Table Of Content

Т.Ю.РОДИВИЛИНА В.М.ИВАНОВ ТЕПЛОТЕХНИКА, ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ Часть IV ГАЗОСНАБЖЕНИЕ Учебное пособие Барнаул 1997 Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова Т.Ю.Родивилина, В.М.Иванов Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция Часть IV Газоснабжение Учебное пособие Допущено Западно-Сибирским региональным отделением УМО вузов РФ по строительному образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений строительных специальностей Барнаул 1997 УДК 697.1 (075.5) Родивилина Т.Ю., Иванов В.М. Теплотехника, теплогазоснабже- ние и вентиляция. Часть IV. Газоснабжение: Учебное пособие / Алт. гос. техн. ун-т им.И.И.Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1997. - с. В учебном пособии изложены следующие материалы о газоснаб- жении: основные сведения о системах газоснабжения; добыча, транс- портирование, хранение газа; распределительные системы газоснабже- ния; расчетные расходы газа; гидравлический расчет газопроводов; уст- ройство и оборудование систем газоснабжения зданий; отвод продук- тов сгорания, расчет дымоходов; применение сжиженного газа; экс- плуатация систем газоснабжения и техника безопасности; новые со- временные устройства сепарации газа. Даны необходимые справочные данные в объеме, методически необходимом для усвоения курса и со- ответствующие действующим в настоящее время документам. Учебное пособие написано в соответствии с программами курсов для студентов специальности «Водоснабжение и водоотведение» и «Промышленное и гражданское строительство», а также может быть использовано студентами специальности «Теплогазоснабжение и вен- тиляция» и других строительных специальностей всех форм обучения. Утверждено на заседании редакционно- издательского совета Алтайского государственно- го технического университета им. И.И.Ползунова в качестве учебного пособия. Рецензенты: начальник центра по государственному лицензированию строительной деятельности В.К.Эбергардт, главный ин- женер муниципального предприятия «Барнаульские теп- ловые сети» С.К.Лихачев ISBN 5 - 7568 - 0177 - 4 © Издательство Алтайского государственного технического универси- тета им.И.И.Ползунова, 1997 г. С О Д Е Р Ж А Н И Е Стр. 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЗОСНАБЖЕНИИ 1.1.Виды горючих газов, их основные свойства и состав 1.2. Природные газы 1.3. Искусственные газы 1.4. Требования к газу, применяемому в коммунальном хо- зяйстве 2. ГАЗОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ И ДОБЫЧА ГАЗА 2.1. Газовые месторождения 2.2. Добыча газа 2.3. Газы конденсатных месторождений 3. ОБРАБОТКА ПРИРОДНОГО ГАЗА 3.1. Осушка газа 3.2. Очистка газа от сероводорода и углекислого газа 3.3. Одоризация газа 4. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ГАЗА НА БОЛЬШИЕ РАС- СТОЯНИЯ. ХРАНЕНИЕ ГАЗА 4.1. Схема магистрального газопровода 4.2. Хранилища газа 5. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕ- НИЯ 5.1. Системы газоснабжения городов, населенных пунктов. Нормы давления газа. 5.2. Схемы двух-, трех-, и многоступенчатых систем газо- снабжения с газорегуляторными пунктами 5.3. Наружные газопроводы и сооружения 6. РАСЧЕТНЫЙ РАСХОД ГАЗА. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГАЗОПРОВОДОВ 6.1. Расчетные расходы газа 6.2. Гидравлический расчет газопроводов 7. УСТРОЙСТВО И ОБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМ ГАЗО- СНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ 7.1. Основные элементы устройства газопроводов 7.2. Арматура и контрольно-измерительные устройства 7.3. Газовые приборы и горелки 7.4. Размещение газовых приборов в здании 8. ОТВОД ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ 8.1. Общие сведения 8.2. Расчет дымоходов 9. ПРИМЕНЕНИЕ СЖИЖЕННОГО ГАЗА 10. ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 10.1. Неисправности систем газоснабжения 10.2. Неисправности газовых приборов 10.3. Обслуживание систем газоснабжения. Техника безо- пасности при строительстве и эксплуатации систем газоснабжения. Правила их испытания и приемки 11. НОВЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ УСТРОЙСТВА СЕПАРА- ЦИИ ГАЗА ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЗОСНАБЖЕНИИ 1.1. Виды горючих газов, их основные свойства и состав Газоснабжение жилых зданий значительно улучшает условия быта населения городов и населенных пунктов. Применение газа в городском хозяйстве, промышленности и энергетике создает благо- приятные условия для улучшения технологических процессов произ- водства, позволяет применять прогрессивную и экономически эф- фективную технологию, повышает технический и культурный уро- вень производственных, коммунальных и энергетических установок, позволяет повысить экономическую эффективность работы произ- водства в целом. Для газоснабжения жилых зданий, коммунальных и промыш- ленных предприятий используют природные, искусственные и сме- шанные газы. Базой для широкого развития газовой промышленности являются значительные запасы природного газа. По запасам природ- ного газа наша страна занимает первое место в мире. Добыча при- родного газа в стране непрерывно растет, что объясняется его высо- кими экономическими показателями, особенно благодаря его низкой себестоимости. Если сравнить природный газ с другими видами топлива, то его себестоимость в три раза ниже себестоимости торфа и мазута, в 15 - 20 раз ниже себестоимости угля подземной выработки. Только в наи- более отдаленных от месторождений районах себестоимость газа выше себестоимости мазута. Применение газа в быту и промышленности в сравнении с твер- дым топливом в 4 - 5 раз эффективнее. Газ сгорает без образования дыма, в котором много продуктов неполного сгорания твердого и жидкого топлива, поэтому замена газом других видов топлива спо- собствует очистке воздушного бассейна населенных пунктов. Газы как топливо с успехом применяют для приготовления пи- щи, в системах горячего водоснабжения для подогрева воды, в сис- темах отопления зданий, в технологических процессах промышлен- ных предприятий. В качестве топлива используют газы природных нефтяных и га- зовых месторождений, их газовоздушные смеси, а также сжиженные углеводородные газы, отвечающие требованиям ГОСТ 5542-87 для природного газа и ГОСТ 20448-90 для сжиженных углеводородных газов (в дальнейшем - СУГ). Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество примесей. К го- рючим газам относятся углеводороды, водород и окись углеводов. Негорючие компоненты - это азот, двуокись углерода и кислород. Они составляют балласт газообразного топлива. К примесям относят- ся водяные пары, сероводород, пыль. От вредных примесей газооб- разное топливо очищают. В соответствии с требованиями ГОСТ до- 3 пускается на 100 м газа примесей не более: 2 г сероводорода или ам- миака; 5 г цианистых соединений; 10 г нафталина, смолы, пыли и других веществ не более 0,1 %. Газообразное топливо имеет большое народнохозяйственное значение. Отклонение теплоты сгорания от номинального значения не должно быть более ± 5 %. Для газоснабжения применяют влажные и сухие газы. Содержание влаги не должно превосходить количества, насыщающего газ при t = − 20° С (зимой) и 35° С (летом). Влагосо- держание насыщенного газа в зависимости от его температуры при- ведено в табл. 1. Таблица 1 Зависимость влагосодержания насыщенного газа от температуры Показатель, ° С Температура, ° С 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Влагосодержание, г на 1 м3 сухого газа при 0° С и 5 10,1 19,4 35,9 64,6 114 202 370 739 1950 101,3 кПА Если газ транспортируют на большие расстояния, то его пред- варительно осушают. Большинство искусственных газов имеет рез- кий запах, что облегчает обнаружить утечки газа из трубопроводов и арматуры. Природный газ совсем не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют (смешивают со специальными веществами), т.е. придают ему резкий неприятный запах, который должен ощущаться при концентрации в воздухе, равной 1 %. Запах токсичных газов должен ощущаться при концентрации, допускаемой санитарными нормами. Сжиженный газ, используемый коммунально-бытовыми потребителями, по ГОСТ 20448-90 не дол- 3 жен содержать сероводорода более 5 г на 100 м газа, а его запах должен ощущаться при содержании в воздухе 0,5 %. Концентрация кислорода в газообразном топливе не должна превышать 1 %. При использовании для газоснабжения смеси сжи- женного газа с воздухом концентрация газа в смеси составляет не менее удвоенного верхнего предела воспламеняемости. Величина расхода газа на нужды потребителей целиком зависит от его теплоты сгорания (теплотворной способности), и чем она меньше, тем больше расходуется газа. Физические характеристики и теплота сгорания некоторых га- зов приведены в табл. 1 и 2. Используя данные этих таблиц, можно рассчитать теплоту сгорания, плотность и другие характеристики га- зообразного топлива. Температура воспламенения природных и искусственны газов составляет 640 - 700 ° С. Природные газы добывают из газовых или нефтяных месторо- ждений, а искусственных получают при термической переработке жидкого или твердого топлива без доступа воздуха. Таблица 2 Физические характеристики газов Хими- Молекуляр- Молекуляр- Плотность Относи- ческая ная масса ный объем при 0°С тельная Газ формула при 0°С 101,3 кПа, плотность 101,3 кПа, кг/м3 воздуха м3/кмоль Азот N 28,016 22,4 1,2505 0,9673 2 Ацетилен C H 26,038 22,24 1,1707 0,9055 2 2 Водород H 2,016 22,43 0,08999 0,0695 2 Водяной пар H O 18,016 (23,45) (0,768) 0,5941 2 Воздух (без СО ) - 28,96 22,4 1,2928 1 2 Двуокись серы SO 64,066 21,89 2,9263 2,2635 2 Двуокись углерода CO 44,011 22,26 1,9768 1,5291 2 Кислород O 32 22,39 1,429 1,1053 2 Окись углерода CO 28,011 22,41 1,25 0,9669 Сероводород H S 34,082 22,14 1,5392 1,1906 2 Метан CH 16,043 22,38 0,7168 0,5545 4 Этан C H 30,07 22,18 1,3566 1,049 2 6 Пропан C H 44,097 21,84 2,019 1,562 3 8 н-Бутан C H 58,124 21,5 2,703 2,091 4 10 изо-Бутан C H 58,124 21,78 2,668 2,064 4 10 Пентан C H 72,151 - 3,221 2,491 5 12 Таблица 3 Теплота сгорания чистых горючих газов Теплота сгорания Газ высшая низшая высшая низшая высшая низшая кДж/кмоль кДж/кг кДж/м3 при 0°С и 101,3 кПа Ацетилен 1 308 560 1 264 600 50 240 48 570 58 910 56 900 Водород 286 060 242 940 141 900 120 080 12 770 10 800 Окись углерода 283 170 283 170 10 090 10 090 12 640 12 640 Сероводород 553 780 519 820 16 540 15 240 25 460 23 490 Метан 890 990 803 020 55 560 50 080 39 860 35 840 Этан 1 560 960 1 429 020 51 920 47 520 70 420 63 730 Пропан 2 221 500 2 045 600 50 370 46 390 101 740 93 370 н-Бутан 2 880 400 2 660 540 49 570 45 760 133 980 123 770 изо-Бутан 2 873 580 2 653 720 49 450 45 680 131 890 121 840 Пентан 3 549 610 3 227 750 49 200 45 430 158 480 146 340 Для централизованного снабжения населенных пунктов и про- изводственных объектов широко применяют природные газы. Если нет природных газов или газовоздушных смесей, то применяют сжи- женные углеводородные газы. К сжиженным углеводородным газам относятся такие углеводо- роды, которые в нормальных условиях находятся в газообразном со- стоянии, а при небольшом повышении давления переходят в жидкое состояние. Сжиженные газы хранят в баллонах и металлических ре- зервуарах. Температура воспламенения сжиженных пропана и бутана составляет соответственно 510 и 490° С. Сжиженные газы в сравнении с природными обладают в 2 - 3 раза большей теплотой сгорания и скоростью воспламенения. Пропан С Н и бутан С Н извлекают из природного нефтяного газа или по- 3 8 4 10 лучают искусственно как побочный продукт при термической пере- работке нефти на газобензиновых заводах. Избыточное давление на- сыщенных паров сжиженного газа обычно составляет не менее 0,16 МПа. 1.2. Природные газы Для газоснабжения городов и промышленных предприятий в настоящее время широко применяют природные газы. Их добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводо- родов метанового ряда. Природные газы не содержат водорода, оки- си углерода и кислорода. Содержание азота и углекислого газа обыч- но бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат в небольших количествах сероводород. Природные газы можно подразделить на три группы. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они в ос- новном состоят из метана и являются тощими или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 3 50 г/м . Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторожде- ний совместно с нефтью, часто называют попутными. Помимо мета- на они содержат значительное количество более тяжелых углеводо- 3 родов (обычно свыше 150 г/м ) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан- бутановой фракции и газового бензина. Газы, которые добывают из конденсатных месторождений, со- стоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). Пары конден- сата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, со- держащих С и выше (бензина, лигроина, керосина). 5 Сухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зави- симости от содержания тяжелых углеводородов. Низшая теплота сгорания сухих газов, добываемые в СССР, составляет 3 31000 кДж/м . Теплота сгорания попутных газов выше и изменяется 3 от 38000 до 63000 кДж/м . На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газо- вый бензин и пропан- бутановую фракцию, которую используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа. 1.3. Искусственные газы При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой перегонки и генератор- ные газы. Как те, так и другие в настоящее время весьма редко при- меняют для газоснабжения городов и промышленности. Сухая перегонка твердого топлива представляет собой процесс его термического разложения, протекающий без доступа воздуха. При сухой перегонке топливо проходит ряд стадий физико- химических преобразований, в результате которых оно разлагается на газ, смолу и коксовый остаток. Характер преобразований, претер- певаемых топливом, определяется его природой и температурой про- цесса. Сухую перегонку топлива, происходящую при высоких темпе- ратурах (900 - 1 100° С), называют коксованием, в результате которо-