Лекция 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

ЛЕКЦИИ ДЛЯ БАКАЛАВРИАТА

ДИСЦИПЛИНА «ГАЗОСНАБЖЕНИЕ»

Лекция 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Основные положения

Проектировать газораспределительные системы следует на основе утвержденных схемгазоснабжения республик, краев, областей, а также городов и других поселений.

При разработке курсовых и дипломных проектов следует предусматривать наиболее прогрессивные проектные и технические решения, обеспечивающие надежное, безопасное, рациональное ис­пользование газа и охрану окружающей среды.

В проектах газораспределительных систем необходи­мо предусматривать решения по охране окружающей среды в соответствии с требованиями СНиП 11-01-95 и СНиП 3.01.01-85*.

Полиэтиленовые газопроводы выпускаются в соответствии с ГОСТ Р 50838 – 95 (прил. 1).

Трубы из полиэтилена относят к 4-му классу опасности. При атмосферных условиях трубы не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и не оказывают при непосредственном контакте вредного действия на организм человека. Они не токсичны, взрывобезопасны. Трубы из полиэтилена относят к группе «горючие» по ГОСТ 12.1.044, температура воспламенения около 365⁰С.

Тушение горящих труб проводят огнетушащими составами (средствами), двуокисью углерода, пеной, огнетушащими порошками, распыленной водой со смачивателями, кошмой. Тушить пожар необходимо в противогазах марки В или кислородно-изолирующих противогазах по ГОСТ 12.4.121 и защитных костюмах по нормативной документации.

Трубы стойки к деструкции в атмосферных условиях. Твердые отходы труб возвращают на переработку в изделия, допускающие использование вторичного сырья, или обезвреживают в соответствии с санитарными правилами, предусматривающими порядок накопления, транспортирования, обезвреживания и захоронения промышленных отходов.

Классификация газопроводов

Газопроводы газораспределительных систем в зависимости от давления и вида транспортируемого газа (природный газ или сжиженный углеводородный газ (СУГ)) подразделяются в соответствии с табл. 1.1

Таблица 1.1

Классификация газопроводов по максимальному избыточному давлению

Рабочее давление в газопроводе, МПа	Вид транспортируемого газа	Классификация газопровода по давлению
св. 0,6 до 1,2 включ.	природный	высокое I категории
св. 0,3 до 0,6 включ.	природный и СУГ	высокое II категории
св. 0,005 до 0,3 включ.	то же	среднее
до 0,005 включ.	то же	низкое

Газораспределительные системы следует проектировать и строить таким образом, чтобы обеспечить надежную и безо­пасную их эксплуатацию путем применения соответствующих материалов, изделий, современных технических решений, технологий и обеспечения качества строительства.

Газ, предусматриваемый в качестве топлива, должен соответствовать ГОСТ5542-87 для природного газа.

Давление газа в газопроводах, прокладываемых внут­ри зданий, следует принимать, исходя из того, что оно не должно превышать значения, приведенные в табл. 1.2.

Давление газа перед газовым оборудованием должно соответствовать указанному в технических паспортах заводов - изготовителей и не превышать величин, указанных в табл. 1.2.

Газовое оборудование и газоиспользующие установки должны обеспечивать устойчивое горение, исключающее отрыв пламени от горелок и опрокидывание тяги.

Таблица 1.2

Нормы потребителей газа по давлению

Потребители газа	Давление газа, МПа
1.Отдельно стоящие производственные здания, в том числе со встроенными и пристроенными бытовыми производственного на­значения и административными помещениями; - отдельно стоящие производственные здания, если величина давления газа обусловлена требованиями производства	0,6   1,2

Окончание табл. 1.2

Потребители газа	Давление газа, МПа
2. Котельные: - отдельно стоящие на территории предприятий; - то же на территории поселений; - пристроенные к производственным зданиям и встроенные в эти здания; - пристроенные к общественным, бытовым зданиям производственного назначения, встроенные в эти здания: - пристроенные к общественным зданиям непроизводст­венного назначения, административным и бытовым (кроме указан­ных выше) зданиям и встроенные в эти здания; - пристроенные к жилым зданиям; - крышные зданий всех назначений	1,2 0,6 0,6   0,3   0,005 0,005   по СНиПII-35-76*
3. Общественные и бытовые здания производственного назначе­ния: - отдельно стоящие, пристроенные к производственным зданиям и встроенные в эти здания; - пристроенные к административным, бытовым (кроме 0,3 указанных выше), общественным зданиям непроизводственного назначения и встроенные в эти здания	0,3 0,005
4. Общественные здания непроизводственного назначения, административные, бытовые (кроме указанных в поз.3), здания складов: - отдельно стоящие, пристроенные к производственным зданиям и встроенные в эти здания	0,005
5. Отдельно стоящие жилые здания, пристроенные к ним здания и встроенные (кроме котельных) помещения	0,003

Для подземных газопроводов следует предусматривать, как правило, полиэтиленовые трубы по ГОСТ Р 50838-95* и профили­рованные полиэтиленовые трубы, разрешенные к применению.

Соединительные детали газопроводов (втулки под фланцы, пе­реходы, отводы, тройники, армированные стеклопластиком вводы и др.) следует предусматривать в соответствии с техническими требованиями (прил. 2).

Запорная и регулирующая арматура, предусматриваемая в газораспределительных системах, должна быть предназначена для газовой среды.

Герметичность затвора кранов и задвижек с условным проходом до 80 мм должна быть не ниже класса "В", свыше 80 мм – не ниже класса "С" по ГОСТ 9544-93.

Пример расчета газопроводной сети

Приведем пример одного из вариантов расчета тупиковой газораспределительной сети. Расчет выполняется как вручную, так и на ЭВМ с помощью программы «РАСГАЗ». В качестве исходных данных используется структура сети, расчетный расход газа на сеть, длины участков, категория давления (рис. 1.3). Формулы гидравлического расчета газопроводов приведены выше и в методических указаниях по расчету газораспределительной сети [8].

Рис. 1.3.Тупиковая газораспределительная сеть

1. Расчетный расход газа на сеть низкого давления Q_ШРП=1377,4 нм³/ч.

2. Определение удельного путевого расхода:

q= =1377,4/1900=0,725 нм³/ч·м.

3. Определение путевых расходов участков:

Q_п1-2=0,725·140=101,5 нм³/ч; Q_п2-6=0,725·340=246,5 нм³/ч;

Q_п2-7=0,725·440=319,0 нм³/ч ; Q_п2-3=0,725·220=159,5 нм³/ч;

Q_п3-4=0,725·320=232,0 нм³/ч; Q_п3-5=0,725·440=319,0 нм³/ч.

4. Определение транзитных расходов участков:

Q_тр3-4=0 нм³/ч; Q_тр3-5=0 нм³/ч ; Q_тр2-3= Q_п3-5+Q_п3-4 =232+319=551,0 нм³/ч;

Q_тр2-6=0 нм³/ч; Q_тр2-7=0 нм³/ч;

Q_тр1-2= Q_тр2-3+Q_п2-3+Q_п2-7+Q_п2-6 =551,0+159,5+246,5+319,0=1276 нм³/ч.

5. Определение расчетных расходов участков:

Q_р3-4=0,5·232,0=116 нм³/ч; Q_тр3-5=0,5·319,0=159,5 нм³/ч;

Q_р2-3= 0,5Q_п2-3+Q_тр2-3 =0,5·159,5+551,0=630,75 нм³/ч;

Q_р2-6=0,5·246,5=123,25 нм³/ч; Q_р2-7=0,5·319=159,5 нм³/ч;

Q_р1-2= 0,5Q_п1-2+Q_тр1-2=0,5·101,5+1276=1326,75 нм³/ч.

Проверка: Q_р1-2+Q_узл= Q_ШРП,

1326,75+0,5·101,5=1377,5 нм³/ч,

δ=(1377,5-1377,4)/1377,5·100%=0,0007%.

6. Определение гидравлического уклона:

R^1-2-3-5=1080/(140+220+440)=1,35 Па/м;

R^1-2-6=(1080-1,35·140)/340=2,62 Па/м;

R^1-2-7=(1080-1,35·140)/440=2,025 Па/м ;

R^1-2-3-4=[1080-1,35·(140+220)]/320=1,856 Па/м.

7. Определение потерь давления на участках сети:

Δр_3-5=1,35·440=594 Па; Δр_2-3=1,35·220=297 Па; Δр_1-2=1,35·140=189 Па;

Δр_2-6=2,62·340=890,8 Па; Δр_2-7=2,025·440=891 Па; Δр_3-4=1,856·320=594 Па.

8. Определение давлений в конечных точках участков:

р_к1-2=3000-189=2811 Па; р_к2-3=2811-297=2514 Па; р_к3-5=2514-594=1920 Па;

р_к2-6=2811-890,8=1920,2 Па; р_к2-7=2811-891=1920 Па; р_к3-4=2514-594=1920 Па.

В результате ручного счета при помощи номограмм и вычислительного эксперимента на ЭВМ были подобраны диаметры на участках газораспределительной сети. Результаты расчета отражены в табл. 1.6.

Этапы решения задачи на ЭВМ представлены на рис. 1.4-1.6.

Требования к устройству футляров

Пересечение газопроводами автомобильных дорог (за исключе­нием дорог V категории и грунтовых бескатегорийных дорог), желез­нодорожных и трамвайных путей, подземных коллекторов и каналов (включая каналы теплосети и канализации) ведется с обязательным устройством защитных футляров. Защитные футляры при пересечении указанных преград служат целям защиты газопровода от внешних на­грузок, от повреждений в местах пересечения с подземными сооружени­ями и коммуникациями, а также для обеспечения возможности ремонта и замены, обнаружения и отвода газа в случае утечки.

Пересечение газопроводами других подземных инженерных ком­муникаций (водо- и газопроводов, телефонных и электрических кабелей и т.д.) может осуществляться как с устройством защитных футляров, так и без них. Решение о необходимости устройства фут­ляра принимают, исходя из глубины прокладки газопровода, располо­жения и количества в районе прокладки водоводов, газопроводов, электрических кабелей и других подземных коммуникаций, проведение ремонтных работ на которых может привести к повреждению поли­этиленовых труб.

К примеру, можно рекомендовать устройство фут­ляра на газопроводах при пересечении ими водопроводных труб, наибо­лее часто требующих ремонта и проложенных ниже оси газопровода.

Футляры изготавливаются из материалов, отвечающих услови­ям прочности, долговечности и надежности. Защитные футляры мо­гут выполняться из неметаллических (полиэтиленовых, поливинилхлоридных, асбестоцементных) или металлических (стальных) труб. При пересечении с теплотрассами условиям прочности и надежности будут удовлетворять футляры из металлических труб. Кроме того, металли­ческие футляры предусматривают их прокладку способами продавливания или прокола. В других случаях можно (и даже целесообразно) применять футляры из неметаллических труб, в первую очередь поли­этиленовых, обеспечивающих долгий срок службы и не требующих за­щиты от агрессивных свойств грунтов и блуждающих токов. Прокладка полиэтиленовых футляров предусматривается открытым способом или способом наклонно-направленного бурения. Необходимость устройства именно стальных футляров при пересечении теплотрасс вызвана тем, что в слу­чае аварии на этих системах горячая вода неминуемо приведет к поте­ре устойчивости пластмассового футляра и нарушению его защитных свойств. Неметаллические футляры, устраиваемые при пересечении автомобильных и железных дорог или трамвайных путей, проверяются расчетом по условию предельно допустимой овализации поперечного сечения трубы футляра.

Соединения составных частей футляра должны обеспечивать его герметичность и прямолинейность. При использовании для фут­ляров полиэтиленовых труб они свариваются между собой чаще всего нагретым инструментом встык или муфтами с закладным электрона­гревателем (при открытом способе прокладки). При использовании футляров из стальных труб они свариваются газо- или электросваркой в плети требуемой длины. Для продления срока службы стальных фут­ляров требуется защищать их наружную поверхность весьма усиленной изоляцией на основе битумных мастик или полимерных изолирующих пленок, а в коррозионноактивных грунтах и при наличии блуждающих токов устраивать протекторную защиту.

При пересечении автомобильных дорог, железнодорожных и трамвайных путей внутрен­ний диаметр стенок футляров рекомендуется принимать не менее чем на 80-100 мм больше наружного диаметра газопровода. Это обуслов­лено потенциальной возможностью овализации футляра под действием нагрузок от полотна дороги и движущегося транспорта. Полиэтиле­новые защитные футляры в данном случае предусматриваются из труб SDR 11. В остальных случаях внутренний диаметр футляра может быть на 30-50 мм больше наружного диаметра газопровода. Предусматривая протяженные футляры из полиэтиленовых труб, следует помнить, что они, как правило, свариваются нагретым инструментом встык, а значит, имеют внутренний сварочный грат высотой 3-8 мм, уменьшающий про­ходное сечение футляра. Рекомендуемые диаметры футляров приведены в табл. 2.1.

При разной степени пучинистости, просадочности, набухаемости (резко меняющийся состав грунта, изменение уровня грунтовых вод, переход газопровода из проезжей части дороги в газон), а также в насыпных грунтах глубина принимается до верха трубы – не менее 0,9 глубины промерзания, но не менее 1 м.

Траншеи под трубопровод в связных грунтах отрываются прямоугольные. Разработку траншей под полиэтиленовый газопровод, включая углы поворота трассы, запланированные к выполнению упругим изгибом труб, выполняют механизированным способом с помощью роторных экскаваторов. Выброс грунта рекомендуется осуществлять в одну сторону, при этом желательно, чтобы отсыпанный грунт располагался от бровки траншеи на расстоянии не ближе 0,5 м и с той стороны, откуда возможен приток дождевых или талых вод (рис.3.2-3.3). Противоположная сторона траншеи (рабочая полоса) остается свободной для передвижения транспорта и производства сварочных и укладочных работ.

		Рис. 3.2. Траншея прямоугольного профиля под трубы газопровода
	Рис.3.3. Разработка траншеи экскаватором непрерывного действия

При укладке полиэтиленовых газопроводов необходимо учитывать специфические особенности материала труб, а именно: высокий коэффициент линейного удлинения (в 10-12 раз выше, чем у стальных) и более низкие по сравнению с металлическими трубами механическую прочность и жесткость, поэтому укладку газопроводов рекомендуется производить в наиболее холодное время суток летом, а зимой в наиболее теплое время.

Газопроводы можно монтировать из готовых секций, которые изготавливаются в условиях базы, развозятся и раскладываются вдоль трассы, после чего они соединяются в плети. Доставлять трубы или секции на трассу рекомендуется непосредственно перед производством монтажных и укладочных работ.

Укладка в траншею газопроводов производится не ранее 30 минут после окончания процесса сварки и демонтажа сварочной техники. Перед укладкой трубы подвергаются тщательному осмотру с целью обнаружения трещин, подрезов, рисок и других механических повреждений. Не допускается сбрасывание плети на дно траншеи или ее перемещение волоком по дну траншеи без специальных приспособлений.

Открытые с торцов плети газопроводов во время производства работ рекомендуется закрывать инвентарными заглушками.

При укладке газопроводов в траншею выполняют мероприятия, направленные на снижение напряжений в трубах от температурных изменений в процессе эксплуатации: при температуре труб (окружающего воздуха) выше плюс 10°С производится укладка газопровода свободным изгибом («змейкой»), а засыпка - в наиболее холодное время суток; при температуре окружающего воздуха ниже плюс 10°С возможна укладка газопровода прямолинейно, в том числе и в узкие траншеи, а засыпку газопровода производят в самое теплое время суток.

В зимний период газопровод укладывают на талый грунт. В случае промерзания дна траншеи осуществляют подсыпку дна траншеи песком или мелкогранулированным талым грунтом, сохраняя нормативную глубину заложения газопровода.

При укладке газопроводов в скальных и каменистых грунтах и на промороженное дно траншеи для обеспечения защиты газопровода от механических повреждений при укладке и засыпке рекомендуется применять мелкогранулированный грунт, песок или пенополимерные материалы (ППМ).

На пересечениях с подземными инженерными сетями разработка грунта ведется вручную. Разработка грунта экскаватором заканчивается на расстоянии не ближе 2 м от боковой стенки и не ближе 1 м от верха подземной коммуникации. Вскрытые электрические кабели и кабели связи защищают от механических повреждений с помощью футляров из полиэтиленовых или других (асбестоцементных) труб.

Укладка длинномерных труб

Трубы, поступающие в бухтах или на катушках (рис.3.4-3.5), имеют небольшие погонный вес и модуль упругости. Это позволяет совместить процессы рытья траншеи и укладку.

Для рытья траншеи и укладки газопровода используются специально оборудованные одноковшовые или многоковшовые экскаваторы. Допускается использование буровых установок для рытья траншей в мерзлых грунтах.

Укладка плетей из бухты может производиться и в заранее подготовленную траншею. При этом применяют два способа производства работ:

- разматывание трубы с неподвижной бухты и ее укладка в траншею протаскиванием;

- разматывание трубы с подвижной бухты и ее укладка в траншею путем боковой надвижки.

Первый способ применяется при наличии в траншее или над ней поперечных препятствий (газопроводов, линий связи, линий электропередач).

Из бухты в траншею могут укладываться одновременно два газопровода, при этом разматывание труб осуществляется одновременно с двух бухт, установленных по обе стороны или по одну сторону траншеи.

Размеры полиэтиленовых труб в бухтах и на катушках устанавливаются договором (контрактом), заключенным между поставщиком труб и заказчиком (в соответствии с ГОСТ 50838). Разматывание труб из бухт осуществляют при температуре наружного воздуха не ниже плюс 5°С. Допускается вести разматывание и при более низких температурах, если созданы условия для предварительного подогрева труб на катушке до температуры не менее плюс 5°С. При этом не допускаются перерывы в работе до полной укладки плети из бухты. Возможен вариант установки специального тепляка с подогревателем непосредственно на платформе укладочной машины, что обеспечит непрерывную укладку плети.

Рекомендуемая скорость разматывания бухты - до 0,8-1,0 км/час.

Для устройства узких траншей с последующей укладкой газопровода рекомендуется использовать малогабаритные цепные траншеекопатели, щеленарезные машины. Узкие траншеи (щели), разработанные роторными и цепными экскаваторами и щеленарезными машинами, могут быть засыпаны щелезасыпщиком, который, перемещаясь в сцепке с тягачом землеройно-укладочной машины, осуществляет непрерывную засыпку рабочим органом грейдерного типа.

Укладка длинномерных труб может производиться бестраншейным способом - трубозаглублением. Для укладки газопроводов диаметром 20-160 мм бестраншейным способом применяются ножевые трубозаглубители. Ножевой щелерез должен иметь устройство, предохраняющее полиэтиленовые трубы от недопустимых напряжений при укладке.

ЛЕКЦИИ ДЛЯ БАКАЛАВРИАТА

ДИСЦИПЛИНА «ГАЗОСНАБЖЕНИЕ»

Лекция 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Основные положения

Проектировать газораспределительные системы следует на основе утвержденных схемгазоснабжения республик, краев, областей, а также городов и других поселений.

При разработке курсовых и дипломных проектов следует предусматривать наиболее прогрессивные проектные и технические решения, обеспечивающие надежное, безопасное, рациональное ис­пользование газа и охрану окружающей среды.

В проектах газораспределительных систем необходи­мо предусматривать решения по охране окружающей среды в соответствии с требованиями СНиП 11-01-95 и СНиП 3.01.01-85*.

Полиэтиленовые газопроводы выпускаются в соответствии с ГОСТ Р 50838 – 95 (прил. 1).

Трубы из полиэтилена относят к 4-му классу опасности. При атмосферных условиях трубы не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и не оказывают при непосредственном контакте вредного действия на организм человека. Они не токсичны, взрывобезопасны. Трубы из полиэтилена относят к группе «горючие» по ГОСТ 12.1.044, температура воспламенения около 365⁰С.

Тушение горящих труб проводят огнетушащими составами (средствами), двуокисью углерода, пеной, огнетушащими порошками, распыленной водой со смачивателями, кошмой. Тушить пожар необходимо в противогазах марки В или кислородно-изолирующих противогазах по ГОСТ 12.4.121 и защитных костюмах по нормативной документации.

Трубы стойки к деструкции в атмосферных условиях. Твердые отходы труб возвращают на переработку в изделия, допускающие использование вторичного сырья, или обезвреживают в соответствии с санитарными правилами, предусматривающими порядок накопления, транспортирования, обезвреживания и захоронения промышленных отходов.

Классификация газопроводов

Газопроводы газораспределительных систем в зависимости от давления и вида транспортируемого газа (природный газ или сжиженный углеводородный газ (СУГ)) подразделяются в соответствии с табл. 1.1

Таблица 1.1

Классификация газопроводов по максимальному избыточному давлению

Рабочее давление в газопроводе, МПа	Вид транспортируемого газа	Классификация газопровода по давлению
св. 0,6 до 1,2 включ.	природный	высокое I категории
св. 0,3 до 0,6 включ.	природный и СУГ	высокое II категории
св. 0,005 до 0,3 включ.	то же	среднее
до 0,005 включ.	то же	низкое

Газораспределительные системы следует проектировать и строить таким образом, чтобы обеспечить надежную и безо­пасную их эксплуатацию путем применения соответствующих материалов, изделий, современных технических решений, технологий и обеспечения качества строительства.

Газ, предусматриваемый в качестве топлива, должен соответствовать ГОСТ5542-87 для природного газа.

Давление газа в газопроводах, прокладываемых внут­ри зданий, следует принимать, исходя из того, что оно не должно превышать значения, приведенные в табл. 1.2.

Давление газа перед газовым оборудованием должно соответствовать указанному в технических паспортах заводов - изготовителей и не превышать величин, указанных в табл. 1.2.

Газовое оборудование и газоиспользующие установки должны обеспечивать устойчивое горение, исключающее отрыв пламени от горелок и опрокидывание тяги.

Таблица 1.2

Нормы потребителей газа по давлению

Потребители газа	Давление газа, МПа
1.Отдельно стоящие производственные здания, в том числе со встроенными и пристроенными бытовыми производственного на­значения и административными помещениями; - отдельно стоящие производственные здания, если величина давления газа обусловлена требованиями производства	0,6   1,2

Окончание табл. 1.2

Потребители газа	Давление газа, МПа
2. Котельные: - отдельно стоящие на территории предприятий; - то же на территории поселений; - пристроенные к производственным зданиям и встроенные в эти здания; - пристроенные к общественным, бытовым зданиям производственного назначения, встроенные в эти здания: - пристроенные к общественным зданиям непроизводст­венного назначения, административным и бытовым (кроме указан­ных выше) зданиям и встроенные в эти здания; - пристроенные к жилым зданиям; - крышные зданий всех назначений	1,2 0,6 0,6   0,3   0,005 0,005   по СНиПII-35-76*
3. Общественные и бытовые здания производственного назначе­ния: - отдельно стоящие, пристроенные к производственным зданиям и встроенные в эти здания; - пристроенные к административным, бытовым (кроме 0,3 указанных выше), общественным зданиям непроизводственного назначения и встроенные в эти здания	0,3 0,005
4. Общественные здания непроизводственного назначения, административные, бытовые (кроме указанных в поз.3), здания складов: - отдельно стоящие, пристроенные к производственным зданиям и встроенные в эти здания	0,005
5. Отдельно стоящие жилые здания, пристроенные к ним здания и встроенные (кроме котельных) помещения	0,003

Для подземных газопроводов следует предусматривать, как правило, полиэтиленовые трубы по ГОСТ Р 50838-95* и профили­рованные полиэтиленовые трубы, разрешенные к применению.

Соединительные детали газопроводов (втулки под фланцы, пе­реходы, отводы, тройники, армированные стеклопластиком вводы и др.) следует предусматривать в соответствии с техническими требованиями (прил. 2).

Запорная и регулирующая арматура, предусматриваемая в газораспределительных системах, должна быть предназначена для газовой среды.

Герметичность затвора кранов и задвижек с условным проходом до 80 мм должна быть не ниже класса "В", свыше 80 мм – не ниже класса "С" по ГОСТ 9544-93.