Часть вторая ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И ГАЗОХРАНИЛИЩА (1973 год)

Часть вторая ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ И ГАЗОХРАНИЛИЩА (1973 год)

Глава 7 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ. СВОЙСТВА ГАЗОВ (1973 год)

§ 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Газовая промышленность является самой молодой отраслью топливной промышленности Советского Союза. В дореволюционной России природный газ не добывался. В незначительных количествах добывался попутный нефтяной газ в Бакинском и Грозненском районах. Перед Великой Октябрьской социалистической революцией в Баку использовалось всего лишь 33 млн. м3 попутного нефтяного газа.

Начало производства искусственного газа в России относится к тридцатым годам XIX столетия. В Петербурге был построен небольшой завод, который вырабатывал газ из угля, поступавшего из Англии. В 1914 г. в Петербурге этот газ поступал только в 3 тыс. квартир наиболее богатых семей. В Москве искусственный газ начали использовать в конце шестидесятых годов XIX века для освещения улиц и вокзалов. Позже газ стали применять и для бытовых нужд. В 1913 г. было газифицировано 2.7 тыс. квартир.

После Великой Октябрьской революции использование попутного нефтяного газа стало постепенно возрастать. В Бакинском и Грозненском нефтедобывающих районах в 1927—1928 гг. было добыто и использовано 270 млн. м3 газа. В 1940 г. добыча природного и попутного газов в Советском Союзе составила около 3220 млн. м3.

В сентябре 1944 г. было принято решение Советского правительства

о строительстве первого дальнего газопровода Саратов — Москва. В июле 1946 г. саратовский газ поступил в Московскую газовую сеть.

За пять лет (1946—1950 гг.) в Москве было построено более 1340 км уличных и внутридворовых газопроводов, десятки регуляторных станций, две газгольдерные станции, газифицировано 211 тыс. квартир.

В настоящее время протяженность Московской газовой сети (магистрали и внутридворовые газопроводы) составляют около 6000 км.

В газовую сеть Москвы газ попадает по таким мощным магистральным газопроводам, как Ставрополь — Москва, Северный Кавказ — Москва, Средняя Азия — Центр и др.

В Москве действует пять газгольдерных станций общим объемом 1 700 000 м3 при остаточном давлении газа в них 2.2 кгс/см2. Газгольдерные станции оборудованы газгольдерами постоянного объема с рабочим давлением 7—12 кгс/см2. Газгольдеры предназначены для покрытия часовой неравномерности потребления газа в течение суток.

В 1972 г. добыча природного газа составила 221 млрд. м3. Газ получили 220 городов и поселков городского типа и более 6 тыс. сельских населенных пунктов, газифицировано 3,5 млн. квартир, в том числе в сельской местности 1,4 млн. квартир.

Для улучшения системы газоснабжения в районе крупных городов (Москва, Ленинград, Киев, Рига, Ташкент, Свердловск и др.) созданы подземные хранилища природного газа.

Газификация сельского хозяйства в Советском Союзе начата с 1962 г. (потребление сжиженного газа в 1962 г. составило всего 20 т).

В настоящее время в селах газифицировано более 6,5 млн. квартир. Газом пользуются свыше 30 млн. сельских жителей. В сельских районах построено около 10 000 км газораспределительных сетей. В 1971 г. па газоснабжение этих районов израсходовано 665 000 т сжиженного газа и 4,2 млрд. м3 природного газа.

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. намечено дальнейшее развитие газовой и нефтяной промышленности. В 1975 г. добыча газа составит 300—320 млрд. м3.

В 1971—1975 гг. намечено построить 57 000 км магистральных газо-и нефтепроводов и газифицировать 17—18 млн. квартир. Уровень газификации жилого фонда должен составить в городах 65—75%, на селе 40—50%.

2 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ И ГАЗОХРАНИЛИЩАХ

Система газоснабжения городов может базироваться на природном газе, подаваемом в город или в другой какой-либо населенный пункт по магистральному газопроводу, сжиженном газе или на смеси паров пропана и бутана с воздухом.

Природный газ является основным топливом в системе газоснабжения. В последнее время резко растет потребление сжиженных газов.

Система газоснабжения городов и поселков состоит из источника газоснабжения, газораспределительной сети и внутреннего газового оборудования.

При использовании природного газа источником газоснабжения городок является магистральный газопровод, а при использовании сжиженного газа — газораздаточные станции сжиженных газов, которые получают газ по магистральным трубопроводам сжиженного газа, железной дороге, автомобильным или водным транспортом.

Газовая распределительная сеть представляет собой систему трубопроводов и оборудования, служащих для транспорта и распределения газа внутри города. Газопроводы распределительной сети условно делятся на магистральные и распределительные. По магистральным газопроводам газ передается из одного района города в другой, а по распределительным газопроводам — непосредственно потребителям.

Из магистрального газопровода в городскую распределительную сеть газ подается через газораспределительную станцию (ГРС). Городская сеть оборудуется газорегуляторными пунктами (ГРП). которые служат для снижения давления газа и объединяют газопроводы различного давления.

Внутреннее газовое оборудование жилых домов, коммунальных и промышленных предприятий включает внутридомовые или промышленные газопроводы, газовые приборы и установки для сжигания газа.

Газопроводы на территории городов п других населенных пунктов в зависимости от максимального рабочего давления делятся на:

Давления, по которым проведена классификация городских газопроводов, являются избыточными.

Источником искусственных газов являются заводы, вырабатывающие газ из угля, сланцев или нефти.

Запасы природного газа на территории Советского Союза находятся на большом расстоянии от крупнейших потребителей — Москвы, Ленинграда, Киева, Горького, Риги, Ташкента, Свердловска и других городов.

Природный газ в города подается по мощным магистральным газопроводам, которые целесообразно эксплуатировать при максимальной проектной производительности. Фактическое потребление газа характеризуется резкой неравномерностью в течение суток, месяца п года. Неравномерность потребления связана с изменениями погоды, специфическими особенностями некоторых производств и т. д. Города и населенные пункты потребляют газа зимой в 1,3 — 2,0 раза больше, чем летом.

Сезонные излишки и недостатки газа при подаче его крупным городам исчисляются сотнями миллионов кубических метров. Единственно приемлемым способом аккумулирования таких количеств природного газа и создания резерва на непредвиденный случаи является его хранение в истощенных нефтяных и газовых месторождениях, а также в водоносных пластах.

Подземное газохранилище оборудовано скважинами для закачки и отбора газа из пласта, установками для охлаждения, очистки и осушки газа. Газ в газохранилище поступает из магистрального газопровода через специальную компрессорную станцию. Отбор газа из хранилища ведется через газораспределительную станцию.

Для хранения относительно небольших количеств газа на заводах и в газораспределительной сети применяют газгольдеры низкого и высокого давления. В газовой сети газгольдеры служат для покрытия часовой неравномерности потребления газа в течение суток.

Для приема, хранения и поставки потребителям сжиженных углеводородных газов строят газораздаточные станции и кустовые базы. Для хранения больших объемов сжиженных газов сооружают подземные хранилища в искусственных или естественных выработках в плотных непроницаемых породах.

При проектировании газовых сетей необходимо выполнять определенные требования, которые к ним предъявляются. Газовые сети должны быть надежными и обеспечивать бесперебойность газоснабжения. Эксплуатация газовой сети должна быть простой, удобной и безопасной. При проектировании сети

необходимо предусмотреть возможность отключения отдельных районов, а также возможность строительства и ввода в эксплуатацию по очередям. При оборудовании сети следует использовать однотипные сооружения и узлы.

Газораспределительная сеть должна обеспечивать минимальные материальные и капитальные вложения, а также минимальные эксплуатационные расходы.

3 ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ

Работа

При выводе расчетных формул будет использовано понятие «потенциальная работа».

Потенциальной называется работа перемещения газов из области одного давления р1 в область другого давления р2

Элементарные величины потенциальной работы соответствуют бесконечно малым изменениям давления:

Из аналитического выражения потенциальной работы следует, что работа затрачивается на преодоление трения газа о стенки газопровода, на изменение положения газа и его линейной скорости.

Уравнение Клапейрона

Уравнение Клапейрона получается путем сопоставления законов Бойля— Мариотта и Гей-Люссака.

По закону Бойля — Мариотта

pv=f(t)

откуда удельный объем

Параметры физического состояния реальных газов — температура 0° С и давление 760 мм рт. ст. — далеки от условий идеального состояния.

Для реальных газов составлено большое число уравнений состояния. Наиболее распространенное — уравнение Клапейрона с поправочным коэффициентом:

Критическим давлением называется такое давление, при котором и выше которого нельзя испарить жидкость ни при каком повышении температуры.

Критическая температура — это температура, при которой и выше которой ни при каком повышении давления нельзя сконденсировать пар.

Значения критических параметров некоторых газов приведены в табл. 7.1.

Теплоемкость газов

При проведении тепловых расчетов газопроводов необходимо знать значение удельных теплоемкостей газов. Удельной теплоемкостью газа называется количество тепла, которое необходимо сообщить единице массы (или объема) газа, чтобы температура его в данном процессе изменилась на 1° С.

Теплоемкость газа зависит от характера протекаемого процесса. Например, если в газгольдере находится газ, который подогревается на 1° С, но при этом в различных случаях объем газа меняется по-разному. Работа газа будет различной. В связи с этим п теплоемкость газа будет не одинакова. Она будет зависеть от характера протекающего процесса.

Наибольшее распространение в термодинамических расчетах получили теплоемкости двух простейших процессов: при постоянном давлении Ср и при постоянном объеме Сv.

В каком-либо определенном процессе изменения состояния газа количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1 С при данном давлении, зависит от абсолютной температуры газа. Количество тепла оказывается разным при различных температурах газа. При данной температуре газа количество тепла, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1° С, зависит от величины давления.

Для городских газопроводов теплоемкость газов изменяется в узких пределах, поэтому величину теплоемкости можно принимать постоянной.

Значения массовой теплоемкости Ср некоторых газов (в кДж/(кг*К):

Таким образом, если известна величина удельной теплоемкости при постоянном давлении, можно определить теплоемкость при постоянном объеме.

-Массовые удельные теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме идеальных газов являются функцией только одной температуры, т. е. зависят только от температуры.

Таблица 7.2
Массовые теплоемкости Ср (в кДж/(кг • К) метана при постоянном давлении

Температура, °С	Давление, МПа
Температура, °С	0,0980	1,010	2,020	3,030	4,040
-30	2,022	2,106	2.223	2,370	2,554
—20	2,064	2,148	2,244	2,360	2,499
—10	2,110	2,185	2,269	2,370	2,487
0,0	2-152	2.223	2.307	2,395	2.491
+ 10	2.192	2.261	2,340	2,424	2.512
+20	2,231	2,298	2,378	2,457	2.537
+30 •	2,273	2,336	2.407	2.483	2,554

Эффект Джоуля —Томсона

При движении природного газа через сопротивление (регулирующие клапаны ГСР и ГРП, трубопроводы, фильтры п т. д.), особенно при резком падении давления, наблюдается снижение температуры газа. На газораспределительных станциях снижение температуры вызывает обмерзание трубопроводов, запорных регулирующих и измерительных устройств п приводит к образованию гидратов в трубопроводах. Это явление называют эффектом дросселирования (дроссельным процессом).

Дросселирование большинства газов при обычных температурах и давлениях сопровождается охлаждением газа (положительный коэффициент Джоуля — Томсона). При некоторых условиях (температура и давление) дросселирование сопровождается нагреванием газа (отрицательный коэффициент Джоуля — Томсона).

Коэффициент Джоуля — Томсона при некоторых значениях давления и температуры может обращаться в нуль. Совокупность точек, в которых коэффициент Джоуля — Томсона равен нулю, называется линией инверсии.

Вязкость газов

При движении вязких жидкостей и газов наблюдаются касательные напряжения (напряжения внутреннего трения). Это явление обусловлено молекулярной структурой газа и жидкости. Внутреннее трение газов и жидкостей характеризуется коэффициентом вязкости.

Напряжение внутреннего трения между двумя слоями прямолинейно движущегося вязкого газа согласно закону Ньютона пропорционально отнесенному к единице длины изменению скорости по нормали к направлению движения:

Физический смысл динамической вязкости виден из рассмотрения ее единиц измерения; в числителе — работа, в знаменателе — объемный расход

Значения постоянной Сёзерленда С для некоторых газов приведены в табл. 7.5.

На рис. 7.2 представлен график зависимости коэффициента вязкости от температуры для различных газов.

содержание .. 33 34 35 36 ..