Регулирование давления в сетях газоснабжения и учет потребления газа

Регуляторы давления предназначены для снижения давления газа и поддержания его на заданном уровне и являются связующим звеном между сетями высокого, среднего и низкого давления. Регуляторы давления устанавливают на распределительных газопроводах в газорегуляторных пунктах, на газораспределительных и газгольдерных станциях, а также у коммунально-бытовых и промышленных потребителей и перед отдельными газопотребляющими установками. По принципу действия различают регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия изменение конечного (выходного) давления создает усилие, необходимое для осуществления регулирования его величины (рис. 11.4). Основными элементами этого регулятора являются корпус 1, клапан 8 и рабочая мембрана 5. Под действием груза 3 и собственного веса мембрана вместе с клапаном опускается вниз и образует отверстие для прохода газа, в результате чего после регулятора (клапана) постепенно повышается давление. Это давление по соединительной трубке 6 передается в подмембранное пространство 2 и оказывает на мембрану действие, обратное действию веса груза и клапана. Мембрана с клапаном опускается до тех пор, пока после регулятора не создастся давление, способное уравновесить заданную нагрузку.

Рис. 11.4. Схема регулятора давления прямого действия:

1 – корпус регулятора; 2 –подмембранное пространство; 3 – груз;

4 – дыхательное отверстие; 5 – мембрана (рабочая); 6 –соединительная трубка;

7 – мембрана малая (диафрагма); 8 – клапан

При дальнейшем повышении давления за регулятором давление газа начинает преодолевать нагрузку, мембрана поднимается вверх и уменьшает величину открытия клапана. При понижении давления за регулятором, наоборот, мембрана с клапаном начинает опускаться вниз, за счет чего увеличивается проходное отверстие, а вместе с тем увеличивается расход газа и повышается давление. Таким образом, изменение выходного давления передается на мембрану, которая, опускаясь или поднимаясь, больше или меньше открывает проходное отверстие клапана и регулирует выходное давление. Практически давление после регулятора остается постоянным независимо от расхода газа. Колебание регулируемого давления не должно превышать 10% номинальной величины независимо от расхода газа.

Регуляторы давления должны удовлетворять следующим требованиям: а) процесс регулирования должен быть устойчивым; б) неравномерность регулирования (т. е. отношение разности между максимальным и минимальным значениями конечного давления к среднему) не должна превышать определенной величины; в) регулятор должен быть надежным, простым и удобным для обслуживания.

Регуляторы давления выбирают исходя из максимального расчетного расхода газа потребителями и допустимого перепада давления при редуцировании. Пропускную способность регулятора рекомендуется принимать на 15–20 % больше максимального расчетного расхода газа. Необходимо также, чтобы регулятор обеспечивал заданное регулирование давления при малых (минимальных) расходах. Это требование особенно важно для газоснабжения бытовых потребителей, у которых расход газа резко изменяется во времени.

Основное назначение газораспределительных пунктов (ГРП) и газораспределительных шкафов (ГРШ) – снижение давления газа и поддержание его постоянным независимо от изменения входного давления и расхода газа потребителями.

В состав технологического оборудования регуляторных пунктов входят следующие элементы:

– регулятор давления, понижающий или поддерживающий постоянным давление газа независимо от его расхода; предохранительный запорный клапан (ПЗК), прекращающий подачу газа при повышении или понижении его давления после регулятора сверх заданных значений;

– предохранительное сбросное устройство, предназначенное для сброса излишков газа, чтобы давление не превысило заданное в схеме регуляторного пункта;

– фильтр газа, служащий для его очистки от механических примесей;

– контрольно-измерительные приборы (КИП), которые фиксируют: давление газа до и после регулятора, а также на обводном газопроводе (манометр); перепад давлений на фильтре, позволяющий судить о степени его загрязненности (дифманометр); расход газа (расходомер); температуру газа перед расходомером (термометр).

Принципиальная схема одноступенчатого ГРП (ГРУ), (одна технологическая линия и одна резервная линия – байпас), приведена на рис. 11.5.

Она включает в себя входной газопровод 1, задвижки 2, фильтр 3, предохранительный клапан 4, регулятор давления 5, выходной газопровод 6, манометры 7. Газ, поступающий на ГРП, сначала очищается в фильтре 3 от механических примесей. Затем проходит через предохранительный клапан 4, который служит для автоматического перекрытия трубопровода в случае повышения выходного давления сверх заданного, что свидетельствует о неисправности регулятора давления 5. Контроль за работой регулятора 5 ведется также с помощью манометров 7.

Рис. 11.5. Схема ГРП:

1 – входной газопровод; 2 – отключающие устройства; 3 – фильтр;

4 – предохранительный запорный клапан; 5 – регулятор давления после себя;

6 – выходной газопровод; 7 – манометр; 8 – предохранительный сбросной клапан; 9 – байпас; 10 – регулирующая задвижка на байпасе

Некоторые ГРП оборудуются приборами для измерения количества газа: диафрагмами в комплекте с дифференциальными манометрами или ротационными счетчиками.

Приборы, измеряющие расход вещества, называются расходомерами, а измеряющий массу и объем вещества, – счетчиком. Прибор, позволяющий одновременно измерять расход и количество вещества, называется расходомером со счетчиком.

Устройство, воспринимающее измеряемый расход (диафрагма) и преобразующее его в другую величину (перепад давлений), удобную для измерения, называют преобразователем расхода.

Количество вещества измеряют в единицах массы (т, кг, г) или в единицах объема (м³, см³, л). Расход измеряют в единицах массы или объёма, отнесенных к единицам времени (кг/ч, м³/ч).

Расход характеризует мощность системы, например газопровода. На практике для расчета между поставщиками и потребителям и важно знать не только расход газа, подаваемого к потребителю, но и количество газа, поданного за определенный промежуток времени (сутки, месяц, год).

Так как объем измеряется счетчиком при текущих значениях рабочей температуры, давления и плотности газа, необходимо измеренную величину привести к единому постоянному физическому параметру (стандартным или нормальным физическим условиям).

Нормальные физические условия: давление – 101325 Па, температура – 273,15 К (0°С).

Стандартные условия: давление – 101325 Па, температура – 293,1 К (20 °С).

Если в газопроводе на пути потока газа установить сужающее устройство – диафрагму, то площадь поперечного сечения газового потока в этом месте уменьшится, а его средняя скорость увеличится за счет перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую.

В результате статическое давление в узком сечении окажется меньше статического давления перед сужающим устройством. Чем больше расход газа, тем больше будет разность этих давлений. Следовательно, измеряя образовавшийся перепад давлений, можно узнать расход газа.

Рассмотрим работу ротационных барабанных счетчиков, предназначенных для измерения расхода газа с давлением не более 0,1 МПа при температуре газа окружающего воздуха в пределах от 0 до +50 °С.

Счетчик типа РГ состоит из измерителя, счетного механизма и дифференциального манометра.

В чугунном корпусе измерителя расточены два полуцилиндра, в каждом из которых размещен ротор, имеющий форму восьмерки. Расположение роторов – взаимно-перпендикулярное. На шейках роторов смонтированы шестерни. Эти шестерни, находясь во взаимном зацеплении, обеспечивают синхронное вращение роторов в противоположных направлениях.

В боковых стенках корпуса смонтированы подшипники-опоры для роторов. Газ поступает в счетчик через верхний патрубок и выходит через нижний. Давление газа на выходе всегда меньше, чем на входе. Этот перепад давлений расходуется на вращение роторов. За один полный оборот роторов дважды проходит наполнение газом пространства между ними и стенками корпуса (на рисунке условно отмечено точками), являющегося измерительным объёмом, и дважды происходит выталкивание этого объема газа через нижний патрубок. Число оборотов фиксирует счетный механизм, имеющий окошко для снятия значений объема газа, пропущенного через счетчик.

Ротационные счетчики барабанного типа являются высокоточными, на изменение их показания трудно повлиять, но применяются они преимущественно при больших расходах газа. В настоящее время созданы и другие конструкции газовых счетчиков, чувствительным элементом которых является, например, вибрирующая мембрана, определяющая расход газа.