ТЕМА 11. ГАЗОПОСТАЧАННЯ БУДИНКІВ
План:
- Склад та властивості горючих газів.
- Газові прилади та пальники.
- Системи газопостачання населених пунктів. Дворові мережі.
Мета: Визначити склад та властивості горючих газів, газових приладів та пальників їх види. Поглиблення знань з систем газопостачання населених пунктів, дворових мереж.
Вступ
У забезпеченні країни необхідною кількістю високоякісного палива провідна роль, як і колись буде належати газової промисловості.
Сучасні системи газопостачання являють собою складний комплекс, що складається з газорозподільних станцій (ГРС), газових мереж високого, середнього та низького тиску, газорегуляторних пунктів і установок (ГРП і ГРУ), і призначені для забезпечення газоподібним паливом населення, комунально-побутових, промислових і сільськогосподарських споживачів.
Система газопостачання повинна забезпечувати безперебійну і безпечну подачу газу споживачам, відрізнятися простотою і зручністю в експлуатації і передбачати можливість відключення окремих її елементів для виробництва профілактичних, ремонтних та аварійно-відновлювальних робіт.
Масштаби і темпи розвитку газової промисловості та газопостачальних систем визначає видобуток газу, який стає основним споживаним паливом в країні. Природний газ є найбільш якісним паливом.
Основним завданням при використанні природного газу є його раціональне споживання, тобто зниження питомої витрати шляхом впровадження економічних технологічних процесів, при яких найбільш повно реалізуються позитивні властивості газу. Застосування газового палива дозволяє уникнути втрат тепла, що визначаються механічним і хімічним недожогом. Зменшення втрат теплоти з йдуть продуктами горіння досягається спалюванням газу при малих коефіцієнтах витрати повітря. При роботі агрегатів на газовому паливі можливо також поетапне використання продуктів горіння. Основними завданнями в галузі розвитку систем газопостачання є:
− застосування для мереж і обладнання нових полімерних матеріалів, нових конструкцій труб та з'єднувальних елементів, а також нових технологій;
− запровадження ефективного газовикористовуючого обладнання;
− розширення використання газу в якості моторного палива на транспорті;
− впровадження енергозберігаючих технологій;
− забезпечення на основі природного газу виробництва тепла та електроенергії для децентралізованого тепло-та енергозбереження невеликих міст і сільських населених пунктів.
- Склад та властивості горючих газів.
Властивості газу як палива визначаються складовими частинами цього газу, а саме кількістю горючих газів та баластових домішок. Горюча частина газу складається переважно із вуглеводів (метан, етан, пропан, бутан, пентан), водню та оксиду вуглецю. Вміст метану в природних газах складає 93 ... 98% і тому його властивості практично повністю визначають властивості природного газу. До баластової частини газу відносять сірководень, аміак, водяні пари, нафталін, пил, азот, кисень та інші. Значна кількість баластних домішок в горючих газах знижує теплотворну здатність газу та збільшує його питому вагу, що вимагає додаткових капітальних та експлуатаційних витрат (необхідність очищення газу, завищення діаметрів трубопроводів, збільшення втрат напору). Крім того, до складу газу входять токсичні речовини (сірководень, оксид вуглецю та інші), що вимагає певних заходів безпеки, а саме: не допускати витоків газу, забезпечити повноту його спалювання та відвід продуктів горіння, запобігати утворенню вибухонебезпечних концентрацій.
Основні компоненти горючої частини природного газу:
Метан СН4 – нетоксичний газ без кольору, запаху та смаку. Маса 1нм3 метану рівна 0,717 кг. При зниженні температури переходить в рідкий стан (зріджений газ) і його об’єм зменшується майже в 600 разів, що дуже зручно при вирішенні питань зберігання та транспортування. Питома теплота згоряння метану складає 35880 ... 39820 кДж/м3, при спалюванні 1 нм3 метану утворюється 10,52 м3 продуктів згоряння.
Оксид вуглецю СО, також немає кольору, запаху та смаку, але на відміну від метану токсично впливає на людей, так як легко вступає в реакцію з гемоглобіном крові. При вмісті в повітрі 0,04% СО приблизно 30% гемоглобіну крові вступає в хімічне з’єднання з оксидом вуглецю, при 0,1% - 50%, при 0,4% більше 80%. Оксид вуглецю відноситься до високотоксичних газів і тому знаходитись в приміщенні, де в повітрі є 0,2% СО, протягом однієї години шкідливо для організму, а при концентраціях СО в повітрі 0,5% знаходитись в приміщенні навіть протягом 5-ти хвилин небезпечно для життя. Гранично допустима концентрація СО в повітрі приміщення при використанні газу для комунально-побутових потреб складає 0,2 г на 100 м3.
Водень Н2 – нетоксичний газ без кольору, запаху та смаку. Маса 1 нм3 водню рівна 0,09 кг. При спалюванні 1 нм3 утворюється 2,88 м3 продуктів згоряння.
До баластової частини природного газу відносять:
Азот N2 - газ густиною 1,25 г/м3, без кольору, запаху та смаку, який практично не реагує з киснем і не враховується при розрахунках процесу горіння. Вміст азоту в природних газах може коливатися в широких межах.
Вуглекислий газ СО2 –токсичний газ густиною 1,98 г/м3, без кольору, з кислуватим смаком та запахом. При концентраціях СО2 в повітрі 4..5% виникає сильне подразнення органів дихання, а при 10%-ній концентрації має місце важке отруєння. Вуглекислий газ важче повітря в 1,53 рази.
Кисень О2 - газ густиною 1,43 г/м3, без кольору, запаху та смаку. Присутність кисню в газі знижує питому теплоту згоряння і робить його вибуховонебезпечним. Тому вміст кисню в газі не повинен бути більшим 1% від об’єму
До шкідливих домішок відносять наступні гази:
Сірководень Н2S – токсичний газ без кольору з сильним запахом, який нагадує запах тухлих яєць. Сірководень діє на метали з утворенням сульфідів, що приводить до інтенсивної корозії газопроводів та обладнання, особливо при присутності в газі Н2О та О2. При згорянні сірководень утворює сірчаний газ, який дуже шкідливий для здоров’я і агресивний до металу. Маса сірководню рівна 1,54 кг/м3, допустима концентрація в газі – 2 г Н2S на 100 м3 газу.
Ціанистоводнева (синильна) кислота НСN – рідина без кольору з температурою кипіння 26оС. Внаслідок такої низької температури кипіння знаходиться в горючих газах в газоподібному стані. Синильна кислота сильно отруйна, викликає швидку корозію заліза, міді, олова, цинку та їх сплавів. Максимальна гранична концентрація (в перерахунку на НСN) – 5 г на кожні 100 м3 газу.
Оскільки природні гази практично не мають кольору, запаху та смаку, то для того, щоб своєчасно виявити витоки, всі горючі гази, які направляються в міські газопроводи, підлягають одоризації, тобто їм надають різкого, відмінного від всіх побутових, специфічного запаху. За цим запахом горючі гази легко виявити навіть при незначних концентраціях в повітрі приміщень. Одоризація газів здійснюється спеціальними одорантами, які мають сильний запах. Найчастіше для цього застосовують етилмеркаптан, при якому запах газу відчувається навіть тоді , коли концентрація газу в приміщенні набагато менша за нижню межу вибуховості. Продукти згоряння одорантів запаху не мають. Для одоризації 1000 м3 природного газу потрібно біля 16 г (19 мл) одоранту.
До основних фізико-хімічних властивостей горючих газів, що мають практичне застосування при розрахунку, проектуванні та конструюванні обладнання та систем газопостачання, відносять: тиск, питому вагу, в’язкість, теплотворну здатність, температуру горіння та запалювання, швидкість поширення полум’я.
Залежно від максимального робочого тиску газорозподільні мережі за ДБН В.2.5-20-2001 “Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Газопостачання” поділяють на газопроводи:
- високого тиску 1 категорії..................................... від 0,6 до 1,2 МПа;
- теж саме, для зріджених вуглеводневих газів..... від 0,6 до 1,6 МПа;
- високого тиску 2 категорії ..................................... від 0,3 до 0,6 МПа;
- середнього тиску ..................................................від 0,005 до 0,3МПа;
- низького тиску....................................................до 0,005 МПа включно.
Питома вага суміші горючих газів залежить від їх складу і коливається в межах 0,65...1,2 кг/м3. Переважно питома вага природного газу складає 0,73...0,87кг/м3. В’язкість – властивість газу чинити опір взаємному переміщенню його частинок під дією прикладених сил. В технічних розрахунках користуються кінематичним коефіцієнтом в’язкості.
Температура горіння – це температура, яку отримують вироби при спалюванні газоподібного палива. Температура горіння залежить від складу суміші газів, способу спалювання, надлишку повітря і знаходиться в межах 1100 ... 26000С.
Температура запалювання для суміші горючих газів величина непостійна і залежить від процентного вмісту газоповітряної суміші, повноти перемішування газу з повітрям, конструкції пальників, розмірів топкового об’єму та інших.
Швидкість поширення полум’я має важливе значення при конструюванні газових пальників, так як суттєво впливає на повноту згоряння газу, проскакування полум’я, зниження ККД, шумне згасання та інше.
- Газові прилади та пальники.
Можливість встановлення газового обладнання та прокладання газопроводів в будинках різного призначення слід визначати за будівельними нормами і правилами на проектування цих будинків та вимогами ДБН В.2.5-20-2001 “Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Газопостачання”. В житлових будинках передбачають встановлення газових побутових плит, газового обладнання для гарячого водопостачання і поквартирного опалення. Максимальна поверховість житлових будинків при встановленні газових плит та газового обладнання для опалення і гарячого водопостачання з відводом продуктів спалювання в димовий канал становить:
- побутові газові плити - 10 поверхів;
- водонагрівачі для гарячого водопостачання і опалювальні установки – 5 поверхів.
При відведенні продуктів спалювання через зовнішню стіну будинку (вертикальні ділянки димоходів відсутні) дозволяється (за схемою, передбаченою заводом-виготовлювачем) встановлювати для опалення приміщень в житлових будинках до 10 поверхів включно газові каміни, калорифери тощо, які мають герметичну камеру згоряння (топку). Розміщувати газове устаткування необхідно відповідно до його паспортних характеристик.
Найбільше поширення в житлових будинках для приготування їжі отримали газові плити (рис. 1). Випускається широка гама побутових газових плит, які згідно з вимогами ДСТУ 2204-93 класифікують за:
1) числом пальників столу - розрізняють дво- (ПГ-2), три- (ПГ-3) і чотирипальникові (ПГ-4) плити;
2) способом встановлення - є плити, які встановлюють на підлозі, і ті, що встановлюють на столі;
3) виконанням - звичайної та підвищеної комфортності;
4) компонуванням з кухонними меблями - окремо розміщені та вбудовані в меблі.
З метою економії палива плити оснащуються різними пальниками - пониженої, звичайної і підвищеної потужності. Повнота спалювання газу забезпечується відповідністю діаметра вихідного отвору сопла пальника теплоті згоряння газу і дотриманням оптимальної відстані від вогневих отворів пальника до поверхні дна посуду, який встановлено над пальником (у вітчизняних плитах ця відстань становить 21-23 мм, в імпортних - 24-30 мм).
Рис. 1 – Газова плита ПГ-4/1:
1 – корпус; 2 – робочій стіл; 3 – підставка для посуду; 4 – пальники столу; 5 – рампа управління; 6 – пальники духової шафи; 7,8 – крани пальників; 9 – дверцята духової шафи; 10 – піддон; 11 – корпус.
Рис. 2 – Газовий пальник низького тиску для плит:
1 – камера змішування; 2 – розсіювач полум’я; 3 – інжектор; 4 – регулятор підсмоктування повітря; 5 – форсунка; 6 – сопло; 7 – первинне повітря для змішування з газом; 8 – вторинне повітря для забезпечення повноти згоряння газу.
На газових плитах використовуються переважно багато факельні інжекційні пальники низького тиску (рис. 2) для приготування їжі ідифузійні пальники для нагрівання духової шафи. Найбільш прості за конструкцією дифузійні пальники, які виготовляються із трубки з висвердленими отворами. Такі пальники називають пальниками зовнішнього змішування. Загальні вимоги до пальників всіх типів: забезпечення повноти згоряння газу; стійкість в роботі при зміні теплової потужності; надійність в експлуатації; компактність та зручність в обслуговуванні. Для гарячого водопостачання слід передбачати проточні або ємнісні газові водонагрівачі, а для опалення та гарячого водопостачання - ємнісні газові водонагрівачі, малометражні опалювальні котли та інше опалювальне обладнання (конвектори, калорифери, каміни, термоблоки), призначені для роботи на газовому паливі. В одному приміщенні житлових будинків не допускається передбачати установку більше двох ємнісних водонагрівачів або двох малометражних опалювальних котлів або двох інших типів газового обладнання.
- Системи газопостачання населених пунктів. Дворові мережі.
Система газопостачання населених пунктів – це комплекс трубопроводів та інженерних споруд, які призначені для безперебійної подачі газу споживачам. По магістральних трубопроводах природний газ транспортується від родовищ до населених пунктів або промислових об’єктів. На магістралях на віддалі приблизно в 150 км влаштовують компресорні станції, які підтримують тиск до 5...7,5 МПа. Перед містом магістралі підходять до газорозподільної станції (ГРС). На ділянці газопроводу перед ГРС можуть влаштовуватись підземні сховища газу для вирівнювання годинної нерівномірності споживання газу або проектують завищені діаметри цієї ділянки, щоб мати акумулюючу ємність. На ГРС газ проходить через фільтри, регулятори тиску та одоризується. Подання газу до споживачів забезпечується системами газопостачання, які поділяються на централізовані і місцеві. Місцеві системи газопостачання (індивідуальні) складаються з одного-двох балонів (місткістю 50 л), що обладнані регуляторами тиску. Для централізованих систем газопостачання тиск газу в газопроводах, що прокладаються всередині будинків, не повинен перевищувати наступних величин, МПа:
0,6 – для виробничих будинків промислових підприємств та будинків сільськогосподарських підприємств, а також окремо розташованих підприємств побутового обслуговування населення (лазні, пральні, фабрики хімчистки, тощо);
– для котелень, які розташовані окремо або прибудовані до виробничих будинків чи вбудовані в ці будинки;
0,005 – для котелень, які прибудовані до житлових будинків або прибудованих чи вбудованих в будинки громадського призначення;
– для дахових котелень будинків всіх призначень;
0,003 – для житлових будинків;
– для приміщень підприємств торгівлі, побутового обслуговування населення, громадського харчування, аптек, установ (крім котелень), тощо, які прибудовані до житлових будинків чи вбудовані в них.
Основним елементом міських систем газопостачання є газові мережі. За мережами з різним тиском газу системи газопостачання населених пунктів розділяють на: одноступеневі, коли подача газу різним споживачам здійснюється тільки по газопроводах одного тиску; двоступеневі, які складаються з мереж низького та середнього (рис. 3) або високого та низького тиску; триступеневі, з подачею газу споживачам по газопроводах трьох тисків – високого 1 або 2 категорії, середнього та низького; багатоступеневі, при яких розподіл газу здійснюється по газопроводах чотирьох тисків: високого 1 та 2-ої категорії, середнього та низького. Використання мереж з різним тиском зумовлюється декількома причинами, а саме: - в місті є споживачі, які потребують різні тиски газу;
– внаслідок значної довжини міських газопроводів також виникає необхідність мати різні тиски газу;
– черговістю забудови, розширенням та реконструкцією мереж;
– необхідністю локального акумулювання газу (потрібно мати перепад тиску для підвищення ККД використання ємностей).
Розподільчі газопроводи системи газопостачання населеного пункту можуть бути тупиковими, кільцевими і змішаними. Системи високого і середнього тиску, як правило, кільцюють. В системах низького тиску використовують змішані розподільчі мережі, в яких безпосередньо біля джерела живлення газопроводи кільцюють, а найбільш віддалені ділянки є тупиковими. Тупикові мережі можуть бути використані при газопостачанні сільської місцевості або невеликих селищ.
Рис. 3 – Двоступенева схема газопостачання населеного пункту:
1– магістральні газопроводи; 2 – границі населеного пункту; 3 – ГРС; 4 – промисловий об’єкт; 5 – ГРП; 6 – газові мережі середнього тиску; 7 – газові мережі низького тиску.
З’єднання мереж з різним тиском газу здійснюється тільки через ГРП, ГРПБ, ШРП, ГРУ (ГРП - газорозподільні пункти; ГРПБ – теж саме, блокові; ШРП – шафові газорозподільні пункти; ГРУ – газорозподільні установки), які є автоматичними пристроями, що виконують наступні функції:
– знижують тиск газу, який поступає з газопроводу, до заданої величини;
– підтримують заданий тиск на виході незалежно від зміни споживання газу та його тиску перед газорозподільними пунктами чи газорозподільними установками;
– припиняють подачу газу при підвищенні чи пониженні тиску після газорозподільних пунктів понад заданих меж;
– очищають газ від механічних домішок;
– проводять облік кількості газу.
Рис. 4 – Принципова схема ГРП
ГРП та ГРПБ, як правило, розміщують в окремих будівлях, а ШРП та ГРУ - в спеціальних шафах. На рис. 4 показана принципова схема ГРП з наступним обладнанням: регулятором тиску 8 , який призначений для пониження тиску газу і підтримання його на заданому рівні; запобіжно-запірним клапаном 7, який встановлюється перед регулятором тиску і призначений для автоматичного відключення подачі газу споживачам при виході з ладу регулятора; скидним пристроєм 10, який служить для аварійного скидання в атмосферу частини газу при підвищенні вхідного тиску на 5% вище встановленого; фільтром 4 для очищення газу від механічних домішок; арматурою для відключення; контрольно-вимірювальними приладами 5, що забезпечують заміри тисків газу до та після фільтра і регулятора. До комплекту контрольно-вимірювальних приладів можуть входити газові лічильники 6 та прилади телемеханіки.
Зазвичай розміщення газорегуляторних пунктів і установок регламентується вимогами ДБН В.2.5-20-2001. У міських населених пунктах сітьові ГРП розміщують в зоні зелених насаджень всередині житлових мікрорайонів на відстанях від інших будівель, споруд, не менших, як правило, 10 м. Шафові ГРУ з вхідним тиском газу до 0,3 МПа дозволено влаштовувати на зовнішніх стінах житлових і громадських будинків, причому відстань до вікон, дверей тощо повинна бути не меншою за 1 м.
При одноступеневих системах газопостачання домові регулятори з вхідним тиском газу не більше 0,3 МПа слід розміщувати на горизонтальній ділянці газопроводу на висоті, як правило, не більше 2,2 м. Відстань від регулятора, який встановлено на стіні (у металевій шафі, можна разом з лічильником газу), до вікон, дверей тощо повинна бути не менше 1 м по вертикалі і 3 м по горизонталі. У житлових будинках розміщувати домові регулятори тиску газу необхідно тільки на глухих стінах.
Основні елементи системи газопостачання житлових і громадських будинків - це відгалуження від вуличних газопроводів мережі низького або середнього тиску (дворові газопроводи), вводи в будинки і внутрішньобудинкові розгалуження, а також різноманітне газове обладнання.
При будівництві зовнішніх газопроводів використовують сталеві та пластмасові труби. Останні передбачають для підземних газопроводів по території міст – тиском до 0,3 МПа, а по території селищ і сіл та на міжселищних газопроводах – тиском до 0,6 МПа. Металеві труби для газопроводів це, як правило, труби, що виготовлені з вуглецевої сталі: електрозварені прямошовні та безшовні гарячекатані. Підземні сталеві газопроводи слід захищати від ґрунтової корозії захисним ізоляційним покриттям дуже посиленого типу та від корозії блукаючими струмами катодним або протекторним способом.
Матеріали (труби, фасонні деталі, арматура, зварювальний дріт тощо), які використовуються для монтажу систем газопостачання, повинні мати сертифікати, що підтверджують їх відповідність вимогам Держстандарту, а обладнання - паспорти та інструкції з монтажу та експлуатації.
На території житлових груп і мікрорайонів газопроводи слід прокладати підземно з дотриманням вимог чинних нормативних документів. Заборонено їх трасувати під дитячими майданчиками і іншими місцями можливого масового скупчення людей. Відстані від газопроводів до фундаментів будинків, інших споруд та комунікацій повинні бути не меншими за вказані у додатку 12.
Житлові будинки найчастіше приєднуються до газопроводів низь- кого тиску (рис. 5).
Рис. 5 – Схема газопостачання житлового будинку:
1 – ввід; 2 – запірна арматура; 3 – внутрішній газопровід; 4 – газовий прилад; 5 – дворовий газопровід; 6 – конденсатозбірник; 7 – ковер; 8 – відгалуження; 9 – мережа низького тиску.
По дворових газопроводах подають газ від відгалужень до окремих будинків і вводів. Відгалуження 8 служить для подання газу в дворову мережу 5 і приєднується до вуличної мережі в точці, найближчій до будинку, що газифікується, або групи будинків.
При підходах підземних газопроводів до стін будинків (при улаштуванні вводів) біля стін будинків над газопроводами-вводами для можливості своєчасного виявлення витоків газу з підземних газопроводів повинна передбачатися установка контрольних трубок (КТ). Запірну арматуру на вводі (крани – рис. 6, засувки ) встановлюють на висоті не більш за 1500 мм від рівня землі. Можливі конструкції вводів наведені на рис. 7.
Рис. 6 – Крани газові коркові:
а) сальникові; б) натяжний; в) цапків; г) кульковий;
1 – корпус; 2 – сальник; 3 – корок; 4 – накидна гайка; 6 – муфта
Рис. 7 – Влаштування вводу газопровода: 1 – труба вводу газу; 2 – футляр; 3 – корок; 4 – запірна арматура; 5 – розподільчий трубопровід; 6 – кран на стояку; 7 – стояк; 8 – двері шафи.
Крани, засувки тощо, що використовуються в системах газопостачання, повинні бути призначені виключено для газового середовища. Діаметри вводів визначають за розрахунком, але приймають не менше 50 мм. Запірну арматуру вводу монтують не вище, ніж 1,5 м від рівня землі. Місця введення газопроводів в житлові будинки повинні передбачатися в нежилі приміщення, де є доступ для обслуговування газопроводів.
Ввідні газопроводи не повинні проходити через фундаменти та під фундаментами будинків. Не допускається ввід газопроводів у підвали, ліфтові приміщення, вентиляційні камери та шахти, приміщення сміттєзбірників, трансформаторних підстанцій та розподільчих пристроїв. В місцях проходів через зовнішні стіни будинків газопроводи прокладають у футлярах. Простір між стіною та футляром старанно замуровується на всю товщину стіни. Кінці футляру повинні виступати за стінку не менше ніж на 3 см, а діаметр його приймається з умови, щоб кільцевий простір між газопроводом і футляром був не менше 5 мм для газопроводів номінальним діаметром не більш 32 мм і не менше 10 мм для газопроводів більшого діаметру. Простір між газопроводом і футляром необхідно закладати герметичними еластичними матеріалами. У межах футляру газопровід повинен бути зафарбований і не мати стикових з'єднань.