Проектирование и безопасность газораспределительных систем


Т. А. Мирошниченко



            ПРОЕКТИРОВАНИЕ И БЕЗОПАСНОСТЬ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ


Учебное пособие

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 696.2
ББК 38.763
     М64





Рецензенты:
д. т. н., профессор кафедры теплогазоснабжения и инженерных систем в строительстве Томского государственного архитектурно-строительного университета Т. Н. Немова;
начальник проектно-сметного отдела ООО «Газпром газораспределение Томск» А. В. Кочеров




        Мирошниченко, Т. А.

М64 Проектирование и безопасность газораспределительных систем : учебное пособие / Т. А. Мирошниченко. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. - 164 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1030-4

     Рассмотрена структура газораспределительных систем от начала выполнения проекта до безопасной, бесперебойной и надежной эксплуатации. Приведена нормативно-правовая база в области газоснабжения населенных мест и предприятий. Предложено задание для выполнения курсового проекта, практических и контрольных работ и вопросы для самостоятельной подготовки.
     Для студентов-магистрантов направления 08.04.01 «Строительство» профиля подготовки «Энергоресурсоснабжение населенных мест и предприятий» всех форм обучения для самостоятельной работы. Может быть полезно для специалистов газового хозяйства.

УДК 696.2
ББК 38.763








ISBN 978-5-9729-1030-4

     © Мирошниченко Т. А., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

        ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...........................................................5
1. Курсовой проект.................................................6
  1.1. Цели и задачи курсового проекта.............................6
  1.2. Задание к курсовому проекту.................................6
  1.3. Содержание и объем курсового проекта........................7
  1.4. Исходные данные............................................10
  1.5. Нормативно - техническая база и указания к выполнению курсового проекта.........................................................10
2. Вопросы для самостоятельной подготовки студентов...............10
3. Контрольные работы.............................................15
  3.1. Контрольная работа № 1.....................................15
  3.2. Контрольная работа № 2.....................................21
4. Практические работы............................................23
  4.1. Общие сведения о газообразном топливе. Особенности добычи, очистки, одоризации, транспортировки, условия хранения природного газа. Использование автоматизированных систем управления (АСУ) в данных процессах..............................................23
  4.2. Взрывоопасные свойства газовоздушных смесей и их классификация. Условия горения газового топлива.................32
  4.3. Методы одоризации природного газа..........................39
  4.4. Утилизация попутного газа..................................46
  4.5. Подготовка газа к транспорту. Требования к составу и качеству транспортируемого газа..........................................48
  4.6. Газокомпрессорные станции. Их функциональное назначение. Отечественный и зарубежный опыт использования ГКС...............56
  4.7. Газораспределительные станции. Функциональное назначение...61
  4.8. Назначение газорегуляторных пунктов (ГРП, ГРПШ) и установок (ГРУ). Разновидности ГРП, ГРПШ, ГРУ. Методы подбора и расчета элементов ГРП. Условия безопасной эксплуатации ГРП..............64
  4.9. Некоторые особенности надземной прокладки газопроводов......81
  4.10. Особенности подземной прокладки газопроводов. Восстановление изношенных труб.................................................85
  4.11. Виды ремонта газопроводов. Техническая диагностика газопроводов....................................................89
  4.12. Сооружения на газопроводах................................93
  4.13. Требования, предъявляемые к материалу труб. Гидравлические испытания газопроводов повышенным давлением......97
  4.14. Контроль за строительством газопроводов. Приёмка работ....99
  4.15. Утечки газа и их обнаружение. Отыскание мест утечек газа. Современные способы диагностики газопроводов...................108

3

  4.16. Коррозия металлов. Электрохимические методы защиты газопровода от коррозии.....................................................125
  4.17. Условия монтажа газопроводов через водные преграды.
  Особенности, требования и обеспечение надежной эксплуатации газопроводов, проложенных через водные преграды.................131
  4.18. Особенности ведения огневых и газоопасных работ...........137
  4.19. Возможность повышения энергетической эффективности в газовой отрасли.........................................................143
  4.20. Методика определения расходов газа на технологические нужды предприятия газового хозяйства и потерь в системах распределения газа  148
  4.20.1. Расходы газа на технологические нужды и на проведение аварийных работ.................................................149
  4.20.2. Потери газа в системах газораспределения................153
Библиографический список..........................................157
Приложения........................................................159

4

        ВВЕДЕНИЕ


    Проектирование газоснабжения - это сложные интеллектуальные работы, включающие в себя не только подготовку технического задания на разработку проектной документации систем энергоресурсоснабжения, но и подтверждение соответствия проектной документации требованиям действующего законодательства и нормативно-технического фундамента, изучение особенностей газифицируемого объекта/территории, условий трассировки газопровода, а также оценка основных технико-экономических показателей газораспределительных систем.
    Проект состоит из показателей и расчётов энергоэффективности газифицируемого объекта, обоснования того или иного решения по монтажу газопровода (подземного или надземного), подробных спецификаций по используемым материалам и питающим устройствам.
    Данное учебное пособие является рекомендательным для выполнения курсового проекта и практических работ. В указании приведены контрольные работы, решение задач из которых является обязательным условием выполнения программы по дисциплинам «Проектирование и безопасность систем газоснабжения» и «Надежность и безопасность систем тепло- и газоснабжения». Предложенные вопросы к опросу студентов позволят более качественно проработать и освоить теоретический материал курса.
    Предметом изучения дисциплин «Проектирование и безопасность систем газоснабжения», «Надежность и безопасность систем тепло- и газоснабжения» являются нормативные и правовые документы безопасности труда в газовом хозяйстве, обеспечение надежности и бесперебойности работы газовых сетей.
    Целью изучения дисциплин «Проектирование и безопасность систем газоснабжения», «Надежность и безопасность систем тепло- и газоснабжения» является свободное овладение основными действующими нормативно-правовыми требованиями в области газоснабжения на всех этапах существования газораспределительных систем.

5

        1. КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
        1.1. Цели и задачи курсового проекта

    Курсовой проект «Проектирование и безопасность систем газоснабжения района города» является завершающим этапом изучения курса «Проектирование и безопасность систем газоснабжения» и важным звеном в подготовке студентов-магистрантов направления 08.04.01 «Строительство» профиля подготовки «Энергоресурсоснабжение населенных мест и предприятий».
    Основными задачами курсового проектирования являются:
    1.     Систематизация, закрепление и углубление знаний по дисциплине «Проектирование и безопасность систем газоснабжения».
    2.     Приобретение навыков практического применения знаний, самостоятельной проработки и решения технических вопросов проектирования.
    3.     Углубленное изучение конструкции оборудования систем газоснабжения.
    4.     Детальное ознакомление с нормативной и справочной документацией.
    5.     Приобретение навыков графического выражения результатов технических решений.
    В процессе проектирования студенты обучаются практическим методам расчетов, использованию технических условий, норм, типовых материалов и каталогов, касающихся газовых сетей, газовых приборов, систем регулирования подачи газа, а также на конкретном материале знакомятся с условиями эксплуатации сетей и приборов.
    В процессе выполнения проекта студент обязан самостоятельно проделать весь комплекс заданий с обоснованием принятых проектных решений, расчетами и графическими работами.
    Законченный проект, подписанный студентом и преподавателем, в сброшюрованном виде должен быть сдан на кафедру для последующей его защиты и окончательной аттестации проекта.

        1.2. Задание к курсовому проекту

    Проект выполняется по индивидуальному заданию и состоит из расчетнопояснительной записки и графической части.
    В расчетно-пояснительной записке следует выполнить:
    1.     Составить характеристику населенного пункта или района расположения газифицируемого объекта, включая климатические особенности региона, состояние рельефа, наличие лесных участков, водных объектов, а также расположение существующих систем жизнеобеспечения. В этом же разделе необходимо сформулировать индивидуальную задачу, обосновать и описать принятую систему газоснабжения, ее основные параметры, применяемую арматуру, перечислить основные требования к сетям, а также предусмотреть защиту от коррозии.
    2.     Расчеты годового потребления газа и максимально-часовых расходов в сетях низкого давления (СНД), в абонентских ответвлениях и внутридомовых газопроводах.

6

    3.      Расчеты гидродинамических потерь и подбор диаметров труб на всех участках газопроводов. Обоснование и выбор места расположения газорегуляторных пунктов (ГРП) или пунктов шкафного типа (ГРПШ), а также приборов и оборудования для них (рассчитать и подобрать регулятор давления, предохранительно-запорный клапан, предохранительно-сбросной клапан, фильтр, газопровод ГРП/ГРПШ).
    4.      Оценить надежность и безопасность принятой схемы системы газоснабжения.
    5.      Обосновать энергоэффективность выбранной схемы газоснабжения объекта сравнительным расчётом и выводами.
    В графическую часть курсового проекта входят следующие составляющие:
    1.      Генплан населенного пункта или района (объекта газификации) в масштабе М 1:10 000 или М 1:5000 с нанесенными на нем газовыми сетями, ГРС или ГРП/ГРПШ.
    2.      Схемы СНД, СВД (сети высоко давления) или ССД (сети среднего давления) с нанесенными на них направлениями движения газа; диаметрами труб, мм; длинами участков, м; потерями давления, Па; расходами газа, м³/ч, если данная расчетная схема не приведена в пояснительной записке.
    3.      План первого этажа жилого здания или газифицируемого производственного комплекса (М 1:200 или М 1:100) и аксонометрическая схема (М 1:100) внутридомового газопровода с указанием номеров стояков и участков, диаметров труб и длины участков.
    4.      Принципиальная схема ГРП/ГРПШ. Спецификация оборудования ГРП/ГРПШ.
    5.      Спецификация оборудования в соответствии с проектными решениями.

        1.3. Содержание и объем курсового проекта

    Пояснительная записка представляет собой последовательное изложение расчетного материала со всеми соответствующими схемами и ссылками на использованную литературу. Рекомендуется следующая структура расчетнопояснительной записки:
    а)  титульный лист;
    б)  задание (исходные данные и генплан);
    в)  содержание;
    г)      введение (дается краткая характеристика района потребления газа и формулируется цель проекта);
    д)  основная расчетная часть;
    е)  список литературы.
    Основная расчетная часть проекта состоит из следующих разделов:
    1. Исходные данные:
      1)        Данные о составе газа, используемого для газоснабжения (выбираются из Приложения 1 по первой букве фамилии студента. Если в группе есть одно

7

фамильцы, то следующий по списку студент выбирает состав газа по первой букве имени).
       2)       Населённый пункт для проектирования системы газоснабжения принимается в соответствии с принятым вариантом студента по первой букве фамилии из Приложения 1. Описание района проектирования, какие потребители газа в нём находятся, географические и климатические особенности населенного пункта выбираются по рекомендациям, указанным в [13]. Описание состава и глубины промерзания грунта в заданном населённом пункте осуществляются студентом самостоятельно на базе данных из нормативных документов или ин-тернет-ресурсов.
       3)       Генеральный план района проектных работ выдаётся преподавателем согласно варианту студента или выбирается студентом самостоятельно по карте населённого пункта из интернет-ресурсов из расчета площади проектирования 30-40 га и согласовывается с преподавателем с целью исключения повторений.
       4)       Сведения о средней этажности застройки районов и плотность жилищного фонда, м²/га, жилого района и микрорайона при застройке жилыми зданиями указываются в Приложении 2. Жилую площадь принять 15 м²/1 чел.; общую - 20 м²/1 чел.
       5)       Данные о годовых расходах газа на промышленных предприятиях (выбираются по Приложению 3 по первой букве имени студента или задаются преподавателем).
       6)       Сведения об охвате газоснабжением жилых домов малоэтажной застройки и коммунальных предприятий с учетом их расположения на генплане (выбираются по Приложению 4 по первой букве фамилии студента или задаются преподавателем).
       7)       План первого этажа газифицируемого жилого дома принимается самостоятельно по согласованию с преподавателем.
       8)       Величины давлений (избыточных) в сети среднего (высокого) давления начального в точке врезки в существующую сеть или после ГРС (задается преподавателем) и для населенных пунктов составляет не более 0,6 МПа.
       9)       Величина номинального давления газа перед приборами сети низкого давления соответствует 120 даПа.
    2. Расчет основных характеристик газа по его составу.
    3. Определение численности населения.
    4. Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа:
       1)       Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа в квартирах.
       2)       Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа на предприятиях бытового обслуживания.
       3)       Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа на предприятиях общественного питания.

8

      4)        Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа в учреждениях здравоохранения.
      5)        Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа на хлебозаводах.
      6)        Определение годовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение жилых и общественных зданий.
      7)        Определение годовых расходов теплоты при потреблении газа на нужды торговли, предприятий бытового обслуживания населения, школ и ВУЗов.
      8)        Составление итоговой таблицы расходов теплоты при потреблении газа районом города.
    5.      Определение годовых и часовых расходов газа различными потребителями района города.
    6.  Построение годового графика потребления газа районом города.
    7.      Выбор и обоснование системы газоснабжения. Конструирование сети газоснабжения района города. Обоснование энергоэффективности принятой конструкции системы газоснабжения.
    8.  Определение оптимального числа ГРП/ГРПШ.
    9.  Гидравлический расчет наружной системы газоснабжения:
      1)        Определение расчетных перепадов давления для всей сети низкого давления, для распределительных сетей, абонентских ответвлений и внутридомовых газопроводов.
      2)        Определение удельных путевых расходов газа для каждого контура и участка сети.
      3)        Определение транзитных, эквивалентных и расчетных часовых расходов газа на каждом участке сети.
      4)       Предварительный гидравлический расчет колец сети газоснабжения.
      5)        Окончательный гидравлический расчет колец сети газоснабжения. Увязка.
    10. Гидравлический расчет внутридомового газопровода.
    11. Подбор оборудования ГРП или ГРПШ.
    12. Гидравлический расчет сетей среднего/высокого давления.
    13.      Разработка мероприятий по защите газопровода от коррозии и деформаций.
    14. Расчет надежности выбранной схемы газоснабжения.
    15.      Разработка мероприятий бесперебойного, надежного и безопасного функционирования системы газоснабжения.
    16. Составление спецификации на оборудование.
    17. Библиографический список.
    Расчетно-пояснительная записка объемом 25-40 листов выполняется на белой бумаге формата А4 в соответствии с требованиями к текстовым документам [18-20]. Графики, эскизы, поясняющие содержание записки выполняются на миллиметровой бумаге.

9

    Графическая часть курсового проекта должная быть выполнена с использованием графического редактора Autocad или иного на ватмане формата А1. Масштаб генплана района населённого пункта М 1:10000 или М 1:5000, масштаб расчетных схем и иных выбирается произвольно, но изображение должно быть читабельное.

        1.4. Исходные данные

    Исходные данные для проектирования приведены в Приложениях 1, 2, 3, 4 и принимаются студентом по первым буквам фамилии и имени.

        1.5. Нормативно-техническая база и указания к выполнению курсового проекта

    Правовыми основаниями для разработки схемы газоснабжения населённых мест или промышленных узлов являются:
    1)      Федеральный закон №190-ФЗ «Градостроительный кодекс Российской Федерации»;
    2)      Федеральный закон №188-ФЗ «Жилищный кодекс Российской Федерации»;
    3)      Федеральный закон №116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»;
    4)      Федерального закона N 69-Ф3 «О газоснабжении в Российской Федерации»;
    5)      Федеральный закон N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»;
    6)      Федерального закона РФ от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»;
    7)      Технический регламент о безопасности сетей газораспределения и газопо-требления, утвержденный Постановлением Правительства РФ от 29.10.2010 № 870;
    8)      Постановление Правительства РФ от 14.06.2013 № 502 «Об утверждении требований к программам комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры поселений, городских округов».
    Пример выполнения курсового проекта приведен в [13].

        2. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ
        Раздел 1. Введение. Теория горения газообразного топлива

    1. Особенности газообразного топлива.
    2.     Дать определения процессам горения, самовозгорания, самовоспламенения, химического и физического взрыва, взрывного горения, дефлаграционного горения, детонационного горения.

10

    3.      Чем горючее вещество отличается от негорючего? Какие категории горения материалов общеприняты в РФ?
    4.  Стехиометрические уравнения горения.
    5.  Условия горения природного (парообразного) и сжиженного газа?
    6.      Чем отличается низшая теплота сгорания топлива от высшей теплоты сгорания? Почему в расчетах принимают значение низшей теплоты сгорания газа?
    7.      Какие параметры влияют на скорость распространения пламени газовоздушной смеси в трубке и в открытом пространстве?
    8.      Дать определение верхнего и нижнего концентрационного предела воспламенения газообразного топлива.
    9.  Какие методы сжигания газа известны?
    10.  Основное назначение газовых горелок.
    11.      Какие процессы вызывают проскок пламени или отрыв пламени в горелке?
    12.  Особенности расчета газовых горелок.

        Раздел 2. Безопасность сетей газораспределения и газопотребления

    1.      По каким признакам идентифицируются сети газораспределения и газопотребления?
    2.      Особенности обеспечения безопасности сетей газораспределения и газопотребления?
    3.     Где граница сети газораспределения?
    4.     Где граница сети газопотребления?
    5.      Какие требования безопасности должен учесть проектировщик на этапе формирования цели, задачи и ожидаемых результатов проекта газоснабжения?
    6.      Какие требования безопасности должен учесть проектировщик на этапе проектирования сетей газораспределения и газопотребления объектов различного назначения: промышленного, бытового, коммунально-бытового, административного?
    7.      Какие особые требования безопасности при проектировании сетей газораспределения и газопотребления в вечномерзлых грунтах должен учесть проектировщик?
    8.      Какие требования безопасности предъявляются к ограждающим конструкциям, помещениям промышленного назначения, в которых газ используется в виде энергетического ресурса?
    9.      Какие требования безопасности предъявляются к помещениям промышленного назначения, в которых установлено газоиспользующее оборудование мощностью до 100 кВт?
    10.      Какие требования безопасности предъявляются к помещениям промышленного назначения, в которых установлено газоиспользующее оборудование мощностью до 360 кВт?

11

    11.      Какие требования безопасности предъявляются к помещениям промышленного назначения, в которых установлено газоиспользующее оборудование мощностью свыше 360 кВт?
    12.      Какие объекты, использующие газ в виде энергетического ресурса, подпадают под требования ФЗ № 116?
    13.      Какие требования безопасности предъявляются к помещениям бытового назначения, в которых установлено газоиспользующее оборудование мощностью до 100 кВт?
    14.      Какие требования безопасности на этапах проектирования, монтажа и эксплуатации предъявляются к газовой отопительной котельной, размещенной в цокольном этаже дома?
    15.      Какие требования безопасности предъявляются к сосудам, работающим под высоким давлением газа?
    16.      Какие требования безопасности предъявляются к индивидуальным и групповым газобаллоным установкам?
    17.      Какие требования предъявляются к автотранспорту, в котором перевозится СУГ?
    18.      Методы локализации аварийных ситуаций при нарушении требований безопасной эксплуатации сетей газораспределения и газопотребления?

        Раздел 3. Проектирование сетей газораспределения и газопотребления

    1.      Какие требования предъявляются к техническому заданию на газоснабжение населенных местностей?
    2.      На основании каких данных формируется техническое задание к проекту по газоснабжению?
    3.      Какие необходимые исходные данные следует истребовать для начала проектных работ по газоснабжению?
    4.      Какими нормативно-правовыми и нормативно-техническими документами следует руководствоваться при ведении проектных работ по газоснабжению?
    5.      Какие основные требования безопасности предъявляются к газораспределительным сетям на этапе проектирования?
    6.      Какие основные требования безопасности предъявляются к сетям газопотребления на этапе проектирования?
    7.      Какая правовая граница между сетями газораспределения и газопотребления?
    8.      К какой организации относится балансовая принадлежность сетей газораспределения?
    9.      К какой организации относится балансовая принадлежность сетей газопотребления?
    10.      Какие основные требования безопасности предъявляются к сетям газопотребления на этапе проектирования на территориях с особыми климатическими условиями?

12