книги / Основы газоснабжения

домкрата, и это положение фиксируют закладной шпилькой 6, вставляемой в первое отверстие шомпола.

Усилие от домкрата через шомпол и закладную шпильку пере­ дается на трубу футляра, и передняя часть ее с конусным нако­ нечником 9 раздает грунт за счет уплотнения в радиальном на­ правлении, обеспечивая" продвижение футляра в грунте. После прокола грунта на длину, равную полному ходу штока домкрата, шток возвращают в первоначальное положение, а шомпол вытя­ гивают из футляра на величину, равную ходу штока, и фикси­ руют шпилькой, закладываемой во второе отверстие шомпола. Затем грунт снова прокалывают на величину хода штока дом­ крата и т . д., пока весь футляр не войдет в грунт. Затем к первому звену футляра приваривают в приямке 8 следующее и прокол продолжается до выхода головки футляра в приемный котлован 10.

Создание нажимного усилия на задний торец футляра вместо домкрата может быть обеспечено тяговым усилием лебедки или трактора с помощью тросов и полиспастов. Вместо длинного шомпола-толкателя часто применяют короткие нажимные па­ трубки с фланцами, длина которых равна величине хода штока домкрата. В этом случае после прокола грунта на длину хода шток домкрата возвращают в первоначальное положение и в обра­ зовавшееся пространство вставляют очередной нажимной патру­ бок для продолжения процесса прокола.

Величина усилий, необходимых для прокола, в зависимости от свойств грунтов и диаметров труб составляет 50—300 тс. Способом прокола можно прокладывать трубы диаметром до 500 мм на длину до 30—40 м со скоростью проходки 2—3 м/ч.

При больших диаметрах труб футляров применяют способ про­ давливания, технология которого аналогична технологии про­ кола, но отличается тем, что футляр вдавливается в грунт откры­ тым концом. Поступающий внутрь футляра грунт разрабаты­ вается механическим способом и удаляется с помощью шнеков, скребков, желонок и других приспособлений.

Горизонтальное бурение осуществляется буровыми установ­ ками, сообщающими трубе вращательно-поступательное движе­ ние в горизонтальном направлении. Передняя часть трубы осна­ щается специальной режущей головкой.

Сравнительно новыми методами бестраншейной прокладки газо­ проводов являются вибровакуумное продавливание и вибробуре­ ние грунта, при которых проходческому инструменту сообщается вибрация, способствующая лучшей разработке грунта.

§ IX.5. Сооружение переходов через водные преграды

Переходы газопроводов через реки, каналы, озера и другие водные преграды сооружаются по проектам производства работ, раз­ рабатываемым на основании гидрологических, гидрогеологических

171

и топографических исследований. Эти переходы в насе­ ленных пунктах, как правило, выполняются подводными. После приемки строительно-монтажной организацией створа подводного перехода и закрепления его береговыми створными знаками и ре­ перами оборудуется строительная площадка и на ней произво­ дятся сборка, сварка, изоляция, испытания на прочность и бал­ ластировка дюкера или его секций.

Одновременно приступают к разработке береговых и подвод­ ной траншей. В зависимости от местных условий и объема земля­ ных работ траншеи разрабатывают скреперными установками, землечерпательными или землесосными снарядами, экскаваторами с плавучих средств и другими методами. Ширина траншеи по дну

Рис. IX.2. Схема канатно-скреперной установки.

должна превышать диаметр газопровода с навешенными грузами не менее чем на 1 м и быть вырыта с откосами от 1 : 0,5 до 1 ; 3 соответственно виду грунта. Глубина траншеи должна быть не менее 1 м на судоходных и не менее 0,5 м на несудоходных водных преградах, считая от уровня возможного размыва дна до верха газопровода.

На малых несудоходных реках подводные траншеи чаще всего роют канатно-скреперными установками (рис. IX .2). При этом способе скреперный ковш 6 перемещается вдоль оси подводной траншеи с помощью двухбарабанной лебедки 1 и рабочего троса 4. Срезая грунт, ковш перемещает его к бункеру 3 приемной эста­ кады 2. Затем лебедка с помощью троса холостого хода 5, йерекинутого через блок хвостовой опоры 7, возвращает ковш к проти­ воположному берегу для возобновления.цикла. Такой способ поз­ воляет разрабатывать подводные траншеи длиной до 150—200 м.

Для разработки подводных траншей на судоходных реках используют землечерпательные снаряды одночерпаковые перио­ дического и многочерпаковые непрерывного действия. Эти сна­ ряды оснащены черпаками емкостью до 5 м3, аналогичными экска­ ваторным ковшам. Одночерпаковые снаряды, часто устанавливае­ мые на плавучих средствах, могут извлекать грунт с глубины до 25 м и укладывать его вблизи себя или в шаланды. Многочерпа-

172

новые снаряды, непрерывно извлекая грунт с глубины до 10 м, транспортируют его к месту отвала или на шаланду по плавучему грунтопроводу.

При песчаных или илистых грунтах подводные траншеи целе­ сообразно разрабатывать землесосными снарядами, которые отса­ сывают воду со взвешенным грунтом (пульпу) из придонной зоны и удаляют его по пульпопроводу. Для увеличения производитель­ ности землесоса у его всасывающего патрубка иногда монтируют гидравлические или механические рыхлители грунта.

Гидромониторные методы разработки подводных траншей осно­ ваны на размыве грунта мощной струей воды. Они малопроизво­ дительны, требуют применения труда водолазов и поэтому приме­ няются редко, лишь в качестве вспомогательных способов раз­ работки траншей. Также редко, лишь при особых условиях, например при скальных грунтах, подводные траншеи разраба­ тывают взрывным способом.

К моменту окончания разработки подводной траншеи должны быть закончены работы по подготовке дюкера к укладке в тран­ шею. Дюкер должен быть сварен, изолирован, испытан на проч­ ность, офутерован деревянными рейками и забалластирован железобетонными или чугунными грузами.

Выбор способа укладки газопровода в подводную траншею зависит от диаметра газопровода, ширины и глубины водной пре­ грады, скорости течения, условий судоходства и т. д. С учетом этих факторов укладка газопровода в подводную траншею может быть осуществлена опуском с плавучих или стационарных опор, протаскиванием по дну траншеи, со льда, с плавучих средств при постепенном наращивании газопровода и некоторыми дру­ гими методами.

Для опуска с плавучих или стационарных опор смонтирован­ ный на берегу и заглушенный с обеих сторон газопровод по рель­ совой спусковой дорожке на вагонетках (или по роликовой до­ рожке) с помощью лебедок, тракторов или буксиров спускают на воду и перемещают на линию створа. Плавучесть забалласти­ рованного газопровода обеспечивают прикреплением к нему разгружающих понтонов. Вытянутый по линии створа газопровод прикрепляют к плавучим или стационарным (свайным или козло­ вым) опорам и, освободив от понтонов, на тросах постепенно опу­ скают в траншею с помощью лебедок, талей, кранов и других средств. Обычно стационарные опоры применяют при глубинах водоемов не более 7—8 м и при отсутствии судоходства.

Укладка газопровода в подводную траншею методом протаски­ вания по дну ее осуществляется с помощью тракторов или лебе­ док и тягового троса, прокладываемого через всю водную пре­ граду (рис. IX .3). Головная часть дюнера выполняется в виде конусообразной заглушки с проушиной для троса и во избежание ее зарывания в грунт размещается на специальных салазках или подвешивается к понтону. Для уменьшения сопротивления

173

трения дюкера о грунт к нему прикрепляют разгрузочное пон­ тоны. Необходимое тяговое усилие при протаскивании дюкера по грунту,

F rp = aGX,

где а — коэффициент трогания с места, принимаемый pie ме­ нее 2,0; G — вес (сила тяжести) дюкера в воде, кгс; X — коэффи­ циент трения скольжения, равный 0,6—0,8.

Спуск дюкера на воду, как и в предыдущем случае, осущест­ вляется по рельсовому или роликовому пути. Протаскивание ведется со скоростью не более 5 м/мин до-тех пор, пока годовная часть дюкера не будет вытянута на проектную длину. Положение

Рис. IX.3. Схема протаскивания газопровода по дну подводной траншеи.

1 —газопровод; 2 — грув; 3 — рельсовая узкоколейная дорога; 4 —понтсщ; б — те­ лежка; 6 —приямок для освобождения тележек; 7 — разгрузочный понтон; g — трос; 9 —направляющий блок; Ю— трактор.

газопровода при протаскивании периодически контролируется водолазами, чтобы предупредить повреждение футеровки я изо­ ляции или смещение грузов. При ограниченной длине строитель­ ной площадки дюкер на ней размещают секциями, наращивае­ мыми в общую нитку по мере протаскивания. Способ протаски­ вания относительно прост, быстро осуществляется без нарушения судоходства и поэтому нашел широкое применение.

Среди других способов иногда применяют укладку газопровода в подводную траншею со льда через майну, прорезаемую диско­ выми ледорезами. Однако применение этого способа усложняется трудностью разработки подводных траншей при низких темпера­ турах воздуха, необходимых для образования достаточно проч­ ного льда.

После укладки дюкера проверяют правильность его положения' в траншее и о результатах проверки составляют акт с приложе­ нием профиля газопровода. Затем газопровод засыпают в тран­ шее привозным грунтом с барж, намывом грунта гидромониторами или другими способами и проводят испытание на плотность.

Сооружение надземных переходов через водные преграды и овраги осуществляют также по проектам производства работ. Основными строительно-монтажными работами при этом явля­ ются: заготовка и монтаж опор, изготовление и монтаж несущих и вспомогательных конструкций перехода, укладка газопровода на опоры или подвеска к ним, испытание перехода, соединение труб перехода с линейной частью основного газопровода.

174

§IX.6. Приемка газопроводов и ГРП

вэксплуатацию

По окончании строительства газопроводов и ГРП генподрядчик сдает, а заказчик принимает их в эксплуатацию. Для этого за­ казчик созывает приемочную комиссию, в состав которой входят представители заказчика (председатель комиссии), строительно­ монтажных организаций, Госгортехнадзора, горгаза, пожарного

исанитарного надзора и других заинтересованных организаций. Строительно-монтажная организация предъявляет комиссии:

утвержденный и согласованный проект с пояснительной запиской,

снанесением на рабочих чертежах всех допущенных и согласован­ ных при выполнении строительно-монтажных работ отступлений, техническую документацию на сварочные и изоляционные работы

сжурналами по производству этих работ, акты испытаний на прочность и плотность, исполнительно-техническую документа­ цию, указанную в СНиП I I I —Г .1—66.

Комиссия производит тщательный осмотр трассы газопровода и сооружений на нем, причем имеет право проверить любые участки газопровода вскрытием транЩеи, разборкой соединений или вырезкой стыков, а также произвести повторное испытание газопроводов. При осмотре комиссия проверяет соответствие вы­ полненных работ и примененных материалов и оборудования проекту и требованиям СНиП, качество работ по устройству колодцев и всех сетевых сооружений (компенсаторов, запорных устройств, коверов и т. п.), исправность действия запорных уст­ ройств, действие средств защиты газопроводов от электрокорро­

зии, правильность монтажа надземных газопроводов, площадок и лестниц к ним, наличие охранных знаков на подводных пере­ ходах и настенных знаков для всех остальных газопроводов, правильность монтажа и исправность действия оборудования и КИП в ГРП, исправность действия вспомогательного оборудо­ вания и устройств ГРП (вентиляции, отопления, электроосве­ щения, грозозащиты, связи и т. п.).

Результаты приемки законченных строительством газопрово­ дов с сооружениями на них приемочная комиссия оформляет актом, в котором дается оценка качества выполненных работ и соответствия их проекту и требованиям СНиП. Этот приемочный акт является основанием для ввода газовой сети или отдельного газопровода в эксплуатацию.

Принятый в эксплуатацию газопровод должен быть включен под газ эксплуатирующей организацией не позже чем через 6 ме­ сяцев с момента его приемки. Если по истечении этого срока газ не был подан, горгаз должен произвести повторное испытание газопровода на плотность и проверить комплектность и исправ­ ность оборудования и арматуры, установленных на нем.

Врезку в действующий газопровод и пуск газа в закончен­ ный строительством газопровод осуществляет горгаз.

175

Определенные по подобным реакциям горения количественные соотношения между реагентами называются стехиометрическими. В частности, из них следует, что теоретически для сгорания 1 м* метана необходимо 9,52 м3 воздуха.

Реакция горения любого углеводорода в воздухе выражается уравнением

+ (тя+ п/А) • 3,76N2.

Характеристики горения некоторых простых газов при теорети­ чески необходимом расходе воздуха приведены в табл. Х.1. Используя ее данные, теоретический расход сухого воздуха для сгорания смеси газов можно определить по уравнению

Vr = ± (0,5Н2+ 0.5СО + 2СН4 +3,5С 2Н е+ 5С8Н 8+ 6,5С4Н 10 +

+ 8C5H 12+ l,5 H 2S - 0 2). (Х.З)

Для газов с теплотой сгорания более 7000—8000 ккал/м3 тео­

где а — коэффициент расхода воздуха, определяющий отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому.

В зависимости от условий смесеобразования и метода сжигания газа а принимают 1,02—1,20. В особых случаях, например при сжигании газа в печах безокислительного нагрева, принимают a < J l.

Объем продуктов полного сгорания газового топлива при сжи­ гании его с избытком воздуха определяется по следующим форму­ лам, м3/м3: объем двуокиси углерода

Fcoa = 0,01 (С02-|- СО -f- СН4 2С2Н в ЗС3Н 8-{- 4С4Н10 -bSCsH^); (Х.6)

объем водяных паров с учетом влагосодержания газа d, г/м3, и содержания в воздухе 1% влаги по массе, т. е. 0,016 м3 на 1 м3 сухого воздуха,

177

Выше указывалось, что приведенные в табл. Х.1 уравнения реакций горения отдельных газов дают представления лишь о на­ чальной и конечной стадиях процесса горения, не раскрывая последовательности его протекания. В действительности в процессе горения идет непрерывное образование промежуточных продуктов горения, реагирующих между собой, т. е. процесс горения склады­ вается из элементарных реакций.

Согласно кинетической теории газов, элементарная реакция горения газа может произойти при столкновении молекул, сопро­ вождающемся ослаблением и разрушением внутримолекулярных связей. Следовательно, скорость любой реакции будет зависеть от частоты столкновений молекул, которая в свою очередь зависит от концентрации * реагирующих веществ, их температуры и дав­

вой прямой ее стадии концентрация исходных веществ А и В уменьшается, а концентрация конечных продуктов Е и Д увели­ чивается. Коэффициенты пг, п, р и q характеризуют стехиометри­ ческие соотношения компонентов реакции. Изменение концен­ трации С исходных веществ по времени т определяет скорость прямой реакции w.

w = —dCld%. (X .ll)

Так как компоненты реакции взаимосвязаны стехиометриче­ скими соотношениями, то показателем скорости реакции может служить изменение концентрации одного из компонентов. Знак минуса перед выражением для скорости реакции означает, что концентрация исходного вещества уменьшается и за счет этого уменьшается скорость прямой реакции. Однако в принципе рас­ сматриваемые реакции обратимы, т. е. возможно протекание обратной реакции с образованием исходных веществ из конечных продуктов.

По мере уменьшения концентрации исходных веществ и увели­ чения концентрации конечных продуктов скорость прямой реак­ ции уменьшается, а скорость обратной реакции увеличивается. Когда обе скорости становятся равными, наступает состояние так

* Под концентрацией понимают массу вещества в единице объема и изме­ ряют ее в килограммах на кубический метр (кг/м3) или числом киломолей в 1 м3.

179

называемого химического равновесия, которое является равно­ весием динамическим, т. е. устанавливающимся в условиях фактически продолжающегося процесса в реагирующей системе. Далее будет показано, что прямая реакция протекает с выделе­ нием тепла, т. е. является экзотермической, а обратная — с по­ глощением тепла, т. е. является эндотермической. Из сказанного следует, что при сжигании газового топлива в теплотехнических установках необходимо течение обратных реакций предупредить или ограничить до минимума. Это достигается интенсивным отводом тепла, выделяющегося при прямых реакциях, свое­ временным удалением из зоны горения продуктов сгорания и не­ прерывной подачей топлива в зону горения для поддержания необходимой концентрации исходных компонентой реакции.

Из многочисленных столкновений молекул при их тепловом движении элементарные реакции происходят лишь при столкнове­ нии активных молекул, обладающих в момент соударения энер­ гией, достаточной для разрушения внутримолекулярных связей, существовавших до столкновения. Минимальная величина этой энергии, определенная для каждой реакции, называется энергией активации. Для распространенных горючих газов она составляет 70 000—140 000 ккал/кмоль. В результате разрушения сущест­ вовавших молекулярных связей образуются новые. Это сопро­ вождается выделением тепловой энергии. Если выделяющаяся энергия больше затраченной энергии активации, то реакция имеет положительный тепловой эффект и наоборот.

Понятие об энергии активации является ключом для понимания теории цепных реакций, разработанной акад. Н. Н. Семеновым и его последователями, объясняющей почти мгновенный взрывной характер реакций горения газового топлива. Согласно этой тео­ рии в процессе начавшегося горения каждая активная молекула, обладающая энергией активации, быстро порождает ряд новых активных центров, которые последующими соединениями обра­ зуют разветвленные цепные реакции, быстро ускоряющие про­ текание реакций.

Например, результирующая реакция сгорания водорода выра­ жается уравнением 2Н 2+ 0 2 = 2Н 20 . Действительный процесс горения следующий. Молекула водорода Н 2, сталкиваясь с ка­ кой-либо активной молекулой М , распадается на два атома водо­

радикал ОН. Образовавшиеся атомы водорода становятся возбу­ дителями новых ответвлений цепи реакций, а радикал ОН, реа­ гируя с новой молекулой водорода Н 2, образует молекулу воды Н 20 и атом водорода Н, и т. д. Образующиеся в рассмотренных превращениях свободные атомы водорода и кислорода, а также

180