Системы снабжения сжиженным углеводородным газом (СУГ)

 

1 Общие сведения

2. Газоснабжение от баллонных установок

3. Газоснабжение от резервуарных установок

4. Гидравлический расчет систем газоснабжения

5. Перспективные системы снабжения СУГ с повышенным содержанием бутана

Общие сведения

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) - высококачествен­ное топливо для бытовых, промышленных и сельскохозяйствен­ных предприятий. СУГ широко используют для снабжения газом населенных пунктов сельской местности, расположенных далеко от магистральных газопроводов, не имеющих плотной и много­этажной застройки. Доставляют их потребителям периодически, создавая запас на определенный период.

Выбор схемы снабжения СУГ предусматривает определение наиболее рациональных типов баллонных и наиболее рациональ­ные параметры резервуарных установок, а также концентрации потребителей при резервуарном газоснабжении. При баллонной схеме применяют индивидуальные внутриквартирные 27- и 50-литровые баллоны, при резервуарной — резервуары геометричес­ким объемом 2,5 и 5м. При организации резервуарного газо­снабжения в селах рекомендуется использовать одну установку для газоснабжения одного села.

Резервуарные установки с естественным испарением целесо­образно использовать для газификации жилых домов с числом квартир до 270, в том числе с проточными водонагревателями — не более 100. При снабжении газом большего числа квартир сле­дует предусмотреть искусственное испарение.

Для определения зон целесообразного применения баллонно­го и резервуарного газоснабжения в сельской местности пользу­ются данные, приведенные в СНиП 2.04.08—87.

В селах с рассредоточенной планировкой применяют в основ­ном баллонную схему газоснабжения. Резервуарную схему реко­мендуют лишь при больших расстояниях от газонаполнительных станций (ГНС) до потребителей (более 150км) и отсутствии ав­тодорог с усовершенствованным покрытием.

 

Газоснабжение от баллонных установок

 

Для газоснабжения потребителей с небольшим расходом газа нашли широкое применение индивидуальные газобаллонные ус­тановки (ГБУ), которые состоят не более чем из двух баллонов.

Индивидуальные ГБУ допускается предусматривать как снаружи, так и внутри здания. При снабжении сжиженным углево­дородным газом (СУГ) с повышенным содержанием бутана бал­лоны размещают, как правило, внутри зданий в помещениях, где находятся газовые приборы. Размещение баллонов внутри зда­ний, имеющих более двух этажей, не допускается.

При газификации двухэтажных зданий допускается установка баллонов внутри помещений при числе квартир: не более четы­рех в домах новой застройки; не более восьми в домах существу­ющей застройки.

В помещениях допускается устанавливать баллон вместимос­тью не более 50 л (рисунок 1, а) или два баллона (один запас­ной) не более 27 л каждый (рисунок 1, б).

1 — баллон; 2 — крепление бал­лона; 3 — регулятор давления; 4 — резинотканевый рукав; 5—газовая плита; 6— кровельная сталь по асбесту

 

 

Рисунок 1 - Установка баллонов в помещении кухни: а — одного вместимостью 50 л; б — двух вместимостью по 27 л

Баллон следует кре­пить к стене в местах установки быстросъемными приспособле­ниями. Место установки выбирают таким образом, чтобы на­грев поверхностей не превышал 45^оС, т. е. необходимо предохранять их от тепловых воздействий. Это требование со­блюдается, если расстояние от баллона до газовой плиты не ме­нее 0,5 м, до радиаторов отопления, печей -не менее 1,0 м, до топочных дверей печей и котлов - 2,0 м. Расстояние от балло­нов до радиаторов отопления и печей допускается уменьшать до 500 мм при установке экрана, предохраняющего баллон от на­гревания; при этом расстояние между экраном и баллоном долж­но быть не менее 100 мм.

Для домов, принадлежащих гражданам на правах личной соб­ственности, нашли широкое применение шкафные двухбаллон-ные установки.

При снабжении потребителей СУГ с повышенным содержа­нием бутана, а также в условиях сельской местности, при значи­тельной удаленности потребителей от ГНС, газонаполнительных пунктов (ГНП), бесперебойность снабжения газом обеспечивает­ся применением комбинированной схемы снабжения СУГ (рисунок 2), разработанной ОАО «Черниговгаз». Госнадзорохрантруда Украины разрешил эксплуатацию индивидуальных ГБУ с одновременным размещением трех баллонов (двух — в специаль­ном шкафу снаружи здания и одного — в кухне).

 

1 — баллон; 2— регулятор давления; 3 — резинотканевый рукав; 4 — фут­ляр; 5 — газопровод; б—вентиляци­онная решетка; 7— отключающее устройство; 8— газовая плита; 9— шкаф

 

Рисунок 2 - Комбинированная схема газоснабжения СУГ с од­новременной установкой трех баллонов

Для отдельных коммунально-бытовых потребителей, в неко­торых случаях для временного (до подачи природного газа или до окончания работ по строительству систем газоснабжения от ста­ционарных резервуарных установок) снабжения газом жилого фонда, а также для сезонно работающих объектов сельскохозяй­ственных производств, нашли применение ГБУ, в состав кото­рых входит более двух баллонов вместимостью по 50 л, размеща­емых снаружи здания, в запирающемся шкафу или в специ­альном отапливаемом помещении, имеющем вентиляцию и ос­вещение во взрывобезопасном исполнении. Температура воздуха в помещении не должна быть более 30°С. В каждом конкретном случае применение ГБУ должно быть обосновано. Максималь­ную суммарную вместимость баллонов в ГБУ принимают по СНиП 2.04.08-87.

 

 

Газоснабжение от резервуарных установок

 

 

В качестве установок, используемых для снабжения жилищ­но-коммунальных объектов СУГ, применяются подземные ре­зервуары вместимостью 2,5 и 5 м³ с естественным или искусст­венным испарением.

Число резервуаров в установке рассчитывают и принимают не менее двух. Для потребителей с расчетным расходом газа до 4,5 м³/ч допускается установка одного резервуара, при этом следует предус­матривать две параллельные линии регулирования давления газа.

При работе ГРУ с естественным испарением зимой в часы пик при форсированном отборе газа температура жидкой фазы может понизиться до —35 °С. В результате этого вокруг подзем­ного резервуара образуется большой слой промерзшего грунта, что препятствует поступлению теплоты к резервуару и резко сни­жает испарительную способность установки. В связи с этим об­ласть применения схем резервуарного снабжения газом с есте­ственным испарением очень ограничена.

Схемы резервуарного снабжения газом с искусственным ис­парением включают: резервуарные установки; испарительные ус­тройства; трубопроводы обвязки; распределительные газопрово­ды и запорно-регулирующую арматуру.

Резервуарные установки с искусственным испарением пре­дусматривают: если резервуарные установки при естественном испарении не обеспечивают расчетную потребность в газе; необ­ходима подача газа постоянного состава (постоянной теплоты сгорания, постоянной плотности); при поставке газов с повы­шенным содержанием бутана (более 30%) в местах, где темпера­тура грунта на глубине установки резервуаров ниже 0 °С.

Число квартир, которое целесообразно снабжать от одной ре-зервуарной установки при подаче паровой фазы СУГ, рекомен­дуется принимать по СНиП 2.04.08—87.

Испарительные установки подразделяют на емкостные с ис­парением СУГ непосредственно в расходных резервуарах с по­мощью специальных нагревателей (регазификаторов) и проточ­ные, обеспечивающие получение паровой фазы постоянного со­става в специальных теплообменных аппаратах (испарителях).

Групповые резервуарные установки следует располагать в центре газовых нагрузок в целях снижения затрат на строитель­ство газовых сетей.

Для газификации жилых и общественных зданий, коммуналь­но-бытовых предприятий на базе СУГ в условиях сельской мест­ности, где зачастую отсутствуют централизованные круглогодич­ные источники теплоты, рекомендуются:

- групповые установки подземных резервуаров вместимостью 2,5 и 5 м³ с электрическими погружными испарителями (рисунок 3);

- групповые резервуарные установки с огневыми проточными испарителями типа ИГПО (в отдельном шкафу), в котором в ка­честве теплоносителя используют продукты сгорания газа.

 

 

1 — подземный резервуар; 2 — элект­ронагреватель ТЭН-12; 3 — вентиль; 4 — взрывозащитная коробка; 5— ко­жух; 6— импульсная трубка к мано­метру ЭКМ-1У; 7— электрошкаф; 8— кабель к электронагревателю; 9— импульсная линия клапана-отсекате-ля ПКК40М; 10 — импульсная линия регулятора низкого давления РД-32М/Ж; 11 — редукционная головка резервуара; 12 — фланцевый запор­ный вентиль

 

Рисунок 3 - Установка электрообо­рудования и автоматики регазифи-катора РЭП-2,5А на подземном резервуаре

Значительный интерес в условиях сельской местности представляет проточный испаритель огневого типа (рисунок 4). В испарителях этого класса нагрев СУГ осуществляется горячими дымовыми газами, образующимися при сжигании незначительной их части в специальной го­релке (расход паровой фазы на испарение 1 т СУГ около 9м³), что придает испарите­лю качество автономности. Испарители типа ИГПО раз­работаны институтом Гипрониигаз (г. Саратов).

 

1 — горелка; 2 — запальник; 3 — обрат­ный клапан; 4 — кожух испарителя; 5— -калиброванное отверстие; 6— искрогасительные сетки; 7— сбросной патру­бок; 8— дымовая труба; 9— поплавко­вый клапан-отсекатель; 10— кнопка сброса газа; 11 — регулятор низкого дав­ления РДСП1.2; 12 — терморегулятор; 13 — предохранительный запорный кла­пан; 14— регулятор давления; 15 — тру­бопровод паровой фазы; 16— резервуар; 17— трубопровод жидкой фазы

 

Рисунок 4 - Резервуарная установка с испарителем ИГПО-15

Защиту подземных ре­зервуаров от коррозии предусматривают в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602—89.

На подземных газопроводах, транспортирующих паровую фазу низкого давления, отключающее устройство на вводе в зда­ние рекомендуют устанавливать только снаружи здания, а для предупреждения конденсато- и гидратообразования цокольный ввод утепляют.

Наружные газопроводы от групповых баллонных и резервуарных установок следует предусматривать из стальных труб, отве­чающих требованиям СНиП 2.04.08—87.

Подземные газопроводы низкого давления от резервуаров до потребителей необходимо прокладывать ниже глубины промер­зания грунта с установкой конденсатосборников.

Надземные газопроводы низкого давления от испарителей как проточного, так и емкостного типа прокладывают при обеспече­нии общей теплоизоляции с тепловым спутником в виде грею­щего кабеля или трубы с горячей водой.

Уклон газопроводов следует предусматривать не менее 5 % в сторону конденсатосборников для подземных газопроводов и в сторону газоснабжающей установки для надземных газопрово­дов. Вместимость конденсатосборников принимают не менее 4 л на 1 м³ расчетного часового расхода газа.

 

Гидравлический расчет систем газоснабжения

 

 

В трубопроводах жидкой фазы СУГ падение давления вычис­ляют по формуле

 

 

, (1)

 

 

где l — коэффициент гидравлического сопротивления;

l и d— длина и диаметр га­зопровода;

u — средняя скорость движения сжиженных газов, м/с;

r — плотность газа.

 

С учетом противокавитационного запаса средние скорости движения жидкой фазы принимают во всасывающих трубопро­водах — не более 1,2, в напорных — не более 3 м/с.

Коэффициент гидравлического сопротивления

 

, (2)

 

 

где n — шероховатость.

 

Гидравлический расчет газопроводов паровой фазы СУГ вы­полняют в соответствии с указаниями по расчету газопроводов природного газа соответствующего давления (СНиП 2.04.08—87).

При временном снабжении СУГ с последующим переводом потребителей на использование природного газа газопроводы следует проектировать с учетом такой возможности. При этом количество газа необходимо определять как эквивалентное (по теплоте сгорания) расчетному расходу СУГ.

 

Перспективные системы снабжения СУГ

с повышенным содержанием бутана

 

 

Широкое применение пропана в химической промышленнос­ти создало определенные затруднения в эксплуатации существу­ющих и потребовало разработки новых систем газоснабжения на основе использования СУГ с повышенным содержанием бутана, представляющего собой труднокипящую жидкую фазу (темпера­тура кипения бутана при давлении 101,3 кПа —минус 0,5°С, а пропана — минус 42,1°С). Кроме того, с повышением содержа­ния бутана в СУГ увеличивается опасность выпадения конденса­та из паровой смеси, что также может привести к перебоям в га­зоснабжении и авариям.

Гипрониигазом разработана система газоснабжения с подачей жидкой фазы СУГ среднего давления непосредственно потреби­телю (СПЖФ). В системе заложено принципиально новое реше­ние, касающееся попеременной подачи по трубопроводу паровой или жидкой фазы СУГ в зависимости от давления в расходном резервуаре, причем фазы переключаются автоматически.

Отбор СУГ и подача его потребителю в жидкой фазе позволя­ет избежать в холодное время года накапливания в резервуарах тяжелых неиспарившихся фракций и отказаться от трудоемких мер по борьбе с конденсатообразованием.

При проектировании систем СПЖФ необходимое число ре­зервуаров и редукционных головок определяется числом газифи­цируемых квартир.

Система СПЖФ работает следующим образом (рисунок 5):

- при избыточном давлении в резервуаре выше расчетного зна­чения (0,17 + 0,05) МПа клапан-переключатель фаз открывает проход паровой фазе, одновременно закрывая линию подачи жидкой фазы, и к потребителю поступает через регулятор паро­вая фаза СУГ среднего давления, которая редуцируется у газовой плиты до низкого давления;

- при уменьшении избыточного давления в резервуаре ниже расчетного значения клапан-переключатель фаз автоматически закрывает линию подачи паровой фазы, и к потребителю посту­пает жидкая фаза среднего давления, которая затем испаряется в испарителе, встроенном в газовую плиту, редуцируется до низко­го давления и поступает к горелкам газовой плиты.

 

 

1 — резервуар; 2 и 11 — вентили жидкой фазы и паровой; 3 — клапан-переключатель фаз; 4 — обратный клапан; 5— предохранительный клапан-отсекатель; 6— манометр; 7—предохрани­тельный сбросной клапан; 8 — свеча; 9 — трубопровод; 10— регулятор среднего давления; 12 — вентиль с обратным клапаном; 13 — скоростной клапан-отсекатель; 14— газовая плита; 15— запорный угловой вентиль; 16— регулятор низкого давления; 17— испаритель

Рисунок 5 - Система жидкофазного газоснабжения с попеременной подачей

фаз по одному трубопроводу

 

 

В системе СПЖФ предусмотрен узел безопасности для пре­дотвращения аварийных ситуаций при утечке СУГ в помещении и недопустимом повышении давления газа во внутридомовых га­зопроводах. Узел состоит из скоростного клапана-отсекателя КОС-04, мгновенно прекращающего подачу газа при утечке за клапаном, превышающей полуторакратныи номинальный расход газовой плиты, и вентиля со встроенным обратным клапаном ВОК-04, который предотвращает повышение давления газа в до­мовых сетях при прекращении отбора газа потребителями.

Система СПЖФ успешно прошла производственные испыта­ния в Балашовском районе Саратовской области и рекомендова­на к широкому внедрению в газовых хозяйствах страны.

Институтом повышения квалификации руководящих работ­ников и специалистов Госжилкомхоза Украины разработаны и внедрены геотермальные установки (ГТУ) для газоснабжения по­требителей сжиженным газом. В этих установках газ испаряется в регазификаторах скважинного типа за счет тепловой энергии поверхностных слоев земной коры глубиной до 50 м. Регазифи-каторы выполняются из стальных труб (обсадных колонн диа­метром до 600 мм по ГОСТ 8731—87), тампонируют бетоном на основе водостойкого расширяющегося цемента и оборудуют ти­повыми редукционными головками. Заправляют ГТУ сжижен­ным газом от обычных автомобильных цистерн АЦЖГ.

Геотермальные установки можно использовать для газоснаб­жения как отдельных потребителей (жилых домов, отопительных котельных), так и ряда потребителей, включая группы домов и населенные пункты сельской местности.