книги / Основы газоснабжения

проводами высокого давления (до 6 кгс/см2), по металло- и капи­ таловложениям на 20—25% экономичнее систем с первой сту­ пенью из газопроводов среднего давления [18]. За счет широ­ кого диапазона давлений в первой ступени такие сети позволяют отказаться от сложных трех- и многоступенчатых систем.

Системы с верхней ступенью распределения из газопроводов высокого давления являются более надежными, так как обладают на 50—55% большей аккумулирующей способностью, чем газо­ проводы среднего давления. Поэтому в городах с уличными проездами, позволяющими разместить в них газопроводы высо­ кого давления, целесообразны двухступенчатые системы с первой ступенью из газопроводов высокого давления.

В крупных городах с большим количеством промышленных по­ требителей газа, размещенных часто в жилых массивах, преду­ сматриваются трех- и многоступенчатые системы распределения газа.

При разработке систем газоснабжения немаловажным явля­ ется вопрос рационального подключения сосредоточенных потре­ бителей к сетям высокой или низкой ступени давления. Подклю­ чение большого числа сосредоточенных потребителей сравнитель­ но небольших количеств газа к сетям высокой ступени приводит к увеличению разветвленности их и необходимости сооружения дополнительных ГРП у потребителей. Подключение же сосредо­ точенных потребителей к газопроводам низкого давления требует для сохранения заданных перепадов давления в газопроводах

четкую границу между мелким и крупным потребителем устано­ вить трудно, так как один и тот же потребитель для газопровода низкого давления большого диаметра будет мелким, а для газо­ провода небольшого диаметра — крупным. Большое значение также имеет и месторасположение потребителя относительно газо­ проводов высокой и низкой ступени давления.

При выборе оптимального варианта подключения сосредото­ ченного потребителя к близко расположенному газопроводу низ­ кого давления или к далее расположенному газопроводу высокого или среднего давления ГипроНИИгаз (Саратов) рекомендует

дополнительного ГРП при подключении к сети высокого или среднего давления.

51

Если это отношение меньше единицы, целесообразен вариант подключения к сетям низкого давления, если больше единицы — экономичнее вариант подключения к сети высокого или среднего давления.

Ориентировочные сосредоточенные нагрузки и соответствую­ щие им диаметры газопроводов низкого давления, при которых целесообразно производить вышеуказанное сравнение вариантов, приведены ниже.

В ряде случаев при выборе наилучшего варианта подключения должны быть приняты во внимание и такие факторы, как техноло­ гичность, надежность, условия эксплуатации газового хозяйства

Рцс. IV.2. Элемент кольРис. IV.3. Зависимость металлоцевой сети. емкости т кольца от распределе­ ния транзитного расхода газа VTp

по полукольцам.

и др. По данным Е. И. Берхмана [3], из общей длины город­ ских газовых сетей обычно от 70 до 80% составляют газопро­ воды низкого давления и только 20—30% — среднего и высокого.

Обычно проектные организации, руководствуясь принципом надежности, отдают предпочтение кольцевым схемам низкого дав­ ления, а не разветвленным тупиковым. Из тех же соображений в каждом кольце транзитные нагрузки стремятся распределить равномерно по обоим полукольцам (рис. IV.2), т. е.

VTP (а) = Итр (б) = 0,5F тр.

Но при этом кольцо имеет максимальную металлоемкость, а мини­ мальная металлоемкость достигается пропуском всего газа по одному из полуколец (рис. IV.3). Следовательно, экономичнее через одно полукольцо обеспечить газом только подключенных к нему потребителей, а через другое полукольцо подать газ в ко­ личестве, обеспечивающем и подключенных к нему потребителей, и потребителей, находящихся за кольцом, расход газа для кото­ рых будет на этом полукольце транзитным. Выделением в после­

52

дующих кольцах участков для транзитных расходов можно полу­ чить наиболее экономичную сеть с главными направлениями тран­ зитных потоков газа. По таким главным закольцованным транзит­ ным магистралям за счет питающих их ГРП можно осуществить перераспределение основных потоков газа в зависимости от сло­ жившейся ситуации, например при аварии или ремонте на отдель­ ных участках сети. В то же время ответвления от основных колец, несущие небольшие нагрузки для ограниченного числа потреби­ телей газа, вполне допустимо не кольцевать.

Таким образом, рациональной структурой городских газовых сетей низкого давления следует считать структуру в виде сово­ купности закольцованной сети главных направлений потоков газа и тупиковой сети ответвлений. При этом главные направле­ ния, соединяющие отдельные ГРП, целесообразно выполнять по возможности одним сечением, не создавая на этих направлениях телескопических газопроводов. Телескопическая структура за­ трудняет перераспределение потоков и превращает зоны дей­ ствия отдельных ГРП в изолированные системы, гидравлически мало связанные между собой, что снижает надежность всей си­ стемы.

Ответвления же от главных направлений целесообразно строить по телескопической схеме. При микрорайонированной застройке целесообразно за счет ответвлений от основной кольцевой сети часть уличных распределительных газопроводов переместить на внутриквартальную территорию. Этим достигается сокращение протяженности домовых вводов и уменьшение гидравлических потерь напора в них. За счет сокращения протяженности тонко­ стенных вводов небольшого сечения уменьшается опасность кор­ розионных разрушений труб. В период строительства и ремонтов снятие дорожных покрытий внутриквартальной территории обхо­ дится дешевле снятия более совершенных покрытий уличных проездов.

Надежность и экономичность системы газоснабжения в значи­ тельной степени зависят от числа ГРС, питающих .высокую сту­ пень распределения газа. С увеличением числа ГРС уменьшается радиус действия каждой из них, следовательно, уменьшаются металло- и капиталовложения в сеть высокой ступени давления. Одновременно большее число ГРС повышает надежность системы за счет питания ее с нескольких направлений. Некоторое увели­ чение протяженности отводов от магистрального газопровода к дополнительным ГРС компенсируется снижением металловложений в городскую распределительную сеть высокого давления.

ГипроНИИгаз рекомендует предусматривать при численности населения 100—120 тыс. чел.— 1 ГРС, 200—300 — 2, 300—500 — 3. Естественно, что эти рекомендации являются ориентировочными и наиболее рациональная система газоснабжения, как отмеча­ лось выше, выбирается технико-экономическим сопоставлением нескольких вариантов.

53

§ IV.3. Трубы

Для сооружения газопроводов, как правило, применяют сталь­ ные трубы. В отдельных случаях по особым техническим условиям могут быть применены пластмассовые и асбесто-цементные трубы. Преимуществами стальных труб являются: высокая прочность и пластичность, возможность создания плотных и прочных свар­ ных соединений, возможность изготовления из них гнутых и свар­ ных отводов и фасонных частей, большая длина. Недостатки сталь­ ных труб: подверженность коррозии, большой коэффициент темпе­ ратурного расширения и сравнительно высокая стоимость. По­ следнее стремятся снизить уменьшением металлоемкости за счет ограничения толщины стенок труб. Так, уменьшение толщины стенки стальной трубы диаметром 325 мм всего на 1 мм дает эко­ номию 8 т металла на 1 км газопровода.

Для газопроводов следует применять трубы из хорошо свари­ вающихся малоуглеродистых и низколегированных сталей, с со­ держанием углерода не выше 0,27% и с относительным удлине­ нием не менее 18%. Трубы, как правило, должны быть изготов­ лены из мартеновских спокойных сталей. Согласно СНиП I —Г. 9—66 допускается ограниченное применение труб из полуспокойных и кипящих сталей для подземных и надземных газопроводов низкого давления диаметром не более 530 мм с толщиной стенки до 8 мм, прокладываемых в районах с расчетной зимней температу­ рой до —30 °С. При этом как во время монтажа, так и в период последующей эксплуатации газопровода должны предусматри­ ваться условия, обеспечивающие температуру стенки трубы газо­

в этом случае изготовляются только из спокойной стали.

По способу изготовления стальные трубы подразделяют на бесшовные — холоднотянутые, холоднокатаные и горячекатаные и сварные — с продольным прямым или спиральным швом. Бес­ шовные трубы небольших диаметров (до 100—150 мм) изготовляют методом холодного волочения или холодной прокатки, а трубы большего диаметра, но не более 426 мм, изготовляют последова­

426 мм) изготовляют формованием на прессах и горячим вальце­ ванием заготовок из стальных листов. Сформованную трубу сва­ ривают обычно автоматической электросваркой под слоем флюса, после чего она поступает на труборезную и калибровочную ма­ шину для доведения ее размеров до стандартных. Сварные спи­ ральношовные трубы изготовляют из стальной рулонной ленты шириной 1000—1500 мм свертыванием ее по спирали на трубных станах и последующей сваркой на стыковарочной машине. Спи­ ральношовные трубы дешевле прямошовных, имеют большую

54

длину, металл при этом способе производства лучше сохраняет свои пластические и вязкие свойства. Однако выступающее уси­ ление спирального шва значительно уменьшает толщину проти­ вокоррозионного покрытия по всей длине шва.

Размеры труб характеризуются условным проходом, наруж­ ным и внутренним диаметром, толщиной стенки и длиной. Под условным проходом D y понимают номинальный внутренний диа­ метр трубы, которым оперируют в расчетах и при подборе арма­ туры и фасонных частей. Условный проход не является точной величиной и имеет округленные значения: 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 мм и т. д. Наружный диаметр DH является точной величиной, лимитируемой стандартами и техническими условиями, так как по нему изготовляют строительные и монтажные машины, ком­ плектуют фланцы, фитинги и т. п. Внутренний диаметр D tH является величиной, производной от наружного диаметра и тол­ щины стенки, и в обозначениях не фигурирует-

Трубы для газопроводов должны иметь заводские сертификаты, в которых указаны номинальный размер труб, ГОСТ, по которому изготовлены трубы, марка стали, номер партии, результаты ме­ ханических и гидравлических испытаний, дата и отметка ОТК завода о соответствии труб ГОСТ или ТУ. Часть этих же сведений приводится на клейме завода-изготовителя, наносимом на одном

трубы 219 мм, толщина стенки 7 мм, длина 10 500 мм, сталь марки 10, труба изготовлена согласно ГОСТ 8732—70.

Перед монтажом трубы проверяют на отсутствие заводских или транспортных дефектов: разностенности, овальности, косины торцевых срезов, расслоений металла, вмятин, царапин, повреж­ дений кромок и др. При наличии дефектов или при отклонениях размеров от величин, регламентируемых ГОСТ, трубы бракуют; незначительные транспортные дефекты должны быть исправ­ лены.

Согласно требованиям СНиП I —Г.9—66 заводы-изготовители должны поставлять стальные трубы для наружных газопроводов, покрытые снаружи битумной грунтовкой или другим противокор­ розионным покрытием по предварительно очищенной от окалины и закатов поверхности.

Из большой номенклатуры труб согласно СНиП I —Г.9—66 для сооружения наружных газовых сетей можно применять трубы в соответствии с табл. IV. 1. Допускается применение других труб, в том числе импортных, при условии равноценности их по хими­ ческому составу, механическим свойствам и размерам трубам включенным в табл. IV. 1.

Правилами безопаености в газовом хозяйстве допускается применение неметаллических труб для городских газопроводов по техническим условиям и инструкциям, согласованным с Гос­ гортехнадзором СССР и Госстроем СССР.

55

Т а б л и ц а IV.l

Номенклатура стальных труб для наружных газопроводов

56

Главным преимуществом неметаллических труб является кор­ розионная стойкость. Однако применение этих труб пока не вышло за пределы экспериментальных проверок.

§ IV.4. Устройство подземных газопроводов

Уличные распределительные газопроводы, как правило, вы­ полняются подземными. Надземная прокладка газопроводов при­ меняется на территориях предприятий и с разрешения органов архитектурного надзора при сооружении внутриквартальных (дворовых) газопроводов.

Подземные газопроводы являются скрытыми сооружениями, и это в сочетании с опасными свойствами транспортируемого по ним газа предъявляет особые требования к обеспечению их со­ хранности и плотности. Поэтому газопроводы сооружаются иа стальных труб на сварке, а резьбовые и фланцевые соединения допускаются только в местах установки арматуры.

Газопроводы осушенного газа в непучинистых и слабопучинистых грунтах допускается прокладывать в зоне промерзания грунта на глубине не менее, м: под совершенными дорожными покрытиями — 0,8; на участках без совершенных по крытий — 0,9; без движения транспорта — 0,6. Газопроводы влажного газа прокладываются ниже зоны промерзания грунта с уклоном 0,002 с установкой в нижних точках конденсатосборников. На указан­ ных глубинах рассеиваются динамические напряжения от проез­ жающего городского транспорта, сравнительно невелики темпера­ турные напряжения в газопроводах, обусловленные сезонными изменениями температуры грунта, и ограниченно проявляются силы пучения грунтов.

Пучение грунтов при промерзании — свойство влажных грун­ тов увеличивать свой объем за счет микрорыхления образующи­ мися кристаллами льда. Вследствие этого на заглубленный тру­ бопровод начинают действовать значительные силы, выталкиваю­ щие трубопровод на поверхность земли. Наиболее опасными с точки зрения воздействия сил пучения являются грунты с высо­ ким уровнем грунтовых вод.

Всесоюзный научно-исследовательский институт оснований и фундаментов инженерных сооружений по степени пучинистости подразделяет грунты на четыре категории:

1)непучинистые — скальные грунты, галечники, крупнозер­ нистые пески;

2)малопучинистые — мелкозернистые пески и крупнозерни­ стые пески с небольшим количеством примесей пылеватости;

3)среднепучинистые — суглинки, глины;

4)высокопучинистые — глины с высоким содержанием пыле­ ватых частиц, т. е. мелких частиц диаметром менее 1 мкм.

Поскольку силы пучения ощутимо проявляются не на уровне нулевой изотермы грунта, а выше ее, то во влажных среднепу-

57

чинистых и высокопучинистых грунтах газопроводы следует про­ кладывать на глубине не менее 0,65—0,7 глубины промерзания грунта.

Ввиду подверженности подземных газопроводов коррозии ми­ нимальные диаметры их принимаются для распределительных га­ зопроводов 50 и для ответвлений — 25 мм при толщине стенки трубы не менее 3 мм.

Газ при утечках через повреждения подземных газопроводов распространяется на значительные расстояния и может проник­ нуть в подвалы зданий, колодцы, коллекторы и другие подземные сооружения, накапливаясь в них до взрывоопасных концентраций. Поэтому выбор трасс подземных газопроводов должен соответ­ ствовать нормам СНиП I I —Г.13—66, приведенным в табл. IV.2.

Расстояния от газопроводов до фундаментов опор воздушных линий электропередачи принимаются следующие, м: при напряже­ нии до 1 кв — не менее 1, свыше 1 до 35 кв — 5, свыше 35 кв — 10. От стволов деревьев газопроводы всех давлений должны быть удалены на 1,5 м. Расстояние от газопроводов до наружных сте­ нок колодцев и подземных камер должно быть не менее 0,3 м, при­ чем на участках приближения газопроводы выполняются из бес­ шовных труб и не должны иметь сварных стыков. Для газопрово­ дов с давлением до 6 кгс/см2 на отдельных участках трассы, а также при прокладке вводов между зданиями и под арками зданий ука­ занные в табл. IV.2 расстояния могут быть уменьшены при усло­ вии применения бесшовных труб и гнутых отводов, проверки всех сварных стыков физическими методами контроля, наложения на трубы весьма усиленной изоляции и обеспечения сохранности подземных сооружений при ремонте каждого из них.

58

При комплексном строительстве трубопроводных систем прак­ тикуется укладка в одну траншею нескольких газопроводов с рас­ стояниями по горизонтали между ними 0,4—0,5 м, а также уклад­ ка газопроводов с давлением до 3 кгс/см2 совместно с водопроводом и канализацией с расстояниями между ними и газопроводом не менее 0,8 м. Допускается совместная прокладка газопроводов низкого давления с водопроводом, теплопроводом, электриче­ скими и телефонными кабелями во внутриквартальных техниче­ ских коллекторах, коридорах и подпольях при условии обеспе­ чения в них трехкратного воздухообмена в час и расположения отключающих устройств на газопроводе перед входом и на выходе из коллектора.

Расстояние по вертикали между подземным газопроводом и дру­ гими подземными сооружениями (водопроводом, канализацией, каналом теплопровода и т. п.), пересекаемыми газопроводом, должно быть в свету не менее 0,15, а между газопроводом и элек­ трокабелем или телефонным кабелем — не менее 0,5 м. Допуска­ ется уменьшение расстояния между газопроводом и электрокабе­ лем или телефонным кабелем до 0,25 м при условии прокладки кабеля в трубе, концы которой должны быть не ближе 1 м от сте­ нок газопровода. Арматура на газопроводе должна находиться не ближе 2 м, а сварные стыки не ближе 1 м от стенок пересекае­ мых сооружений.

§ IV.5. Сооружения и устройства на газопроводах

Для эксплуатации газопроводов на них монтируют запорные устройства, компенсаторы, конденсатосборники, контрольные про­ водники, сооружают колодцы и ставят защитные кбверы.

Запорные устройства предназначаются для прекращения или изменения потока газа. Они должны обеспечивать герметичность отключения, быстроту открытия и закрытия, удобство в эксплуа­ тации и малое гидравлическое сопротивление. В качестве запор­ ной арматуры на газопроводах применяют задвижки, краны, гидрозатворы и в отдельных случаях вентили (на газопроводах и установках сжиженного газа).

Задвижки — распространенный вид запорной арматуры на газопроводах диаметром 50 мм и более. Основными элементами задвижек являются: корпус, крышка корпуса и затвор с привод­ ным устройством (рис. IV.4). По конструкции затвора различают задвижки параллельные и клиновые. В первых затвор состоит из двух параллельных дисков, плотно прижимаемых к гнезду распор­ ным клином. У вторых плотность перекрытия обеспечивается посадкой затвора в виде сплошного клина или шарнирно соеди­ ненных дисков в клиновидное гнездо.

По конструкции шпинделя различают задвижки с выдвижным и невыдвижным шпинделем. В первых вращением резьбовой

59