5905

41

только трубопроводами паровой фазы, они могут работать по выдаче газа как раздельно, так и совместно. При трех резервуарах два соединены в один блок, соединены трубопроводами.

Лекция 10

ГАЗОРЕГУЛЯТОРНЫЕ ПУНКТЫ И УСТАНОВКИ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ПСК.

Газорегуляторные пункты (ГРП) и газорегуляторные установки (ГРУ) предусмотрены для снижения давления газа и поддержания его на заданных уровнях.

В зависимости от давления газа на вводе в ГРП или ГРУ различают ГРУ и ГРП среднего давления, с давлением газа до 0,3 Мпа и ГРП и ГРУ высокого давления с давлением газа более 0,3 Мпа до 1,2 Мпа. ГРП могут быть сетевыми, питающими городскую распределительную сеть низкого и среднего давления, и объектовыми, подающими газ необходимого давления промышленным и коммунально-бытовым потребителям.

ОБОРУДОВАНИЕ ГРП.

Оборудование сетевых ГРП состоит из следующих основных узлов и элементов:

∙узла регулирования давления газа с предохранительно – запорным клапаном и обводным газопроводом (байпасом);

∙предохранительно – сбросного клапана;

∙комплекта контрольно – измерительных приборов;

∙продувочных линий.

РАЗМЕЩЕНИЕ ГРП И ГРУ

ГРП следует размещать в отдельно стоящих зданиях или в шкафах, а также (для отопительных котельных) в пристройках к зданиям, в которых расположены газовые установки. Отдельно стоящие ГРП располагают в садах, скверах, внутри жилых кварталов, во дворах, на территории промышленных и коммунальных предприятий на расстоянии от зданий и сооружений не менее данных , приведенных в следующей таблице (СниП

2.04.08-87):

42

На территории промышленного предприятия ГРП можно располагать на открытых площадках под навесом, если позволяют климатические условия. Не разрешается устанавливать ГРП и ГРУ в подвальных и полуподвальных помещениях и площадках.

ГРП, располагаемые в шкафах, устанавливают на отдельных несгораемых опорах. Шкафы следует располагать на высоте удобной для обслуживания и ремонта. Расстояние от шкафа до окна или двери не менее 1 м при Р ≤ 0,3 МПа. При Р от 0,3 до 0,6 МПа. Шкафные ГРП монтируют на стенах без дверей и окон.

ГРУ промышленных и коммунальных предприятий и отопительных котельных располагают непосредственно в помещениях цеха и котельных, в которых находятся газоиспользующие агрегаты, или в смежных помещениях, соединенных с ними открытыми дверными проёмами Р ≤ 0,6 МПа.

Запрещается размещать ГРУ в жилых и общественных зданиях. ГРП располагают в светлых несгораемых одноэтажных помещениях с покрытиями легко сбрасываемыми (или площадь оконных и дверных проёмом и световых фонарей больше 500 кв. см. на 1 куб. м. внутреннего объёма помещения). Отопление при необходимости в зависимости от климата и влажности газа t вн.=50 С.

Помещение ГРП должно иметь естественное освещение. ГРУ размещают на вводе газопровода в помещении на несгораемой стене, в местах с хорошим освещением. Оборудование ГРУ должно быть защищено от механических повреждений и воздействия сотрясений и вибраций.

Помещение, в котором расположена ГРУ, должна быть постоянно, действовать приточно-вытяжная вентиляция. Очищающие на вводе и выводах из ГРП на расстоянии от 5 до 100 м.

Вузле регулирования располагаются: 1. Отключающие устройства;

2. Фильтр для очистки газа от механических примесей и пыли; 3. Предохранительный запорный клапан для отключения подачи газа

потребителям при недопустимом повышении или понижения давления после регулятора; 4. Регулятор давления для снижения давления газа и поддержания его

постоянным после себя; 5. Отключающее устройство.

Вкачестве отключающих устройств используют пробковые краны со смазкой для диаметров до 100 мм, и стальные клиновые задвижки для диаметров ›100мм.

Фильтры применяют волосяные или сетчатые. Переход давления в фильтре не должен превышать 10000 Па. При большем перепаде давления фильтр очищают. Перепад давления контролируют дефманометром.

Выходное давление из ГРП контролируют предохранительным запорным клапаном (ПЗК) и предохранительным сбросным клапаном (ПСК). ПЗК - контролирует верхний и нижний пределы, ПСК - только верхний. ПСК настраивают на меньшее давление, чем ПЗК, поэтому он срабатывает

43

первым. Сброс газа через ПСК в атмосферу осуществляется в том случаи, если регулятор давления работает нормально. Количество сбрасываемого газа в таком случае бывает незначительным.

Срабатывание ПСК в таком случае предотвращает закрытие предохранительного клапана и нарушения нормального газоснабжения потребителей.

Если же отказал регулятор давления, клапан ПСК сработал, а давление в сетях продолжает расти, то такая ситуация является аварийной. В этом случае срабатывает клапан ПЗК, который перекроет газопровод перед регулятором и прекратит подачу газа потребителям.

Клапан ПЗК срабатывает также при недопустимом снижении давления газа, которое может произойти при аварии на газопроводе.Вновь восстановить подачу газа после устранения неисправности, может только обслуживающий персонал.

Необходимую пропускную способность предохранительного сбросного клапана (ПСК) определяют:

∙1. Если регуляторами давления устанавливаются ПЗК, то пропускная способность ПСК У=2Д м3/ и. Д- диаметр седла наибольшего из клапанов регуляторов давления за вычетом минимального потребления газа;

∙2. Если перед регуляторами давления не устанавливается ПЗП, то пропускная способность ПСК не меньше пропускной способности наибольшего из клапанов регуляторов давления за вычетом минимального потребления газа;

∙3. Если перед регуляторами давления не устанавливается ПЗК, но у потребителей предусматриваются дополнительные регулирующие устройства, то пропускная способность ПСК составляет не менее 10% пропускной способности наибольшего из клапанов регулирования ГРП.

Пропускную способность ПСК проверяют по паспортным данным. Для беспере-бойного снабжения потребителей газом при выходе из строя регулятора давления, замене, ремонте или осмотре оборудования узла регулирования предусматривается обводной газопровод (байнос). Диаметр обводной линии должен обеспечить максимальный пропуск газа при минимальном входном давлении и нормальном выходном.

На обводной линии (байносе) устанавливают последовательно два отключающих ус-тройства: кран и задвижку.

Основной регулятор давления ГРП и ГРУ, выбирают по максимальному расчетному расходу газа потребителями и требуемому перепаду давления при регулировании.

Пропускную способность регулятора давления принимают на 15-20% больше максимального расчетного расхода.

Трубопроводы для продувки газопроводов (свечи) и трубопроводов от предохранительных сбросных устройств ГРП и ГРУ, выводят наружу в места, обеспечивающие безопасность рассеивания газа, но не менее чем на 1 м выше карниза здания. Продувочные газопроводы одного давления можно объединить в общую свечу. Диаметр свечи должен быть не менее 19 мм.

44

1 - кран

2 – газовой фильтр

3 – предохранительный запорный клапан

4 – регулятор давления

5 – гидравлический предохранитель

6 – отводной газопровод

7 – Фильтр - ревизия

8 – газовый ротационный счетчик

9 – обводной газопровод

10 – штуцер с пробкой

11 – регистрирующий манометр

12 – показывающий манометр

13 – импульсный трубопровод конечного давления

14 – импульсный трубопровод начального давления

15 – продувочный трубопровод

16 – щтуцер с пробкой

17 – сбросная трубка от регулятора

18 – технический термометр

19 – выхлопной трубопровод 20, 21 – перемычки с кранами

22 – кран на приемном штуцере гидравлического предохранителя

45

При компоновке оборудования ГРП и ГРУ предусматривают возможность доступа к оборудованию для монтажа, обслуживания и ремонта.

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СТАНЦИИ

Газ из магистральных газопроводов поступает в городские, поселковые и промышленные системы газоснабжения через газораспределительные станции (ГРС). На ГРС давление газа снижают до величины, необходимой для этих систем, и поддерживают постоянным. Основное отличие ГРС от ГРП состоит в том, что они получают газ из магистральных газопроводов, и поэтому их оборудование рассчитывают на рабочее давление 5,5; 7,5 МПа, то есть на максимально возможное давление в магистральном газопроводе. Кроме того, ГРС характеризуются большими пропускными способностями, поэтому дросселирование газа на них осуществляется в несколько ниток, и на каждой из них устанавливают соответственно регулятор давления большой пропускной способности.

ГРС отличаются от ГРП также дополнительной обработкой газа. Кроме очистки газа в фильтрах на них предусматривают его одоризацию, а у некоторых типов станций – еще и подогрев газа.

На всех ГРС устанавливают расходомеры. ГРС оснащают контрольноизмерительными приборами, защитной автоматикой, дистанционным управлением отключающих устройств и аварийной сигнализацией.

ГРС оснащают следующим технологическим оборудованием: 1.Входной кран узла отключения.

2.Блок очистки газа.

3.Нитки дросселирования и регулирования давления газа.

4.Расходомерная нитка.

5.Выходной отключающий кран.

В аварийных случаях или при производстве ремонтных работ снабжение газом потребителей производят по обводной линии (байпасу) с ручным регулированием давления газа. Чтобы предотвратить образование гидратов в некоторых схемах ГРС предусматривают подогрев газа в теплообменниках.

На ГРС устанавливают регуляторы непрямого и прямого действия. Для предотвращения недопустимого повышения или понижения давления в сетях потребителей на ГРС предусматривают автоматические системы защиты.

1.Системы с перестройкой режимов работы регуляторов давления. Эти системы предусматривают наличие рабочих и резервных ниток регулирования. На каждой нитке устанавливают регулирующий и контрольный клапаны. При нормальном режиме на рабочих нитках контрольные клапаны открыты, так как настроены на давление, несколько превышающее номинальное, клапаны резервной нитки настроены на давление, несколько меньшее минимального, поэтому они закрыты.

2.Следующий принцип защиты состоит в установке на каждой нитке редуцирования крана с пневмоприводом и программным управлением. При

47

В этом случае стадия смесеобразования исключена, и горение протекает по кинетическому принципу.

Приготовленная смесь должна иметь однородный состав с некоторым избытком воздуха (α>1). Таким образом, процесс кинетического горения определяется свойствами горючей смеси: энергией активации, концентрацией реагирующих веществ, коэффициентами теплопроводности и температуропроводности, т. е. физическими и кинетическими свойствами газовоздушной смеси. При горении в ламинарном потоке эти свойства полностью определяют интенсивность процесса. При горении в турбулентном потоке на суммарную скорость процесса начинают влиять турбулентные его характеристики, которые зависят от скорости потока, причем тем в большей степени, чем сильнее турбулизация потока.

Кинетический процесс горения характеризуется малой устойчивостью, поэтому при сжигании газа таким способом необходимо применять приемы искусственной стабилизации фронта воспламенения.

Если газ и воздух предварительно не перемешивают, а подают в горелку раздельно, смесеобразование протекает одновременно с горением, и скорость процесса горения в целом определяется скоростью течения физической стадии, т.е. скоростью смесеобразования, ибо в этом случае «узким» местом процесса будет возникновение

контакта между газом и воздухом. Такую область горения называют диффузионной, так как необходимый для процесса горения контакт между газом и воздухом осуществляется за счет молекулярной или турбулентной диффузии.

При сжигании газа по диффузионному принципу процесс смесеобразования совмещается с процессом горения в единую поточную систему. Как только достигается контакт между газом и воздухом и образуется горючая смесь необходимого состава, сразу же начинается процесс горения. При высоких температурах, господствующих в топочном пространстве, скорость химических реакций несоизмеримо больше скорости процесса смесеобразования, поэтому суммарная скорость процесса в целом определяется скоростью образования горючей смеси. Таким образом, скорость диффузионного горения определяется аэродинамическими, диффузионными факторами и практически не зависит от физических и кинетических свойств смеси.

Рассмотренные два способа организации процесса горения газа являются крайними случаями, так как при кинетическом горении равномерная газовоздушная смесь приготовляется заранее, а при чисто диффузионном горении смесь заранее не приготовляется и искусственно не интенсифицируется, а протекает за счет естественных процессов молекулярной или турбулентной диффузии. Между этими крайними способами располагается множество процессов организации горения по диффузионно-кинетическому принципу, когда процесс смесеобразования интенсифицируется специальными приемами. При максимальной

48

интенсификации смесеобразования в горелке до выхода в топку можно предельно приблизиться к кинетическому процессу и, наоборот, максимально затягивая смесеобразование и перенося его в топку, можно получить предельно вытянутый, чисто диффузионный факел. Таким образом, диффузионнокинетическое горение можно

рассматривать как общий случай, границы которого будут представлены чисто кинетическим или чисто диффузионным горением. Достоинством диффузионно-кинетического метода сжигания газа является возможность регулирования процесса в широком диапазоне.

Для повышения интенсивности процесса смесеобразования применяют следующие основные способы:

а) струйная подача газа в прямой поток воздуха под прямым или близким к прямому углом. Если располагать струйки газа на определенном расстоянии до выхода в топку, можно добиться близкого к завершению процесса смесеобразования до поступления потока в зону горения, короткого и прозрачного факела; б) закручивание воздушного потока при струйной подаче газа повышает

интенсивность смесеобразования, раскрывает факел и сокращает его длину; в) наивыгоднейшее расположение струек газа, выбор их размеров и отыскание оптимальных скоростей газа и воздуха позволяют получить факел требуемых характеристик. Оптимизация скоростей в спутных потоках газа с воздухом также позволяет получить желаемую интенсивность смесеобразования; г) интенсивность смесеобразования можно повысить искусственной

турбулизацией потоков. Интенсификация смесеобразования приближает горение к кинетическому способу, и факел делается менее устойчивым. Диффузионный процесс горения характеризуется большей устойчивостью, чем кинетический, однако при больших форсировках и при диффузионном горении приходится применять искусственные приемы стабилизации фронта горения.

Находит применение и двухступенчатый принцип сжигания газа, когда горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью необходимого воздуха, а остальной воздух поступает непосредственно к факелу. В этом случае кинетически выгорает только часть газа, смешанная с первичным воздухом. Оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами горения, выгорает за счет кислорода вторичного воздуха, т.е. по диффузионному принципу. В частности, такой метод сжигания используется в атмосферных горелках. Факельное горение можно легко регулировать изменением коэффициента первичного воздуха. Так, уменьшая коэффициент первичного воздуха до нуля, можно перейти к чисто диффузионному горению, а увеличивая его до единицы, можно обеспечить сжигание газа по кинетическому принципу.

Все стадии процесса горения (смесеобразование, подогрев и горение) осуществляются в газовой горелке и в камере горения. Основные функции

49

газовой горелки сводятся к подаче газа и воздуха в топку, смесеобразованию, стабилизации фронта воспламенения, обеспечению требуемой интенсивности процесса горения газа и минимальных концентраций токсичных газов в продуктах горения.

Для смешения газа с воздухом горелка имеет смесительное устройство. Если горение осуществляется по кинетическому принципу, то смеситель представляет собой самостоятельный элемент, в котором приготовляется однородная газовоздушная смесь. Обычно это эжекционное устройство. При сжигании газа по диффузионно-кинетическому способу приготовление газовоздушной смеси начинается в горелке Процесс смешения протекает в результате внедрения струй газа в поток воздуха. Степень завершения процесса зависит от принятых параметров горелки. При активном смешении можно получить практически кинетический факел. Если смесеобразование не активизуется и начинается за пределами горелки — в топке, тогда горение газа будет протекать по диффузионному методу. В этом случае горелка создает только необходимые условия для смесеобразования и управляет им лишь путем воздействия на выходящие потоки газа и воздуха; сам же процесс смешения полностью происходит в топочной камере.

Другим элементом горелки является головка. Она обеспечивает выход газовоздушного потока в топочную камеру или воздушное пространство. Основное назначение головки — стабилизировать фронт воспламенения уже готовой или только что образовавшейся горючей смеси у устья горелки и предотвратить проскок и отрыв пламени.

Третий элемент горелки (огневая часть) представляет собой амбразуру или туннель, где частично или полностью протекает процесс горения. Огневая часть горелки одновременно служит и составной частью топочной камеры. Огневое устройство горелки создает устойчивый очаг зажигания и стабилизирует процесс горения, предотвращая отрыв пламени. Горелка может не иметь огневого устройства, в этом случае устойчивость факела полностью обеспечивается головкой, а сам факел располагается непосредственно в топке или в открытом пространстве. Строгого разграничения функций между отдельными элементами горелки, а также между горелкой и топкой провести нельзя, так как ряд операций выполняется совместно горелкой и топкой.

Основным свойством горелки является осуществляемый ею метод сжигания газа, который в значительной мере зависит от степени подготовленности горючей смеси, выходящей из головки горелки. Именно этот признак следует рассматривать как основной и использовать для классификации горелок.

По методу сжигания газа горелки можно разделить на четыре группы.

1)горелки полного предварительного смешения, работающие по кинетическому принципу;

2)горелки предварительного смешения газа с частью воздуха, необходимого для горения. У горелок этого типа газ смешивается с первичным воздухом до

50

поступления в зону горения. В зоне высоких температур сразу начинается процесс горения газа, обеспеченного первичным воздухом. Вторичный воздух поступает из окружающей среды у горелок с открытым пламенем — атмосферных. При использовании этого принципа смесеобразования у промышленных горелок (в этом случае такой способ называют двухступенчатым сжиганием) вторичный воздух подается в топку, обычно к корню факела;

3)горелки с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом, которые осуществляют диффузионно-кинетический принцип сжигания газа;

4)горелки без предварительного смешения газа с воздухом, работающие по диффузионному принципу.

Кроме основной классификации горелки можно различать по способу подачи воздуха, давлению газа, расположению горелки в топке и излучающей способности горелки.

По способу подачи воздуха горелки подразделяются на:

1)эжекционные, в которых воздух засасывается энергией газовой струи (эжектирование воздухом газа применяют весьма редко);

2)бездутьевые, у которых воздух поступает в топку вследствие разрежения;

3)дутьевые с подачей воздуха в топку с помощью вентилятора. По давлению газа горелки подразделяют на:

горелки низкого давления (до 5 кПа) и горелки среднего давления (5...300 кПа). Горелки с более высоким давлением не получили широкого применения.

Методы снижения концентраций оксидов азота в продуктах горения, применяемые при проектировании газогорелочных и топочных устройств

Методы, направленные на снижение содержания NxOy в продуктах горения, выходящих из агрегатов, делятся на две группы.

В первую группу следует включить способы снижения образования оксидов азота, которые в основном определяются конструкцией и режимом работы газогорелочного устройства.

Во вторую группу войдут конструктивные и режимные мероприятия по организации топочных процессов, включая размещение газогорелочных устройств в стенах и сводах топки.

1. Эффективными способами снижения образования NO являются: сжигание газа при минимальных избытках воздуха (α= 1,02...1,05), в тонком слое (что сокращает время пребывания реагирующей смеси в зоне реакции) и с максимальной теплоотдачей из зоны горения (что снижает температуру в этой зоне). Такой процесс сжигания газа организуется в горелках инфракрасного излучения.