Тема 8. Газопостачання населених пунктів, промпідприємств, будівель та споруд

 

8.1. Класифікація горючих газів

Для газопостачання міст та інших населених пунктів використовуються природні і штучні горючі гази. До природних належать: гази, добуті з чисто газових родовищ; попутні гази, виділені з видобутої нафти; гази, отримані з газоконденсатних родовищ; зріджені вуглеводні гази, вилучені з попутних газів та із газоконденсатних родовищ.

Гази чисто газових родовищ складаються переважно з метану і належать до пісних газів, які містять тяжких вуглеводів, крім етану, менше 50 г/м3. Тяжкі вуглеводні у горючих газах – етан, пропан, бутан, пентан і гексан. Попутні гази – суміш сухого газу з важкими вуглеводнями; вони відносяться до категорії жирних газів. Вміст важких вуглеводнів в них – понад 150 г/м3.

Гази газоконденсатних родовищ – це суміш сухого газу з парами конденсату важких вуглеводнів. При зниженні тиску до певних величин важкі вуглеводні випадають з газу у вигляді рідини. Зріджені вуглеводні гази – це суміш важких вуглеводнів, переважно пропану і бутану. При порівняно невеликому надлишковому тиску чи пониженій температурі вони знаходяться у рідкому стані, при нормальних умовах – у пароподібному вигляді. До штучних відносяться гази, вироблені на газових заводах у процесі термічної переробки твердого і рідкого палива, а також виділені як вторинні продукти при доменному процесі, отриманні коксу, переробці нафти тощо.

За методом виробництва штучні горючі гази діляться на дві групи: гази середньотемпературної (до 600 0С) та високотемпературної (до 1000 0С) сухої перегонки твердого чи рідкого палива без доступу повітря (коксовий, сланцевий гази, газ піролізу нафти тощо); гази беззалишкової газифікації, отримувані шляхом часткового спалювання твердого палива у потоці повітря, кисню чи їх сумішей з водяною парою (гази підземної газифікації, генераторний, водяний, доменний).

Властивості газового палива визначаються властивостями його горючих і негорючих компонентів, а також домішок, викладених у довідковій літературі. Горюча частина газового палива складається із вуглеводнів, водню, і оксиду вуглецю. В негорючу частину входять вуглекислий газ, азот і кисень. До домішок відносяться сірководень, аміак, ціанисті сполуки, водяні пари, нафталін, смоли, пил та ін. Негорючі компоненти у домішку є баластом, який погіршує експлуатаційні властивості газу, тому вміст їх у газі доводиться до лімітованого мінімуму за відповідним ДСТУ.

 

8.2. Зовнішні мережі газопостачання

Магістральний трубопровід (як правило, підземний), по якому природний газ транспортується від родовища, газобензинового заводу до міста є комплексом споруд: власне газопровід з відгалуженнями, компресорні станції (КС) для перекачування газу і газорозподільні станції (ГРС). Компресорні станції, що знаходяться на відстані 120 – 150 км, забезпечують подачу газу з тиском рнадл до 5 МПа до ГРС, які є головною спорудою при вводі газу у населений пункт. На ГРС газ проходить через фільтри, регулятори тиску, одоризується (одоризація – підмішування до газу речовин, що сильно пахнуть: етилмеркаптану, пропилмеркаптану). Тиск газу, що поступає з ГРС у газорозподільні мережі, зазвичай не перевищує 1,2 МПа.

По газорозподільних мережах, прокладених на території міста чи іншого населеного пункту, газ подається до споживачів.

За максимальним робочим тиском, газорозподільні мережі поділяються на газопроводи: високого тиску (І категорії – 0,6-1,2 МПа для природного газу та газоповітряних сумішей і до 1,6 МПа для СВГ; ІІ категорії - 0,3-0,6 МПа).

До газопроводів низького тиску під’єднуються житлові і громадські будівлі і дрібні комунально-побутові підприємства.

Газопроводи середнього і високого тиску рнадл до 0,6 МПа служать для живлення газорозподільних мереж низького тиску через газорегуляторні пункти (ГРП), а також великих споживачів газу (промислових підприємств, хлібозаводів тощо).

Тиск газу перед побутовими газовими приладами не повинен перевищувати 0,003 МПа. На промпідприємствах дозволяється застосування газу низького, середнього і високого тиску до 0,6 МПа (6 кгс/см2), а для технологічних потреб – до 1,2 МПа (12 кгс/см2).

За схемою живлення споживачів газорозподільні мережі поділяються на одноступеневі, двоступеневі, триступеневі, багатоступеневі. Застосування конкретної схеми визначається величиною населеного пункту, плануванням його забудови, розташуванням житлової (селітебної) і промислової зон, і витратою газу окремими споживачами. У невеликих населених пунктах з малою витратою газу виконується одноступенева система низького тиску. У середніх містах застосовується, переважно, двоступеневі системи, а у великих – триступеневі (або багатоступеневі), оскільки при великих витратах газу промисловими і комунально-побутовими підприємствами з подаванням його на великі відстані робота на низькому тиску потребує збільшення діаметру газопроводів і ускладнює підтримання потрібного тиску у віддалених від ГРП споживачів.

Від міських розподільних мереж газ подається до споживача по відводу (відгалуженні), тобто по тій частині газопроводу, яка йде від розподільної її частини до засувки, встановлюваної на вводі у підприємство чи прибудинкову територію. Ділянка газопроводу від вимикаючої засувки до вводу в будівлю називається дворовим (внутріквартальним) газопроводом. Всередині будівлі газопровід від його вводу до газоспоживаючого приладу називається внутрішнім (внутрідомовим або внутріцеховим).

Газорегулювальні пункти (ГРП) і установки (ГРУ) служать для зниження тиску газу і підтримання його на потрібному заданому рівні. ГРП зазвичай споруджують для живлення розподільних мереж, а ГРУ – для живлення окремих споживачів. ГРП розташовують в окремих будівлях чи шафах ззовні будівлі, ГРУ – у приміщеннях підприємства, де розташовані агрегати, що використовують газ. Відстані між окремо розташованими ГРП, іншими будівлями і спорудами нормуються ДБН та СНиП. ГРП і ГРУ не влаштовуються у підвальних та напівпідвальних приміщеннях, а також у житлових і громадських будівлях, навчальних, дитячих і лікувальних закладах. Приміщення для ГРП повинно відповідати нормативним вимогам з пожежної безпеки, опалюватись (не нижче +150С) і мати самостійний вихід (якщо це прибудова до будівлі).

Газопроводи, особливо середнього і високого тиску, є найнебезпечними з усіх видів міських підземних споруд, оскільки газ при пошкодженні трубопроводу може просочитись через ґрунт, проникнути у підвали будівель, колодязі та канали (колектори) та накопичитись там, створюючи загрозу вибуху газоповітряної суміші.

Прокладання зовнішніх газопроводів незалежно від призначення і тиску газу проектується, як правило, підземним. При виборі траси газопровід прокладається якнайдалі від будівель, споруд та інших комунікацій, особливо працюючих неповним перерізом (каналізація) і прокладених в каналах (теплова мережа), а також від водопровідних і телефонних колодязів та трамвайних шляхів. Надземне прокладання газопроводів допускається на території промислових і комунально-побутових підприємств, а також всередині житлових кварталів і дворів. Відстані від підземних газопроводів до споруд, будівель і комунікацій нормуються [54, 58 та ін.].

Газопроводи виконують зі сталевих труб, з’єднуючи їх зварюванням. У місцях приєднання газових приладів, арматури і іншого обладнання застосовують фланцеві і різьбові з’єднання. Глибина закладання газопроводів – нижче середньої глибини промерзання ґрунту (при вологому газі) чи не менше 0,8 м від поверхні ґрунту (при осушеному газі). Похил трубопроводів – не менше 0,002, для забезпечення відведення конденсату з газу у конденсатозбірники і попередження утворення водяних пробок. Для виключення окремих ділянок газопроводу або відключення споживачів встановлюється запірна арматура (у колодязі). Для запобігання розривів зварних стиків чи засувок, через зміну температурних умов, у колодязях встановлюються лінзові компенсатори (після засувки за рухом газу).

 

8.3. Внутрішні мережі газопостачання

Джерелом газопостачання будівлі є вуличні газопроводи або газобалонні установки зрідженого газу. Житлові будинки найчастіше приєднуються до газопроводів низького тиску, а при їх відсутності або недостатній потужності можливе підключення до газопроводів середнього і високого тиску з обов’язковим встановленням ГРП. Багато населених пунктів газифікують зрідженим газом. У невеликих будівлях використовуються балонні установки, а у багатоповерхових – підземні резервуари (за 8 – 45 м від будівель з можливістю під’їзду автоцистерн).

Система газопостачання будівлі складається з відгалужень дворових (внутріквартальних) мереж, вводів, внутрішніх газопроводів, газових приладів і арматури. На промислових мережах передбачаються також продувні трубопроводи (для видалення газу із системи при ремонтах). Вводи у житлових будівлях проходять через нежитлові приміщення, доступні для огляду (сходові клітки, кухні, коридори). У громадські, комунально-побутові, промислові будівлі, підприємства громадського харчування вводи передбачають на сходових клітках, приміщеннях з газовими приладами чи суміжних приміщеннях, які мають не менше як 3-кратний годинний повітрообмін і з’єднані з основним дверним прорізом. Через вибухонебезпечність не допускається прокладання вводів у підвали, машинні відділення, ліфтові приміщення, вентиляційні камери і шахти, сміттєзбірники, електророзподільні пристрої, склади. При прокладанні газових мереж у внутріквартальних колекторах можливе влаштування вводів у технічних підвалах і коридорах. При просушеному газі ввід прокладають ззовні будівлі, він проходить через стіну вище фундаменту. При вологому чи зрідженому газі, де можливе утворення конденсату чи льодяних пробок, діаметр вводу збільшується на один-два розміри (відносно розрахункового), теплоізолюється або прокладається всередині будівлі. У доступному освітленому місці монтують кран або засувку для відключення внутрібудинкової мережі. При вводі в кухню житлового будинку кран встановлюють ззовні будівлі в ніші.

Ввід газопроводу прокладається з ухилом 0,002 у бік дворової мережі, а його діаметр, через можливість забруднень вводу осадами і відкладеннями, приймається не менше 50 мм.

Внутрішні газопроводи складаються із розвідних трубопроводів, стояків, поверхових розведень та мають запірну, регулювальну і запобіжну арматуру. Газопроводи кріплять за допомогою скоб, хомутів, підвісок аналогічно водопровідним трубам.

Газові стояки розміщуються у місцях зосередження газових приладів. У житлових будівлях вони прокладаються у приміщеннях кухонь, коридорах, на сходових клітках. У житлових, ванних кімнатах, санвузлах прокладання стояків не допускається.

Конденсатозбірники збирають рідину (конденсат), що виділяється з вологого газу при його охолодженні. В основному це вода, а також важкі вуглеводні (бутан, пропан і т.д.). Конденсатозбірники з’єднують з трубою зварюванням. Їх встановлюють у понижених ділянках газопроводу (куди стікає конденсат) нижче глибини промерзання. Регулятори тиску газу використовують для зниження тиску газу, підтримання його на заданому рівні. Вони є з’єднувальною ланкою між мережами високого, середнього, низького тиску або газобалонною установкою і газовим приладом.

Газові прилади широко застосовуються на різні побутові і виробничі потреби: у житлових будинках – плитки, водонагрівачі (для опалення і гарячого водопостачання), котли, каміни, інфрачервоні випромінювачі; на підприємствах громадського харчування – кип’ятильники, котли для варіння їжі, ресторанні плити, холодильники; у пральнях – сушильні і прасувальні машини; на промпідприємствах – у котлах та ін. тепловому обладнанні. Газові прилади характеризуються теплонавантаженням, ККД, витратою і тиском газу, при яких вони роблять. Характеристики приладів: номінальні – при режимах найкращої роботи приладу (максимальні ККД і повнота спалювання і т. д.); граничні – максимально можливі відхилення значень параметрів, при яких у деталях приладу не виникає небезпечних теплонапружень і можлива нормальна експлуатація приладу.

Витрата газу, потрібна для роботи приладу, вимірюється в умовах, приведених до нормальних, тобто при 0 0С і 0,1 МПа (1 кгс/см2).

 Використовують об’ємні газові лічильники або витратоміри із звужувальними пристроями і дифманометрами, у промбудівлях - ротаційні лічильники. Тиск газу, при якому працює прилад, р, вимірюється біля місця підключення приладу до газопроводу..

 

8.4. Проєктування внутрішніх мереж газопостачання

Основним нормативом, що використовується при проєктуванні мереж газопостачання є ДБН В.2.5-20:2018 Газопостачання [54]. Цей норматив також містить вимоги до умов розташування газового обладнання, вентиляції приміщень.

Розрахунок системи газопостачання складається із визначення розрахункових витрат на кожній ділянці розрахункового шляху руху газу (від точки приєднання до джерела газопостачання до найвіддаленішого і високо розташованого газового приладу) і визначення діаметрів трубопроводу за допустимими втратами тиску в мережі.

При розрахунку систем газопостачання нерівномірність споживання газу враховується коефіцієнтом нерівномірності, тобто відношенням максимальної витрати до середньої за певний відрізок часу (місяць, добу, годину).

Розрахункова витрата газу, приймається за укрупненими показниками споживання газу (за таблицями у [54, розділ 6]), м3/рік на одну людину, при теплоті згоряння газу 34 МДж/м3. Якщо теплота згоряння газу відрізняється від наведеної, то укрупнений показник домножується на коефіцієнт:

 ,                                     (8.4.1)

де QH  - теплота згоряння застосовуваного газу, МДж/м3.

Максимальна розрахункова годинна витрата газу на господарсько-побутові та виробничі потреби визначається як частка річної витрати газу:

 ,                                     (8.4.1)

де  - коефіцієнт годинного максимуму (за таблицями у [54, розділ 6]);

      - річна витрата газу, м3/рік.

Гідравлічний розрахунок газопроводів виконують за таблицями чи номограмами. Для гідравлічного розрахунку складають розрахункову схему, на якій вказують довжину розрахункових ділянок, фасонні частини, арматуру і встановлене обладнання. Розрахунок починається з газопроводу для найбільш віддалених газових приладів.

Розрахунок втрат тиску у системі виконується з урахуванням впливу на значення питомих втрат тиску по довжині таких показників як вид газу (від нього залежить теплота згоряння і, відповідно, витрата газу), густина та кінематична в’язкість газу. Втрати тиску у місцевих опорах враховуються, як правило, як відсоток від втрат по довжині: на газопроводах від вводу у будівлю до стояка – 25 %, на стояках – 20 %, в квартирному розведенні: при довжині 1 – 2 м – 450 %; 3 – 4 м – 200 %; 5 – 7 м – 120 %; 8 – 12 м – 50 %.

При розрахунку багатоповерхових будівель потрібно враховувати додатковий природний тиск, Па, створюваний газом, густина якого менша від густини повітря.

При виконанні гідравлічного розрахунку газопроводів за нормативною методикою [51], враховуючи комп'ютерні методики та програми, діаметр газопроводу визначається за формулою:

,                (8.4.2)

 

де d – діаметр газопроводу, см;

     Q – витрата газу, м3/год, при температурі 0 0С та тиску 0,10132 МПа;

     t – температура газу, 0С;

    pm – середній тиск газу (абсолютний) на розрахунковій ділянці газопроводу, МПа;

    v – швидкість руху газу, м/с.

Діаметри трубопроводів розведень, які підводять газ до приладів, приймаються рівними діаметру підведень. Діаметри решти трубопроводів підбираються так, щоб сума втрат тиску на всіх ділянках розрахункового шляху з врахуванням втрат на місцеві опори і додатковий природний тиск не перевищувала допустиму суму. В іншому випадку потрібно здійснити перерахунок із збільшенням діаметрів трубопроводів.