книги / Проектирование газораспределительных сетей из полиэтиленовых газопроводов

поставляется вместе с ограждающими конструкциями. Наружные ограждающие конструкции ГРПБ состоят из трех слоев: наружные слои— металлические листы, внутренний слой— негорючий утеп­ литель.

По конфигурации системы газораспределения можно класси­ фицировать как кольцевые, тупиковые и смешанные. Кольцевые схемы распределительных газопроводов предусматривают для по­ вышения надежности системы газоснабжения, тупиковые схемы применяются, когда допустимо прекращение подачи газа абонен­ там. Надежность системы газораспределения — один из основных критериев проектирования, строительства и эксплуатации.

Газопроводы выполняют из стальных или стальных и полиэти­ леновых труб. Для подземных газопроводов следует применять полиэтиленовые и стальные трубы. Для наземных и надземных газопроводов следует применять стальные трубы. Для внутренних газопроводов низкого давления разрешается применять стальные и медные трубы.

Стальные бесшовные, сварные (прямошовные и спирально­ шовные) трубы и соединительные детали для газораспределитель­ ных систем должны быть изготовлены из стали, содержащей не бо­ лее 0,25 % углерода, 0,056 % серы и 0,046 % фосфора.

Выбор материала труб, трубопроводной запорной арматуры, соединительных деталей, сварочных материалов, крепежных эле­ ментов и т. п. следует производить с учетом давления газа, диамет­ ра и толщины стенки газопровода, расчетной температуры наруж­ ного воздуха в районе строительства и температуры стенки трубы при эксплуатации, особенностей грунта и природных условий, наличия вибрационных нагрузок.

Пример 1.1. Наружная газораспределительная сеть населенно­ го пункта с застройкой до пяти этажей представляет двухступенча­ тую схему. Первая ступень — стальные газопроводы с давлением га­ за до 0,6 МПа. Вторая ступень — газопроводы низкого давления, проложенные подземно, они выполняются из полиэтиленовых труб. Газопроводы-вводы, расположенные подземно и надземно, выпол­ няются из стальных и полиэтиленовых трубопроводов. Снижение давления с высокого на низкое осуществляется с помощью газорегу­ ляторных пунктов шкафного типа.

11

Размещение наружных газопроводов по отношению к зданиям, сооружениям и инженерным коммуникациям необходимо произво­ дить в соответствии с требованиями СНиП 2.07.01, а на территории промышленных предприятий — в соответствии с требованиями СНиП П-89, СП 42-101-03 (приложение В).

В целом можно отметить, что развитие газораспределительной системы тесно связано с инфраструктурой населенных пунктов. Ее основные параметры: надежность, технологичность и экономи­ ческая эффективность — выбираются в зависимости от категорий потребителей и их числа.

При проектировании приходится учитывать, что повышение надежности системы приводит к увеличению затрат на сооружение и эксплуатацию. Однако есть решения, которые позволяют обеспе­ чить необходимые технологические параметры системы газорас­ пределения и оптимизировать экономические затраты. Это приме­ нение в качестве газопроводов труб из полиэтилена. Прокладка по­ лиэтиленовых газопроводов не требует мероприятий по защите от коррозии, поэтому снижаются расходы на проектирование, строи­ тельство и эксплуатацию. Сроки строительства газопроводов из по­ лиэтиленовых труб существенно сокращаются.

Природный газ взрывоопасен, поэтому предприятия и органи­ зации, осуществляющие свою деятельность в области проектирова­ ния, строительства и эксплуатации объектов, хранящих, транспор­ тирующих и использующих газовое топливо, должны соблюдать требования федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», строительных норм и пра­ вил проектирования, правил безопасности систем газораспределе­ ния и газопотребления и других нормативных документов.

1.2.Основные свойства газового топлива

Всистемах газоснабжения применяют природные и искусст­ венные горючие газы. Природные газы, добываемые из недр земли, представляют собой смесь углеводородов метанового ряда, которая практически не содержит оксида углерода, водорода, кислорода. Содержание азота и диоксида углерода обычно невысокоГаз^ не­ которых месторождений могут содержать сероводород.

12

Искусственные горючие газы получают из твердого или жидко­ го топлива с помощью высокотемпературной и среднетемператур­ ной перегонки и безостаточной газификации твердого топлива. Ос­ новные составляющие таких газов — оксид углерода и водород. Для большинства искусственных газов характерными недостатка­ ми, ограничивающими их применение, являются токсичность и ма­ лая теплота сгорания.

Газовое топливо имеет ряд преимуществ, которые обусловли­ вают его широкое применение в быту и промышленности. При сжи­ гании газового топлива уменьшается количество вредных приме­ сей, выбрасываемых в атмосферу. Процесс сжигания газового топ­ лива автоматизируется и регулируется, обеспечивая его рациональное использование и повышение экономической эффек­ тивности работы газоиспользующего оборудования. Газовое топ­ ливо не требует дополнительной подготовки (измельчения, сорти­ ровки, подогрева) перед сжиганием в газогорелочных устройствах.

К недостаткам газового топлива можно отнести взрывоопас­ ность газовоздушных смесей. Это свойство горючих газов учитыва­ ется повышенными требованиями к безопасности при транспорти­ ровке и работе газоиспользующего оборудования и установок.

Основные свойства газового топлива зависят от физико-хими­ ческих характеристик компонентов, которые входят в его состав. К горючим компонентам относятся предельные и непредельные уг­ леводороды, водород, оксид углерода, сероводород. Негорючие компоненты: азот, диоксид углерода, водяные пары, пыль — явля­ ются балластом газового топлива. Наличие кислорода в газовом то­ пливе строго ограничивается в целях предупреждения образования взрывоопасных смесей. Содержание сероводорода, водяных паров, механических примесей в газовом топливе, которое применяется в системах газоснабжения городов, не должно превышать значения, определяемые государственными стандартами.

Метан, этан, пропан, бутан относятся к предельным углеводо­ родам открытого строения. Их общая химическая формула Предельные углеводороды представляют собой бесцветные веще­ ства, практически нерастворимые в воде, без запаха, малоактивные, они трудно вступают в реакцию с другими веществами. Пентан — летучая жидкость, обладающая малой упругостью насыщенных па­ ров. Высшие углеводороды — твердые тела.

13

При обычных условиях предельные углеводороды являются физиологически индифферентными. Могут вызывать удушье толь­ ко при больших концентрациях из-за недостатка кислорода.

Непредельные углеводороды— метилен, этилен, пропилен, бу­ тилен (С„Н2/») по токсичному воздействию на организм аналогичны предельным углеводородам.

В связи с тем, что углеводороды, входящие в состав газового топлива, представляют большую опасность с точки зрения образо­ вания взрывоопасной газовоздушной смеси, в его состав вводят одорант (этилмеркаптан) из расчета 16 г на 1000 м3 газа. Одориза­ ция газа позволяет ощутить его наличие при концентрации 1/5 нижнего предела взрываемости.

Одной из основных характеристик горючих газов, используе­ мых для газоснабжения, является низшая теплота сгорания. Низшая теплота сгорания горючих газов зависит от компонентного состава (для сухих газов — 31000-38000 кДж/м3, для попутных газов — 38000-63000 кДж/м3).

Низшая теплота сгорания смеси сухих газов определяется по формуле

где QI — низшая теплота сгорания сухого горючего газа, состоя­ щего из нескольких компонентов, кДж/м3;

QXi — низшая теплота сгорания сухого горючего газа, кДж/м3;

и, — процентное содержание соответствующего горючего га­ за, %.

Плотность смеси сухих газов определяется по формуле

где рс — плотность смеси сухих горючих газов, кг/м3; р? — плотность сухого горючего газа, кг/м3

Основные характеристики некоторых компонентов газового топлива при нормальных условиях приводятся в табл. 1.1.

Наличие водяных паров в газах нежелательно, так как может на­ блюдаться внутренняя коррозия трубопроводов и арматуры, а также

14

пропорциональная изменению (градиенту) скорости вдоль оси, нормальной к потоку газа:

(1.6)

d.У

где ц — коэффициент пропорциональности, называется коэффи­ циентом динамической вязкости, кгс/м2;

dw — градиент скорости на расстоянии dy.

Коэффициент кинематической вязкости определяется из соотношения

где ц — коэффициент динамической вязкости, кгс/м2, v — коэффициент кинематической вязкости, м2/с, р — плотность газа, кг/м3.

Кинематическая вязкость смеси газов определяется по формуле Манна:

где V, — коэффициент кинематической вязкости компонента газо­ вой смеси, м7с.

Соотношения между единицами измерения физических вели­ чин приводятся в прил. XIII.

Свойства газов объясняются кинетической теорией газов. При давлении до 10 кгс/см2 (1 МПа) свойства горючих газов при измене­ нии их состояния достаточно точно описываются законами газово­ го состояния для идеальных газов: законами Бойля — Мариотга, Гей-Люссака, Авогадро.

При более высоких давлениях (свыше 10 кгс/см2) и температу­ рах ниже 0 °С необходимо учитывать сжимаемость газа. Коэффи­ циенты сжимаемости газа определяются по экспериментальным данным и приводятся в виде графиков либо определяются по закону аддитивности расчетным путем.

Газ, предназначенный для коммунально-бытовых потребите­ лей, должен отвечать определенным требованиям (табл. 1.2).

16

где Ъ — относительная плотность газа (по воздуху).

Значения показателей в табл. 1.2 указаны в соответствии с ГОСТ 5542-87.

Контрольные вопросы

1.Назначение газораспределительных систем.

2.Классификация газораспределительных систем.

3.Классификация газопроводов по материалу, способу про­ кладки, назначению.

4.Основные параметры газораспределительных систем.

5.Горючие газы, применяемые в системах газоснабжения.

6.Состав природных газов, используемых для газоснабжения.

7.Свойства горючих газов.

8.Требования, предъявляемые к горючим газам для комму­ нально-бытового использования.

17

2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ, СВОЙСТВА И ЭЛЕМЕНТЫ

ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

2.1. Область применения и характеристика полиэтиленовых газопроводов

Полиэтиленовые газопроводы применяются для строительства новых газораспределительных сетей и реконструкции изношенных стальных газопроводов. Для газопроводов применяются полиэтиле­ новые (в том числе профилированные) трубы и полиэтиленовые трубы с защитной полипропиленовой оболочкой. По сравнению с металлическими трубопроводами полиэтиленовые имеют ряд преимуществ: они не подвергаются коррозии, шероховатость стен­ ки у полиэтиленовых труб меньше, чем у стальных труб. Строи­ тельство полиэтиленовых газопроводов осуществляется высоко­ технологичными методами. Срок службы полиэтиленовых газопро­ водов 50 лет. К недостаткам полиэтиленовых трубопроводов можно отнести такое свойство, как горючесть. По сравнению с металличе­ скими трубопроводами они имеют меньшую механическую проч­ ность, больший коэффициент линейного теплового расширения. Под действием ультрафиолетового излучения полимерный матери­ ал изменяет свои свойства и теряет механическую прочность, что ограничивает область применения труб из полиэтилена.

Одной из характеристик полиэтиленовых газопроводов являет­ ся стандартное размерное отношение (SDR), которое определяет отношение номинального наружного диаметра трубы к номиналь­ ной толщине стенки трубы.

Основные размеры полиэтиленовых труб для строительства и реконструкции газопроводов приводятся в табл. 2.1.

Полиэтиленовые трубы для газораспределительных систем диаметром 280, 315, 355, 415 мм изготавливаются в соответствии с техническими условиями, утвержденными в установленном по­ рядке (например, ТУ 2248-018-40270293-2002 «Трубы из полиэти­ лена для газопроводов больших диаметров»).

18

Т а б л и ц а 2 .1

Основные размеры труб из полиэтилена по ГОСТ Р 50838-95

Полиэтиленовые трубы с защитной (полипропиленовой) обо­ лочкой применяются при бестраншейных способах строительства

и реконструкции. Допускается применять полиэтиленовые трубы

сзащитной оболочкой без устройства песчаного основания при прокладке в мелкокаменистых грунтах.

Полиэтиленовые профилированные трубы изготавливаются из полиэтилена марки ПЭ80 или ПЭ100 с SDR 26, SDR 17/17,6;

19

SDR 11. Данные трубы изготавливаются специальным термомеха­ ническим методом и восстанавливают свою первоначальную круг­ лую форму под действием давления и температуры пара.

Для транспортирования природного газа применяются стекло­ пластиковые комбинированные трубы (ТУ 2296-001-35206028-96). Их изготавливают методом намотки ровинга стеклянного, пропи­ танного связующим, на оболочку из полиэтилена.

Полиэтиленовые трубы, используемые при строительстве газо­ проводов, должны быть изготовлены из полиэтилена с минималь­ ной длительной прочностью не менее 8,0 МПа. Минимальная дли­ тельная прочность (MRS) — это напряжение, определяющее свой­ ства марок полиэтилена, применяемых для изготовления труб. Минимальная длительная прочность определяется путем экстрапо­ ляции данных, полученных при испытании труб на сопротивление внутреннему гидростатическому давлению, на 50 лет при темпера­ туре 20 °С.

Трубы из полиэтилена относятся к 4-му классу опасности. Они нетоксичны, взрывобезопасны, относятся к группе «горючие» с температурой воспламенения 365 °С. Трубопроводы из полиэти­ лена имеют желтый или черный цвет с желтыми продольными мар­ кировочными полосами в количестве не менее трех, равномерно распределенными по окружности трубы. Допускается по согласова­ нию с потребителем изготовление труб без желтых полос.

Наружная и внутренняя поверхности трубы должны быть глад­ кими. Допускаются незначительные продольные полосы и волни­ стость, которые не выводят толщину стенки трубы за пределы до­ пускаемых отклонений. Наружная, внутренняя и торцовая поверх­ ности труб должны быть ровными, без посторонних включений и раковин, пузырей, трещин.

Трубы для системы газораспределения должны иметь марки­ ровку. Маркировка может наноситься на поверхность трубопрово­ да разными способами: методом термотиснения или методом цвет­ ной печати. Между маркировкой соблюдается интервал не более 1 м. Маркировка должна включать последовательно: наименование предприятия-изготовителя, товарный знак, условное обозначение трубы без слова «труба», месяц и год изготовления. В маркировку допускается включать другую информацию, например наименова­

20