через кран 2 газ поступает на блок масляных пылеуловителей 4 для очистки от механической взвеси. Очищенный газ направляется в компрессорный цех, но по пути маслоуловителем 5 удаляется случайно захваченное масло для последующей регенерации.

Через кран 6 газ поступает на всасывание в центробежный нагнетатель 7 и из него с повышенным давлением – на всасывание в следующий нагнетатель. Из последнего последовательно включённого нагнетателя газ с рабочим давлением и температурой около 70^оС подаётся в градирню на охлаждение. Повышенная сжатием температура газа может вредно повлиять на битумно-резиновую изоляцию газопровода и его пропускную способность. Поэтому в оросительных холодильниках 10 градирни температура газа понижается до 40-55^оС, и только после этого через кран 13 газ нагнетается в магистральный газопровод.

При необходимости отключения КС автоматически открывается кран 11 и закрываются краны 2 и 13. Освобождение газопроводов КС от газа осуществляется через продувочные трубопроводы за кранами 3 и 14. В аварийных случаях при неустойчивой работе одного или нескольких агрегатов противопомпажный кран 12 автоматически переключает работу КС «на себя» по замкнутому циклу.

Обычно к КС примыкает и территория аварийно-ремонтного пункта, укомплектованного парком аварийных машин и механизмов.

Газораспределительные станции (ГРС) сооружаются в конце магистрального газопровода или на отводе от него и предназначены для подачи газа в газовые сети населённых пунктов, промышленных предприятий и других крупных потребителей газа. На ГРС осуществляются: очистка газа от механических примесей, снижение давления газа до заданного предела, учёт расхода газа и при необходимости – дополнительная его одоризация. В зависимости от производительности и значений входного и выходного давления газа существуют различные технологические схемы ГРС. Редуцирование газа может осуществляться в одну или две ступени по двум, трём или более технологическим ниткам, из которых одна является резервной. Современные ГРС автоматизированы и обеспечиваются световой и звуковой сигнализацией в местах нахождения обслуживающего персонала.

Принципиальная технологическая схема ГРС небольшой производительности (5-20 тыс.м³/ч) с одноступенчатым редуцированием газа показана на рисунке 4.

Газ через входной газопровод поступает к висциновым пылеуловителям 1 и последовательно проходит через контрольные клапаны 2 и рабочие регулирующие клапаны 3 с командными приборами. Со сниженным давлением газ поступает в выходной газопровод, на котором смонтирована камерная диафрагма 5 для учёта расхода газа. Дополнительная одоризация газа осуществляется установкой 10 в случае необходимости.

При завышении выходного давления газа автоматически прикрываются контрольные регулирующие клапаны 2, уменьшая подачу газа на рабочие клапаны 3. При занижении выходного давления также автоматически открываются регулирующие клапаны на резервной нитке ГРС, увеличивая подачу газа потребителям. При чрезмерном опасном завышении выходного давления газа срабатывают предохранительные сбросные клапаны 4, и подаётся звуковой или световой сигнал оператору.

Обеспечение потребителей газом при временном отключении ГРС осуществляется по перемычке 9 с двумя отключающими устройствами, из которых первое открывается полностью, а второе является регулирующим и управляется вручную. Для обеспечения газом собственных нужд станции (на отопление ГРС, дома операторов и др.) в ГРС имеется газорегуляторный пункт (ГРП), состоящий из регулятора давления 7, предохранительно-запорного клапана 6, гидравлического сбросного клапана 8, запорной арматуры и КИП. Для обеспечения газом небольших потребителей монтируют автоматические ГРС шкафного типа. ГРС являются взрывоопасными сооружениями, поэтому их располагают не ближе 300 м от различных строений и ограждают металлической сеткой. Помещения ГРС обеспечены молниезащитой, вентиляцией, взрывобезопасным освещением и отоплением и комплектом первичных средств пожаротушения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: