Транспорт газа

Наибольшее затруднение в снабжении газом энергетических установок заключается в том, что газообразное топливо не может быть складировано на станции, как это возможно для твердого и жидкого топлива. Ведь надежность топливоснабжения станции полностью зависит от расходных характеристик питающего станцию газопровода.

Расходные характеристики газопровода имеют сезонные, месячные, недельные и часовые неравномерности потребления. Как и в энергосистемах, где имеются ярко выраженные «провалы» и «пики» электропотребления, колебания наблюдаются и в газоснабжающей системе. Причем «пики» и «провалы» в графике электро- и газоснабжающих систем совпадают во времени, что отрицательно сказывается на топливоснабжении, т. е. в то время, когда резко возрастает потребность в электроэнергии и необходимо пустить дополнительные пиковые, например газотурбинные энергоустановки (ГТУ), в газовой магистрали отсутствуют требуемые расходы газа. При отсутствии газа в магистрали можно использовать дублирующие виды топлива — твердое или жидкое. Но для использования твердого топлива на тепловой станции требуются иная конструкция котлоагрегата, специальные системы топливоподготовки и т. д.

Газ нельзя долго накапливать, поэтому развитие сети газопроводов имеет очень большое значение. В России в настоящее время существует Единая газоснабжающая система страны (ЕГСС). Система объединяет более 100 крупных месторождений природного газа, свыше 1500 газифицированных городов и крупных населенных пунктов, ряд крупных подземных хранилищ газа. Bce эти элементы ЕГСС соединены между собой более чем 100 магистральными газопроводами протяженностью более 120 тыс. километров. В газифицированных городах и населенных пунктах проложена огромная по протяженности распределительная газовая сеть.

Территория РФ пока охвачена ЕГСС далеко не равномерно - природный газ широко введен в энергетический баланс европейских районов страны, но практически отсутствует в Сибири и на Дальнем Востоке.

Основные районы страны, охваченные ЕГСС:

· Центральная система (Ставрополь - Москва, Краснодар – Серпухов - Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону - Донецк, Ростов-на-Дону - Луганск);

· Западная система (Коми - Белоруссия и страны Балтии);

· Поволжская система (Саратов - Москва, Саратов - Ярославль - Череповец, Оренбург - Самара, Минибаево - Казань - Нижний Новгород);

· Кавказская система (Ставрополь - Грозный, Майкоп - Невинномысск, Владикавказ - Тбилиси);

· Уральская система (Газли - Челябинск - Екатеринбург);

· система Средняя Азия - Центр (много веток);

· система Западная Сибирь - Центр (много веток, в том числе экспортных - с Уренгоя и Ямала; "Сияние Севера").

Кроме того, действует несколько локальных веток: Мессояха - Норильск, Усть-Вилюйское - Якутск и др.

В РФ наряду с природным газом используются и некоторые другие источники газового топлива - попутный газ нефтедобычи, газ, получаемый как продукт нефтепереработки, коксовый и газы, являющиеся побочными продуктами производства кокса и пр. Однако в общем балансе газа страны преобладающее значение имеет природный газ. Расход топлива по стране и ее районам неравномерен в течение года и увеличивается в энергетике в зимний период. Это обусловлено рядом причин: значительным расходом топлива на отопление и вентиляцию, повышенным расходом топлива на технологические нужды за счет увеличения потерь теплоты в окружающую среду, повышенным расходом электроэнергии на освещение, пониженным производством электроэнергии ГЭС и т.д. Так, в Москве и Петербурге расход топлива за январь превышает средний расход летнего месяца в 3-5 раз.

Природный газ широко используется в котельных, жилищно-коммунальном хозяйстве и на городских ТЭЦ, т. е. у потребителей, которые осуществляют большой расход газа на отопление и вентиляцию. Поэтому характерной особенностью ЕГСС является неравномерный расход газа у основных категорий потребителей по сезонам года, месяцам и суткам отопительного периода. В то же время экономичность передачи газа на большие расстояния сильно зависит от годовой загрузки газопровода и резко снижается при ее уменьшении. Так. при уменьшении годовой загрузки до 50% себестоимость передачи газа увеличивается в 1,8 раза. Поэтому естественно стремление увеличить годовую загрузку дальних транзитных газопроводов путем создания своеобразных потребителей-регуляторов и специальных газохранилищ. К потребителям - регуляторам, как правило, относят крупные ТЭС. На рисунке 3.8 представлен годовой график структуры режима газоснабжения от мощного магистрального газопровода. Снизить потребление газа в зимнее время можно путем замены газа на мазут на ТЭЦ и крупных котельных.

1 - отбор газа из газохранилища; 2 - закачка газа в газохранилище

Рисунок 3.8 – Годовой график газоснабжения магистрального газопровода

При данной структуре ЕГСС оптимальное обеспечение графика нагрузки газопотребления означает осуществление его с наименьшей себестоимостью производства и распределения газа до потребителей. С одной стороны, выбор структуры основных связей ЕГСС, пропускной способности межрайонных и основных внутрирайонных газопроводов существенно зависит от предстоящего их использования. С другой стороны, стоимость получения газа неодинакова на разных промыслах. Поэтому может оказаться экономичнее использовать, например, дальние трубопроводы, получающие газ от относительно дешевых промыслов, в максимальной степени, т.е. в базисной части графика нагрузки; менее же протяженные газопроводы, передающие газ от более дорогих или уже сильно истощенных промыслов, использовать с меньшей загрузкой для покрытия переменной части графика нагрузки. Все эти вопросы должны решаться в процессе выбора структуры ЕГСС, так как предполагаемый режим использования газопровода определяет принимаемые для него проектные решения - выбор диаметра газопровода, экономичной степени сжатия, толщины его стенки и т.д. Стоимость единицы длины газопровода:

(3.3)

где а – числовой коэффициент, зависящий от размерности принятых величин;

С_М – стоимость 1 т металла в трубах;

D – диаметр трубы; δ_Т – толщина стенки трубы.

(3.4)

где р – давление газа; σ_Z - допустимое напряжение на разрыв трубы.

Подставив (3.4) в (3.3), получим:

(3.5)

т.е. при прочих равных условиях стоимость трубопровода возрастает пропорционально давлению и квадрату его диаметра.

Пропускная способность газопровода (количество передаваемого по нему газа в единицу времени) определяется по выражению (3.6):

(3.6)

где a’ - числовой коэффициент, зависящий от размерности величин, входящих в это выражение;

р₂ и р₁- абсолютное давление в начале и конце газопровода; Т - абсолютная температура газа;

L - длина газопровода; γ - плотность или удельный вес газа, кг/м³ или Н/м³.