РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА
Автоматизированные ГРС
В настоящее время широкое применение получают автоматизированные газораспределительные станции (АГРС) в комплектно-блочном исполнении (табл. 10.1).
Принципиальная схема АГРС-1/3 приведена на рис. 10.1. Блок отключающих устройств включает в себя входную 8 и выходную 4 нитки, предохранительный клапан 3, отключающие выходной 2 и входной 9 краны, вентиль на обводной линии 6, фильтр 10, блок одоризации 1, показывающие манометры 5 и 7 и продувочный вентиль 11.
В блоке отключающих устройств можно использовать следующие типы кранов: 11с20бк, 11с320бк, 11с722бк, 11с723бк1. Всю запорную арматуру разделяют по условному давлению, за которое принимают максимально допустимое давление среды: 0,16; 0,25;0,4;0,6; 1; 2,5; 4; 6,4; 10 МПа. Краны с пневмоприводом выпускаются на следующие условные диаметры: 50, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 700, 1000, 1200 мм.
Краны запорные шаровые КШ-10 и КШ-15 предназначены для отключения трубопроводов технологического, контрольного и предохранительного оборудования. Вентили запорные игольчатые ВИ-10 и ВИ-15 применяют на импульсных коммуникациях ГРС.
Таблица 10.1
Техническая характеристика АГРС
| Показатель | АГРС-1/3 | АГРС-3 | АГРС-10 | |
 1
Давление газа, МПа:
на входе р вх
на выходе р вых
Производительность, м3/ч:
при р вх = 1,2 МПа и
р вых = 0,3 МПа
при р вх = 5,5 МПа и
р вых = 1 МПа
Погрешность регулирования, %:
р вх ≤ 0,6 МПа
р вх > 0,6 МПа
| 1,2¸5,5 0,3¸1 ± 10 ± 5 | 1,2¸5,5 0,3¸1,2 ± 10 ± 5 | 1,2¸5,5 0,3¸1,2 ± 10 ± 5 | |
| Продолжение таблицы 10.1 | ||||
| Температура окружающего воздуха, К Температура газа на входе, К Температура нагрева газа в подогревателе при максимальном расходе, К Расход топливного газа на подогреватель, м3/ч | 233¸323 | 233¸323 4,2 | 233¸323 | |
Рис. 10.1. Принципиальная схема АГРС-1/3:
1 - блок одоризации; 2 - выходной кран; 3 - предохранительный клапан; 4 - выход газа; 5, 7 - манометры; 6 - вентиль на обводной линии; 8 - вход газа; 9 - входной кран; 10 - фильтр; 11 - продувочный вентиль; 12 - подогреватель газа; 13 - кран с пневмоприводом; 14 - регулятор давления газа; 15 - кран с ручным приводом;
16 - газовый счетчик; 17 - щит автоматики
Кранами можно управлять с помощью узлов ЭПУУ-2, УПП-1 и УПП-2. Электропневматический узел управления ЭПУУ-2 преобразует электрический импульс в пневматический, который затем подается в пневмопривод или мультипликатор крана. Преобразователями импульсов в ЭПУУ-2 являются электропневматические краны ЭК-48-Д. На каждом кране устанавливают ЭПУУ-2, который содержит три клапана ЭК-48-Д, два из которых служат для открытия и закрытия крана, а третий - для включения в работу мультипликатора. Узел управления УУП-1 состоит из трех пневматических усилителей УП-2, трех кнопок КУ-II и трех клапанов перекидных КП-I. Отличие УУП-2 от УУП-1 заключается в применении более совершенного пневматического усилителя типа УП-3.
Узел очистки газа. Природный газ содержит различные твердые и жидкие механические примеси, которые могут привести к преждевременному износу оборудования и газопровода.
На АГРС применяют кассетный фильтр, который состоит из корпуса со съемной крышкой. Через крышку вставляют кассеты с фильтрующим стекловолокнистым материалом, который по мере загрязнения удаляют. Фильтр вскрывают в следующем порядке: закрывают краны на входной и выходной линиях, переходя на работу по обводной линии; сбрасывают газ из технологических коммуникаций; снимают крышку и заменяют кассеты. Сборку проводят в обратном порядке.
Узел редуцирования газа. На ГРС применяют в основном регуляторы давления прямого действия типа РД (табл. 10.2) и прямоточные регуляторы РДПР-3.
Таблица 10.2
Техническая характеристика регуляторов давления прямого действия
типа РД, используемых на ГРС
| Показатель | РД-50 | РД-80 | РД-100 | РД-150 |
| Условный диаметр, мм Давление, МПа: условное рабочее Коэффициент пропускной способности, т/ч Диапазон регулирования, МПа Точность регулирования, МПа | 6,4 5,5 0,25¸2 ± 0,0015 | 6,4 5,5 0,25¸2 ± 0,0015 | 6,4 5,5 0,25¸2 ± 0,0015 | 6,4 5,5 0,25¸2 ± 0,0015 |
Регулятор давления прямого действия представляет собой дроссельное устройство, приводимое в движение мембраной, находящегося под действием регулируемого давления. Регулятор состоит из регулирующего органа и мембранно-исполнительного механизма (МИМ). Регулирующий орган состоит из двух седел, закрепленных в корпусе регулятора, и золотника. Мембранно-исполнительный механизм состоит из мембранного узла, содержащего мембрану, зажатую между двух дисков, на которых закреплен шток золотника.
В надмембранной камере регулятора редуктор ВР-1 создает постоянное давление, равное заданному регулируемому давлению на выходе редуцирующей линии. Если давление на выходе регулятора становится меньше заданного, то сила действует на мембрану снизу и золотник перемещается вниз. Проходное сечение регулятора при этом увеличивается, и давление на выходе вновь восстанавливается до заданного.
Прямоточный регулятор РДПР-3 состоит из прямоточного регулирующего клапана и задающего устройства, соединенных трубопроводом. Регулирующий клапан имеет подвижное седло и мембрану, зажатую дисками, а задающее устройство - перепускной запорный клапан.
Принцип действия регулятора заключается в поддержании равновесия сил, действующих на мембрану привода регулятора. Конструкция регулятора РДПР-3 предусматривает обогрев входной части регулятора горячей водой.
Расход проходного сечения определяют по формулам:
при р 2 > 0,5 р 1
,
при р 2 < 0,5 р 1
,
где Q max - максимальный расход газа; Е - коэффициент расширения: при (р1 - р2) / р1 ≤ 0,08 Е = 1, при (р1 – р2) / р1 ≥ 0,08 Е = 1 – 0,46 (р1 – р2) / р1; р1, р2 - давление газа до и после клапана; r - плотность газа; t - температура газа.
Узел редуцирования давления газа состоит из двух или нескольких линий редуцирования (включая резервные) в зависимости от пропускной способности ГРС. Каждая линия редуцирования рассчитана на одну и ту же пропускную способность. Предохранительные клапаны установлены на выходных газопроводах и рассчитаны на полную пропускную способность ГРС с тем, чтобы в газопроводе не могло создаться давление, более чем на 10% превышающее рабочее. На ГРС применяют клапаны ППК-2 и СППК-2 с условным диаметром 50, 80, 100 или 150 мм или их модификации СППКМ, СППК4, ППК4.
При эксплуатации предохранительные клапаны систематически опробуют на срабатывание. Работу клапанов при различных установочных давлениях обеспечивают сменные пружины. Клапан считают отрегулированным, если его открытие и закрытие при заданном давлении происходит с чистым резким хлопком, без пропуска газа через закрытый затвор.
Диаметр клапана (при известной пропускной способности) можно определить из условия
,
где G - пропускная способность клапана; F - площадь рабочего сечения клапана; р - абсолютное давление после клапана в газопроводе; М - молекулярный вес газа; Т - абсолютная температура газа.
Для клапанов полно-подъемных F = 0,785 d 2, неполно-подъемных при h < 0,05 d F = 2,2 dh, где d - внутренний диаметр седла; h - высота подъема клапана.
Для полно-подъемного клапана
.
Узел осушки газа. Для предотвращения образования гидратов при редуцировании на ГРС применяют подогрев газа с помощью кожухо-трубных подогревателей 9ПГ64-3М и 3ПГ64-2М.
Подогреватели газа подключают к системе водяного отопления. Воду нагревают в котлах ВНИИСТО-4М с узлами регулирования газа низкого давления ШП-3 и ШРУ-4ИП в шкафном исполнении.
На АГРС применяют автоматические подогреватели газа модели ПГА, которые представляют собой прямоугольную печь радиально-конвективного типа, включающую огневую камеру, змеевик, горелки, запальник, термопару, терморегуляторы, электромагнитный клапан, датчик и регулятор давления топливного газа. Газ нагревают в змеевике, который имеет радиационную оребренную и конвекционные части. Горелку располагают в огневой камере. Топливный газ подают через регулятор, электромагнитный клапан и терморегулятор.
Количество тепла, необходимого для подогрева газа,
Q = qr cp Dt,
где q - расход газа; r - плотность газа; ср - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении; D t - разность температур газа в теплообменнике.
Общая техническая характеристика АГРС, ГРС и ГРП дана в табл. 10.3.
Таблица 10.3
Техническая характеристика ГРС, ГРП и ГРУ
| Вид ГРС, ГРП, ГРУ | Типовой проект | Давление, МПа | Пропускная способность, тыс. м3/ч | |
| на входе | на выходе | |||
| Промысловая ГРС ГРС с очисткой газа на входе в масляных пылеуловителях ГРС с очисткой газа после первой ступени редуцирования | ТР-515 ТР-596 ТР-606 | 6,4 5,5 5,5 | 5,5 0,3¸1,2 0,3¸1,2 | 150¸1000 5¸300 5¸300 |
Продолжение таблицы 10.3
| ГРС с очисткой газа в висциновых пылеуловителях Контрольно-регуляторный пункт Промысловая ГРС АГРС магистральных газопроводов без подогрева газа АГРС магистральных газопроводов без подогрева газа ГРП в блочном исполнении для вспомогательных служб КС магистральных газопроводов | ТР-645 ТР-646 ТР-787 ТР-894 ТР-884 ТР-885 ТР-886 ТР-934 ТР-1167 | 5,5 5,5 5,5 6,4 До 5,5 До 5,5 До 5,5 1¸5,5 1¸5,5 | 0,3¸1,2 0,3¸1,2 0,3¸1,2 5,5 0,3¸1,2 0,3¸1,2 0,3¸1,2 0,3¸1,2 0,3¸1,2 | 0,01¸15 5¸300 0,12¸40 450¸2200 100 (при одном потребителе),170 (при двух потребителях) 0,17¸40 10¸150 |
Температуру измеряют с помощью термометров расширения, контактных, манометрических. Принцип действия термометров расширения основан на свойстве веществ изменять свой объем под воздействием температуры. Контактные термометры - разновидность ртутных. Их применяют для сигнализации и регулирования температуры. Принцип действия манометрических термометров основан на свойстве рабочего вещества менять свой объем в зависимости от окружающей температуры. Принцип действия термометров сопротивления основан на свойстве металлов и их сплавов менять электрическое сопротивление в зависимости от температуры.
Система автоматики и контрольно-измерительные приборы ГРС. Для измерения давления на ГРС применяют манометры (табл. 10.4).
Для измерения расхода газа на ГРС применяют дифманометры в комплекте с сужающими устройствами. Наибольшее распространение получили дифманометры ДП, ДСС, ДМ, ДС-У, ДС-П. Принцип работы дифманометров основан на методе определения перепада давления на сужающих устройствах. Широкое применение получили в качестве сужающих устройств диафрагмы, которые устанавливают между фланцами трубопровода. Расход газа через сужающие устройства определяют по результатам записи параметров на диаграмме регистрирующего прибора (дифманометра) при обработке планиметрами. В зависимости от применяемых приборов получают тот или иной вид диаграмм. Для их обработки используют разные планиметры. Равномерные круглые диаграммы обрабатывают пропорциональными планиметрами, неравномерные - корневыми, ленточные - полярными.
Таблица 10.4
Техническая характеристика манометров
| Манометр | Тип | Верхние пределы измерения Р × 105, Па | Класс точности |
| Технический Показывающий Технический показывающий щитовой установки Электроконтактный Электроконтактный во взры-вонепроницаемом корпусе Самопишущий с приводом от часового механизма Самопишущий с приводом от часового механизма сильфонный Показывающий с пневмовыходом Сильфонный С пневмоприводом Грузопоршневой | ОБМ1-100 ОБМ1-160 МОШ1-100 МОШ1-16 ЭКМ-160 ВЭ-16Рб МТС-710ч МСС-710ч МГП-270М МС-П1 МС-П2 МП-2,5; МП-6; МП-60; МП-600 | 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60 6; 10; 25; 40; 60; 100 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,55; 4 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100 0,25; 0,4; 0,6; 1; 16; 24; 40 40; 60; 100 2,5; 6; 60; 600 | 2,5 1,5 2,5 1,5 1,5 2,5 1,5 1; 1,5 0,6; 1; 1,5 0,1; 0,2; 0,05 |
На современном этапе развития на ГРС в качестве средств измерения расхода используются разные по типу и устройству средства для измерения расхода газа. Среди них:
· устройства сужающие быстросменные;
· манометры дифференциальные сильфонные самопишущие;
· турбинные газовые счетчики;
· многониточные измерительные микропроцессорные комплексы «Суперфлоу-П».
Комплекс «Суперфлоу-П» представляет собой наиболее интересную установку с точки зрения современности.
Комплекс «Суперфлоу-П» – самостоятельное микропроцессорное вычислительное устройство с питанием от батарейки, предназначенное для измерения и регистрации параметров газового потока по одному, двум или трем измерительным трубопроводам. Стандартный комплект измерительной системы для одного измеряемого газопровода состоит из вычислителя (счетно-измерительного блока в корпусе), датчиков перепада давления и статического давления, смонтированных в нижней части задней несущей стойки, а также отдельного датчика температуры, устанавливаемого в защитной гильзе на измеряемом участке газопровода. При числе измеряемых трубопроводов больше одного или при использовании двухдиапазонных (сдвоенных) датчиков перепада давления, число датчиков увеличивается (всего до 7 различных датчиков). Дополнительные датчики устанавливает пользователь на предназначенные для них места и подсоединяет их к вычислителю.
Принцип действия комплекса основан на раздельном измерении перепада давления, статического давления и температуры газа в трубопроводе со стандартной диафрагмой.
Накопленную вычислителем информацию можно считать, подключив к нему на время ручной терминал СНIТ (рис. 10.2), будучи затем подключенным к принтеру, терминал выдает формализованные отчеты, причем в памяти терминала могут храниться отчеты от нескольких комплексов «Суперфлоу-П». Структурные схемы подключения приборов комплекса «Суперфлоу-П» к измеряемому однониточному трубопроводу и дистанционной передачи показаний.
Рис. 10.2. Структурная схема подключения приборов
комплекса «Суперфлоу-II»:
1 – вычислитель; 2 – кабель «вычислитель-терминал»; 3 – ручной терминал «CHIT»; 4 – датчик перепада давления; 5 – датчик давления; 6 – измерительный газопровод с диафрагмой; 7 – датчик температуры; 8 – принтер; 9 – персональный компьютер для сбора данных от нескольких комплексов «Суперфлоу-II»
Многониточный измерительный микропроцессорный комплекс «Суперфлоу-П» предназначен для непрерывного автоматического расхода и объема природного газа, приведенных к нормальным условиям, по методу переменного перепада давления на стандартных сужающих устройствах на одном, двух или трех трубопроводах газоизмерительного пункта (ГИП).
Комплекс позволяет определять объем и расход природного газа с учетом введенных вручную значений плотности газа при нормальных условиях, содержащихся в газе азота и углекислого газа, и выполнения расчетов в соответствии с «Правилами измерения расхода газа и жидкостей стандартными сужающими устройствами» РД 50-213-80.
Комплекс предназначен как для эксплуатации на открытом воздухе, так и в помещениях при температуре окружающего воздуха от -30 до 50°С при относительной влажности до 98% при 35°С, во взрывоопасных зонах открытых промышленных площадок и помещений ГИП классов В-1а, В-1г (ПУЭ), где возможно образование взрывоопасных смесей категорий ПА, ПВ групп Т1 – ТЗ согласно ГОСТ 12.1.011-78.
Комплекс является средством измерения. Он включает в себя микропроцессорный вычислитель типа «Суперфлоу-П», перепускное запоминающее устройство (терминал) типа «CHIT», датчик давления, датчик перепада давления и датчик температуры.
Система защитной автоматики и сигнализации. Для бесперебойной подачи газа потребителям на ГРС устанавливают систему защиты. Широкое применение получила система «Защита-2», которая выполнена на пневматических элементах. Данная система обеспечивает при понижении давления газа на выходе включение в работу резервной линии, при повышении давления - перевод работы ГРС на резервную нитку, а также включение электрической сигнализации.
На ГРС применяют защиту дублирующими контрольными регуляторами давления прямого действия типа РД. Принцип действия защиты основан на способности регуляторов давления в зависимости от задания настройки и выходного давления выбирать режим пропускной способности.
Газорегуляторные пункты (ГРП)
ГРП являются связующим звеном между ГРС и газовыми сетями и сооружаются на территории городов, поселков, промышленных и коммунальных предприятий. Они могут быть сетевыми, питающими отдельные участки распределительных сетей низкого и среднего давления и объектов, подающими газ конкретному предприятию. На ГРП осуществляется снижение давления и автоматическое поддержание его на заданном уровне, производится очистка газа от механических примесей и защита трубопроводов от повышения давления.
По величине давления газа на выходе ГРП классифицируют как: среднего – от 0,005 МПа до 0,3 МПа и высокого давления – 0,3 МПа до 1,2 МПа (ГГРП). В зависимости от назначения и технической целесообразности они могут размещаться в отдельно стоящих зданиях; в пристройках к зданиям; в шкафах, устанавливаемых на несгораемой стене.
ГРП в отдельно стоящих зданиях имеют давление газа на выходе до 1,2 МПа и пропускную способность от 1,5 тыс. м3/ч до 100 тыс. м3/ч.
По количеству линий редуцирования ГРП условно разделяют на группы:
· одна линия редуцирования с одним регулятором при наличии свободной линии (байпас), рис. 10.3;
· одна рабочая и одна резервная линии (без байпаса) – схема применяется при Pвх > 0,6 МПа и Q > 5000 м3/ч.
Рис. 10.3. Технологическая схема ГРП:
1 – термометр; 2 – манометры (показывающий и регистрирующий); 3 – запорная арматура; 4 – фильтр; 5 – дифманометр, определяющий засоренность фильтра;
6 – узел измерения расхода газа; 7 – предохранительное запорное устройство;
8 – регулятор давления; 9 – импульсный трубопровод; 10 – гидравлическое ПСУ;
11 – свеча сбросная; 12 – обводной газопровод (байпас); 13 – свеча продувочная
Таблица 10.5