1 Общие сведения
2. Наружные трубопроводы и сооружения на них
3. Защита газопроводов от коррозии
4. Гидравлический расчет газопроводов
5. Газификация индивидуальных жилых домов
Наружные трубопроводы и сооружения на них
Стальные газопроводы. По месторасположению относительно поверхности земли различают подземные, надземные и наземные газопроводы, которые оборудуют приборами измерения давления, расхода газа, устройствами связи, сигнализации, телеуправления и автоматики, а также запорной арматурой для отключения отдельных участков сети или зданий при ремонтных, аварийно-восстановительных работах и т.д.
Газопроводы рекомендуется размещать вне проезжей части улицы. Основные требования по прокладке газопроводов указаны в СНиП 2.04.08—87 и СНиП 2 07.01-89 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений».
Проекты наружных газопроводов, прокладываемых по территории населенных пунктов, следует выполнять на топографических планах в масштабах, предусмотренных ГОСТ 21.610—85. Разрешается выполнение проектов межпоселковых газопроводов на планах в масштабе 1:5000 при закреплении оси трассы в натуре.
Наружные газопроводы независимо от их назначения и давления газа прокладывают, как правило, подземным способом в соответствии с требованиями СНиП 2.07.01—89. Надземная, как и наземная, прокладка их допускается внутри жилых кварталов и дворов, а также на других отдельных участках.
Трассу для подземных газопроводов выбирают с учетом коррозионной активности грунтов и наличия в них блуждающих токов согласно ГОСТ 9.602-89.
Глубина прокладки должна быть не менее 0,8 м (до верха газопровода или футляра), а в местах, где не предусматривается движение транспорта, оно может быть уменьшено до 0,6 м. Однако, учитывая возможность расширения строительства, благоустройства и планировок местности, глубину заложения 0,6 м принимать при проектировании не рекомендуется.
Переходы газопроводов через водные преграды, автомобильные дороги, железнодорожные пути необходимо проектировать в соответствии с требованиями СНиП 2.04.08—87 с принятием специальных мер по обеспечению их бесперебойной и безопасной эксплуатации.
Полиэтиленовые газопроводы. Для строительства подземных газопроводов в сельской местности рекомендуется применять полиэтиленовые трубы. Полиэтиленовые газопроводы прокладывают: на территории сельских населенных пунктов давлением до 0,3 МПа; вне территории сельских населенных пунктов (межпоселковые газопроводы) давлением до 0,6 МПа. Глубина их заложения должна быть не менее 1 м до верха трубы. Не допускаются надземная и наземная прокладки газопроводов из полиэтиленовых труб, а также прокладка их в коллекторах, каналах и внутри зданий.
Расстояния по горизонтали в свету между полиэтиленовыми газопроводами и другими подземными сооружениями и зданиями принимают как для стальных газопроводов согласно СНиП 2.07.01-89.
Расстояния по вертикали в свету при пересечении полиэтиленовых газопроводов любого давления с подземными сооружениями и коммуникациями принимают (по СНиП 2.04.08—87) не менее, м:
- водопровод, канализация, водосток, тепловые сети - 0,2м
- бесканальная тепловая сеть - 0,5м
Кабель:
- силовой и телефонный бронированный -0,5м
- маслонаполненный напряжением 110-220 кВ -1,0м
Газорегу.таторные пункты и установки. ГРП ( ГРУ ) предназначены для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне при газоснабжении жилых и общественных зданий, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых предприятий.
В зависимости от назначения и технической целесообразности ГРП размещают в отдельно стоящих зданиях, в пристройках к зданиям, в шкафах. Устройство ГРП в подвальных и полуподвальных помещениях зданий, в пристройках к зданиям школ, больниц, детских учреждений, жилых домов, зрелищных и административных зданий не разрешается.
Кроме снижения давления в ГРП осуществляется очистка газа от механических примесей, контроль входного и выходного давлений и температуры газа, прекращение подачи газа в случае выхода за допустимые пределы давления в контролируемой точке газопровода, измерение расхода газа.
В соответствии с назначением в ГРП (ГРУ) размещают следующее оборудование:
- регулятор давления, автоматически понижающий давление и поддерживающий его в контролируемой точке на заданном уровне;
- предохранительный запорный клапан, автоматически прекращающий подачу газа при повышении или понижении его давления сверх заданных пределов (устанавливают перед регулятором по ходу движения газа);
- предохранительное сбросное устройство, сбрасывающее излишки газа из газопровода за регулятором в атмосферу, чтобы давление газа в контролируемой точке не превысило заданного. Подключается к выходному газопроводу, а при наличии расходомера (счетчика) — за ним (перед сбросным устанавливают запорное устройство);
- фильтр для очистки газа от механических примесей. Устанавливают перед предохранительным запорным клапаном;
- обводной газопровод (байпас) с последовательно расположенными двумя запорными устройствами (по байпасу подают газ во время ревизии и ремонта оборудования линии редуцирования, его диаметр принимают не меньше, чем диаметр седла клапана регулятора).
Для ГРП с входным давлением более 0,6 МПа и пропускной способностью более 5000 м3/ч вместо байпаса устанавливают дополнительно резервную линию регулирования.
Средствами измерений в ГРП проверяют:
- давление газа перед регулятором и за ним (манометры показывающие и самопишущие);
- перепады давления на фильтре (дифманометры или технические манометры);
- температуру газа (термометры показывающие и самопишущие).
Импульсные трубки служат для соединения с регулятором, запорным и сбросным клапанами и подключения средств измерения.
Сбросные и продувочные трубопроводы используют для сбрасывания в атмосферу газа от сбросного устройства и при продувке газопроводов и оборудования. Продувочные трубопроводы размещают на входном газопроводе после первого отключающего устройства; на байпасе между двумя запорными устройствами; на участке газопровода с оборудованием, отключаемым для осмотров и ремонта. Условный диаметр продувочного и сбросного трубопроводов принимают не менее 20 мм. Продувочные и сбросные трубопроводы выводят наружу в места, обеспечивающие безопасное рассеивание газа, но не менее чем на 1 м выше карниза здания.
Запорные устройства должны обеспечить возможность отключения ГРП (ГРУ), а также оборудования и средств измерения без прекращения подачи газа.
По числу линий регулирования оборудование ГРП (ГРУ) условно подразделяют на две группы: с одной линией регулирования и одним регулятором давления (одноступенчатое регулирование) либо с двумя последовательно расположенными регуляторами давления (двухступенчатое регулирование); с двумя параллельно расположенными линиями регулирования и одним регулятором давления на каждой линии. Во второй группе предусматривают подачу газа одному потребителю, или одной группе потребителей (при этом одна линия регулирования резервная), либо подача газа двум потребителям, или двум группам потребителей с разными выходными значениями давления.
Одноступенчатые схемы обычно применяют при разности между входным и выходным давлением до 0,6 МПа.
Мосгазниипроект разработал типовые проекты ГРП вместо типовых проектных решений. Компоновка газового оборудования в этих проектах выполнена в виде отдельных блоков заводского изготовления.
Минимальные расстояния (в свету) от отдельно стоящих ГРП до зданий и сооружений регламентируются требованиями СНиП 2.04.08-87.
В сельских населенных пунктах целесообразно использование шкафных ГРП, что позволяет отказаться от строительства специальных зданий для ГРП и, следовательно, резко снизить объем строительно-монтажных работ.
Промышленная сборка и испытание шкафных ГРП на прочность, герметичность и работоспособность на заводских стендах обеспечивают их надежную работу в условиях эксплуатации. Применяют их при максимальных (до 2000 м3/ч) расходах газа.
В зависимости от местных климатических условий и влажности газа шкафные ГРП имеют теплоизолирующее покрытие или устройство для обогрева. В эксплуатации находятся более 20 типов и типоразмеров шкафных ГРП. Схемы оборудования шкафного ГРП можно подразделить на две группы. В одну из них входят ГРП, состоящие из двух одинаковых технологических линий, одна из которых рабочая, вторая — резервная (ШП-2, ШП-З, ГСГО-0), в другую группу — все остальные шкафные ГРП, имеющие одну технологическую нитку и обводной газопровод (байпас). Учитывая особенности эксплуатации газового оборудования в условиях сельской местности, для потребителей, не допускающих перерыва в подаче газа, например бытовых, рекомендуется применять шкафные ГРП первой группы.
Схема компоновки оборудования ГРП (ГРУ) показана на рисунке 3.
1 — ввод газопровода; 2 и 3 — самопишущий и показывающий манометры; 4— продувочная свеча; 5—обводной газопровод (байпас); 6—технический термометр; 7—выхлопная свеча; 8— сетчатый фильтр; 9 — газовый счетчик типа РГ; 10— продувочный штуцер; II — самопишущий термометр; 12 — импульсная линия; 13— предохранительный сбросной клапан (ПСК); 14 — обводная линия для продувки оборудования; 15 — трубка для пусковой настройки регулятора; 16— регулятор давления (РДУК2); 17— предохранительный запорный клапан (ПЗК); 18— дифманометр; 19— фильтр
Рисунок 3 - Принципиальная схема одноступенчатого ГРП (ГРУ)
Технологические и конструктивные характеристики ГРП (ГРУ) приведены в специальной литературе.
Для газоснабжения населенных пунктов сельской местности в основном достаточно одного ГРП в отдельно стоящем здании или одного — трех шкафных ГРП.
Выбор шкафных ГРП для конкретного объекта с учетом особенностей эксплуатации подробно изложен в специальной литературе.
При проектировании газоснабжения жилых и общественных зданий, коммунально-бытовых объектов от газопроводов среднего давления допускается вместо ГРП предусматривать домовые регуляторы газа.
Применение систем газоснабжения среднего давления позволяет значительно снизить металлоемкость газовых сетей (до 30...40%), создать наиболее благоприятные условия для сжигания газа (при стабильном давлении) и, следовательно, повысить КПД используемых приборов, улучшить санитарно-гигиенические условия газифицированных помещений.
Вспомогательное оборудование. Колодцы следует размещать на подземных газопроводах, в местах установки отключающих устройств и компенсаторов. Конструкция и материал колодцев должны исключать возможность проникновения в них грунтовых вод.
На газопроводах устанавливают контрольно-измерительные проводники (пункты), изолирующие фланцы, контрольные трубки, конденсатосборники, продувочные свечи.
Контрольно-измерительные пункты, устанавливаемые на подземных газопроводах, служат для измерения поляризационного потенциала между газопроводом и землей, а также параметров электрохимической защиты. Поляризационный потенциал измеряют по методике, рекомендуемой ГОСТ 9.602— 89. Для измерения защитных электропотенциалов газопроводов допускается использовать отключающие устройства, конденсатосборники и другое оборудование и сооружения на газопроводах.
Для электрического секционирования газопроводов при монтаже вводов в жилые и общественные здания, а также газифицированные котельные применяют электроизолирующие фланцы.
Контрольные трубки на полиэтиленовых газопроводах следует предусматривать в местах расположения неразъемных соединений полиэтиленовых труб со стальными и на конце футляра при пересечении газопровода с другими сооружениями и коммуникациями.
Для защиты от механических повреждений контрольных трубок, контактных выводов контрольно-измерительных пунктов, водоотводящих трубок конденсатосборников, гидрозатворов и арматуры предусматривают коверы, которые устанавливают на бетонные, железобетонные основания, обеспечивающие устойчивость и исключающие их просадку.
Защита газопроводов от коррозии
Для защиты газопроводов от почвенной коррозии и коррозии, вызываемой блуждающими токами, газопровод изолируют от контакта с окружающим грунтом, ограничивая при этом проникновение блуждающих токов из окружающей среды (пассивная защита), либо создают защитный потенциал газопровода по отношению к окружающей среде (активная электрохимическая защита).
Почвенная коррозия обусловлена наличием в грунте влаги, солей, кислот и пр., а также неоднородностью металла, создающими условия для возникновения на поверхности газопроводов гальванических элементов (грунт — электролит, металл — электроды). В силу физико-химической и микроструктурной неоднородности металла на его поверхности образуются микрокоррозионные пары, при этом мы имеем участки с высокой упругостью растворения металла (аноды или анодные зоны для макропар) и рядом участки с низкой упругостью растворения металла (катоды или катодные зоны для макропар), т. е. мы имеем гальванические пары (рисунок 4).
Рисунок 4 - Схема возникновения и протекания почвенной коррозии: Еа — потенциал анодного участка трубопровода; Ек — потенциал катодного участка трубопровода; Ra — сопротивление на границе «анод —электролит»; Rк — сопротивление на границе «катод — электролит»; Rэ — сопротивление электролита; Iк — коррозионный ток; е — электроны
В образовавшейся гальванической паре ток между анодом и катодом протекает во внешней цепи (в металле) при движении электронов от анода к катоду и во внутренней цепи (электролите) при перемещении ионов: катионов (заряженных положительно) — к катоду, анионов (заряженных отрицательно) — к аноду, т. е. катодная зона не изменяет своей структуры и на ее поверхности образуется слой металла анодной зоны. Коррозия металла происходит на анодных участках, где наблюдается процесс растворения металла с выходом ионов в грунт. Поэтому необходимо подчеркнуть, что степень коррозионного разрушения оценивают не по возможности его возникновения, а по скорости и потерям металла, т. е. определяется силой коррозионного тока Iк. Скорость коррозии, согласно закону Фарадея, определяется количеством электричества, протекающего между анодами и катодами уложенного в грунт газопровода. Установлено, что при Iк=1А в течение года может переносить в электролит более 9г металла. Под действием почвенной электрохимической коррозии на трубе образуются местные каверны и сквозные отверстия.
Неоднородность физико-химических свойств грунта по трассе газопровода также приводит к образованию коррозионных пар длиной в десятки и сотни метров. В этих случаях коррозионные разрушения чаще носят равномерный характер, не исключающий возможности образования отдельных глубоких раковин.
Представляет большую опасность также электрохимическая коррозия под действием блуждающих токов. Наиболее опасными, мощными и распространенными из этих источников блуждающих токов для подземных сооружений являются токи электрифицированных железных дорог (в условиях города также трамвая и метрополитена). Это объясняется тем, что здесь используют постоянный ток большой силы и в качестве второго провода применяют рельсы. На практике рельсы часто не являются собой хорошим проводником (из-за несовершенства изоляции рельсов от земли и нарушения контактов на стыках рельсов), а это приводит к тому, что большая или меньшая часть тока, который должен возвращаться по рельсам, попадает в землю и уже по грунту (иногда очень сложным путем) возвращается к источнику. Блуждающие токи через повреждения изоляционного покрытия попадают на газопроводы, электрическое сопротивление которых значительно меньше сопротивления окружающего их грунта. На участках приближения газопровода к тяговым подстанциям (зона повышенного отрицательного электрического потенциала) блуждающие токи стекают с газопровода через грунт обратно в рельсовую цепь. В зоне входа блуждающих токов газопровод поляризуется катодно, а в зоне выхода — анодно, здесь и происходит интенсивное сосредоточенное разрушение металла (рисунок 5).
1 — тяговая подстанция; 2— газопровод
Рисунок 5 - Схема возникновения и протекания блуждающих токов:Iт — тяговые токи; Iв — токи возврата; I6 — блуждающие токи; Iк — коррозионные токи; I—анодная зона; II—знакопеременная зона; III— катодная зона
Поэтому очень важно знать, в какую коррозионную среду помещают газопровод, и одним из важнейших факторов в выборе средств защиты от коррозии газопровода является оценка коррозионной активности грунта.
Коррозионная агрессивность грунта по отношению к стали характеризуется значениями удельного электрического сопротивления грунта, определяемого в полевых и лабораторных условиях, и средней плотностью катодного тока. Если при определении одного из показателей установлена высокая коррозионная агрессивность грунта, то определение других показателей не обязательно. Методики определения удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока приведены в приложении к ГОСТ 9.602—89.
Опасность коррозии газопроводов блуждающими токами оценивают после определения следующих показателей: наличия блуждающих токов; разности потенциалов между газопроводом и землей; разности потенциалов между газопроводом и рельсами электрифицированного транспорта; значения и направления тока в газопроводе; плотности тока, стекающего из газопровода в землю.
На основании данных о коррозионной активности грунтов и результатов электроизмерений на трассе решают вопрос о защите газопроводов от коррозии.
Существует два способа защиты газопроводов от коррозии. Пассивная защита заключается в изоляции газопровода от контакта с окружающим грунтом и ограничении проникания блуждающих токов в газопровод; активная — в создании защитного потенциала газопровода по отношению к окружающей среде.
Для защиты подземных стальных трубопроводов применяют защитные покрытия усиленного и весьма усиленного типа. Для стальных газопроводов, прокладываемых непосредственно в земле в пределах территории городов и других населенных пунктов, промышленных предприятий, а также на газопроводах с давлением газа до 1,2 МПа, предназначенных для газоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий, но прокладываемых вне их территории, применяют защитные покрытия весьма усиленного типа. Противокоррозионные защитные покрытия должны быть диэлектрическими, водонепроницаемыми, химически инертными по отношению к стали и грунту, прочными и эластичными, с хорошей прилипаемостью к трубе, монолитными и однородными. Этим требованиям отвечают покрытия на битумной основе (битумно-резиновые, битумно-асбополимерные) с использованием армирующих оберток из стекловолокнистых материалов; покрытия из полимерных материалов, наносимых в виде лент или в порошкообразном состоянии, и другие защитные покрытия.
Электрохимическая защита газопроводов (активная защита) осуществляется путем катодной поляризации металла от внешнего источника тока (установка катодной защиты) или соединением с металлом, имеющим более отрицательный потенциал, чем электродный потенциал защищаемого металла (установки протекторной защиты); в зонах блуждающих токов для электрохимической защиты применяют отвод блуждающих токов к их источнику (установки дренажной защиты или установки усиленной дренажной защиты).
При соединении протектора, помещенного в окружающую коррозионную среду, с защищенным объектом образуется гальванический элемент, анодом в котором будет протектор, а катодом — защищаемое сооружение. В таком гальваническом элементе будет протекать электрический ток: в окружающей среде — от протектора к сооружению, а по соединительному проводнику — от сооружения к протектору. В результате поляризации сближаются электродные потенциалы защищаемого сооружения и протектора. Потенциал сооружения становится более отрицательным, а протектора — более положительным. Под воздействием силы тока сооружение катодно поляризуется и металл защищается от коррозии, а протектор постепенно разрушается (рисунок 6).
1 — защищаемый газопровод; 2—контрольно-измерительный пункт; 3 — соединительный кабель; 4 — шурф; 5— стальной сердечник; 6 — активатор
Рисунок 6 - Принципиальная схема протекторной защиты
Наиболее широко в современной технике применяют углеродистые и низколегированные стали. Для их защиты от коррозии используют такие достаточно распространенные и имеющие более отрицательный стационарный потенциал металлы для протектора, как магний, алюминий, цинк. В качестве протекторных материалов применяют также металлические сплавы.
1 — защищаемый газопровод; 2 — электрод сравнения длительного действия с датчиком электрохимического потенциала; 3 — контактное устройство; 4 — дренажный кабель; 5 — преобразователь катодной защиты (источник постоянного тока); 6 — соединительный кабель; 7— анодное заземление
Рисунок 7 - Принципиальная схема установки катодной защиты
Повысить эффективность работы протекторных установок можно, изменив состав среды, окружающей протектор. Для этого применяют специальные засыпки-активаторы (смеси сернистых солей магния, натрия или кальция с глиной и др.). Активаторы в основном применяют при защите подземных металлических сооружений от коррозии.
Преимущества протекторной защиты — автономность (не требуется подключение к источникам электроэнергии); простота конструкции, что облегчает изготовление и монтаж; удобство эксплуатации и контроля; непрерывность действия в течение длительного времени. Существенный недостаток — малая ЭДС, что позволяет применять протекторы только в средах с низким электрическим сопротивлением до 60 Ом.м.
Эффективность протекторов зависит от физико-химических свойств гальванических анодов и внешних факторов. Средний срок их службы —610 лет при массе до 10 кг. Зона защиты газопровода одним протектором в зависимости от грунта составляет 20...70 м.
Катодная поляризация металлических сооружений с помощью внешних источников постоянного тока получила название катодной защиты, которую осуществляют установки катодной защиты (УКЗ). УКЗ состоит из источников постоянного тока, анодного заземления, контактного устройства на защищаемом сооружении, электрода сравнения длительного действия с датчиком электрохимического потенциала, соединительных линий постоянного тока, защитного заземления (рисунок 7).
Отрицательный полюс источника постоянного тока УКЗ присоединяют к защищаемому газопроводу, а положительный — к анодному заземлению. К катодной станции могут быть подключены несколько сооружений, при необходимости она может иметь несколько анодных заземлений.
При включении источника ток стекает с анодного заземления, распространяется в окружающей среде, натекает на сооружение и поляризует его металл. Защитный ток должен быть такой, чтобы создаваемый отрицательный потенциал находился в пределах установленных минимальных и максимальных защитных величин.
В качестве источников постоянного тока серийно выпускаются автоматические преобразователи — выпрямители катодной защиты. В условиях населенных пунктов, имеющих надежное электроснабжение, используют исключительно преобразователи переменного тока.
В случае отсутствия источников электроэнергии для катодной зашиты используют термоэлектронагреватели, в районах с благоприятными ветрами — ветроэлектрогенераторы, генераторы с двигателями внутреннего сгорания и т. п.
В условиях, когда часто меняются параметры коррозионной среды и потенциал сооружения, защиту осуществляют установками автоматической катодной защиты типа ПАСК-М.
Анодное заземление — один из основных элементов катодной установки, от его параметров зависит эффективность и надежность защиты от коррозии. Электроды для анодных заземлителей изготавливают из стали, чугуна, железокремнистых сплавов (ферросилидов), графита.
От коррозии блуждающими токами металлические сооружения защищают электрическими дренажами, установками катодной защиты, протекторами и токоотводами. Электрический дренаж — это организованный отвод блуждающих токов от защищаемого газопровода к их источнику. Различают три вида электрического дренажа: прямой, поляризованный и усиленный. Каждый из дренажей устанавливают в линии соединения газопроводов с отрицательной шиной тяговой подстанции или с рельсами электрифицированного транспорта. Прямой (простой) электродренаж имеет двустороннюю проводимость, поэтому используется лишь на участках с устойчивым анодным потенциалом, как правило, вблизи тяговых подстанций. Поляризованный и усиленный электродренажи имеют одностороннюю проводимость от газопровода к источнику тока, а поэтому их можно подключать к рельсам электрифицированного транспорта (рисунок 8). Одна дренажная установка способна защитить до 56 км газопровода.
1— защищаемый газопровод; 2— кабель; 3— реостат; 4— диод; 5— предохранитель
Рисунок 8 - Схема поляризованного электродренажа
Дополнительно к устройствам электрической защиты применяют электрическое секционирование. Сущность этого метода заключается в том, что газопровод разъединяют на отдельные секции с помощью изолирующих фланцев, которые значительно ограничивают зону действия блуждающих токов. В простейшем виде изолирующий фланец представляет собой двухфланцевое соединение, в котором между фланцами вставлена изолирующая прокладка. При этом под головками и гайками каждого болта устанавливают изолирующие шайбы, а сами болты заключаются в изолирующие втулки (чехлы). Изолирующие фланцы устанавливают на надземных частях газопроводов, в колодцах после запорной арматуры по ходу продукта. Установка изолирующих фланцев на газопроводах непосредственно в земле категорически запрещается.
Для подземных газопроводов наиболее эффективна комплексная защита от коррозии, сочетающая пассивный и активный методы защиты.