Газоснабжение автономных котельных

Как промышленные, так и коммунальные котельные обеспечиваются газом от городских распределительных сетей, которые классифицируют следующим образом [16]:

по избыточному давлению – высокого давления 1-й категории (от 0,6 до 1,2 МПа), высокого давления 11-й категории (свыше 0,3 до 0,6 МПа), среднего давления (свыше 0,005 до 0,3 МПа), низкого давления (до 0,005 МПа);

по способу прокладки - подземные, надземные, наземные;

по материалу труб – металлические (стальные), неметаллические (пластмассовые);

по расположению относительно зданий – наружные (уличные, межцеховые) и внутренние (расположенные внутри зданий и помещений);

по назначению в системе газоснабжения - магистральные, распределительные, вводные, продувочные.

Вводной газопровод – это участок газопровода от отключающей задвижки на вводе в здание до внутреннего газопровода, включая участок, проложенный в футляре через стенку здания.

Газораспределительная сеть населенного пункта может иметь газопроводы различного давления. В зависимости от этого могут быть следующие схемы подвода газа к котельным агрегатам:

- одноступенчатая, при которой распределение газа и подача его к котлам осуществляется по газопроводам одного давления (низкого или среднего);

- двухступенчатая, при которой подача газа осуществляется по газопроводам высокого и среднего давления, подвод к котлам по трубопроводам низкого давления;

- трехступенчатая, в которой используются газопроводы низкого, среднего и высокого давлений.

Связь между газопроводами разных давлений, входящих в систему газоснабжения, должна осуществляться только через газорегуляторные пункты (ГРП) или газорегуляторные установки (ГРУ). Таким образом, ГРП и ГРУ предназначены для снижения входного давления газа до заданного выходного (рабочего) и поддержания его постоянным независимо от его расхода и давления в подводящей магистрали. Допускаются колебания давления на выходе из ГРП (ГРУ) в пределах 10 % рабочего давления.

Для отдельно стоящих котельных ЖКХ применяют устройство ГРП непосредственно в котельной. Это может быть общее для всех котлов ГРП или отдельно на каждый котел свое ГРУ.

В отдельных случаях на вводе газа в котельную устанавливают шкафной газорегуляторный пункт (ШГРП).

В ГРП и ГРУ осуществляются очистка газа от механических примесей, контроль и регулирование выходного давления и контроль температуры газа, а также учет расхода потребленного газа.

ГРП размещаются:

- в отдельно стоящих зданиях;

- встроенными в одноэтажные производственные здания или котельные;

- в шкафах на наружных несгораемых стенах;

- на отдельно стоящих опорах.

ГРУ размещаются в газофицированных зданиях непосредственно в помещениях котельных или цехах, в которых находятся газоиспользующие агрегаты, или в смежных помещениях, соединенных с ними открытыми проемами и имеющими не менее чем трехкратный воздухообмен в час. Подача газа от ГРУ к потребителям в других отдельно стоящих зданиях не допускается.

Принципиальные технологические схемы ГРП и ГРУ аналогичны. На рис.3.25 представлена технологическая схема ГРП.

Как видно из рисунка, в технологической схеме ГРП можно выделить три линии: основную, обводную (байпасную) и рабочую.

На основной линии последовательно размещается следующее оборудование: запорная задвижка 8 для отключения основной линии; продувочный газопровод 5; фильтр 9 для очистки газа от различных механических примесей; предохранительно-запорный клапан 10, автоматически отключающий подачу газа при повышении или понижении давления газа в рабочей линии; регулятор давления газа 11, который снижает давление газа и автоматически поддерживает его на заданном уровне независимо от расхода газа потребителями; запорная задвижка на выходе 12.

а

б

Рис.3.25. Принципиальная схема и общий вид ГРП (ГРУ):

а – принципиальная схема; б – общий вид;

1 - предохранительно-сбросной клапан (сбросное устройство); 2 - запорная задвижка на байпасной линии; 3 - манометры; 4 - импульсная линия ПЗК; 5 - продувочный газопровод; 6 - байпасная линия; 7 - расходомер; 8 - входная запорная задвижка; 9 - фильтр; 10 - предохранительно-запорный клапан (ПЗК); 11 - регулятор давления; 12 - запорная задвижка на выходе

На байпасной линии устанавливается продувочный газопровод 5, две запорные задвижки 2, которые используются для ручного регулирования давления газа в рабочей линии во время выполнения ремонтных работ на основной линии газопровода.

На рабочей линии газопровода за задвижкой 2 устанавливается предохранительно-сбросной клапан 1 (ПСК), который служит для сброса газа через сбросную свечу в атмосферу. Такой режим наступает при резком уменьшении расхода газа котлами при отключении части из них, регулятор в силу своей инертности не может сразу восстановить заданное давление. Происходит кратковременное и быстрое повышение давления газа в системе газоснабжения после регулятора. Этот кратковременный неаварийный подъем выходного давления и снимает предохранительно-сбросной клапан, который подсоединяется к газопроводампосле узла измерения расхода газа, чтобы по счетчику можнобыло учесть и газ, сбрасываемый в атмосферу. ПСК настраивается на давление, меньшее максимального давления отсечки ПЗК.

В аварийном режиме (например, при выходе из строя регулятора и попадании газа входного высокого давления в систему пониженного давления) предохранительно-сбросной клапан уже не обеспечит нужного снижения выходного давления из-за малой пропускной способности. Давление после регулятора будетпродолжать расти, и когда оно достигнет значения, равного максимальной настройке предохранительно запорного клапана, последний отключит подачу газа в ГРП (ГРУ).

Следует учесть, что ГРП и ГРУ работают без постоянного обслуживающего персонала. Периодический контроль работы оборудования по давлению осуществляют по установленным регистрирующим и показывающим манометрам.

В ГРП устанавливаются также контрольно-измерительные приборы: термометры для измерения температуры газа и в помещении ГРП; расходомер 7 (газовый счетчик или дроссельный расходомер); манометры 3 для измерения входного давления газа и давления в рабочей линии, давления на входе и выходе из газового фильтра.

Газовые фильтры.

Фильтры предназначены для очистки газа от механических примесей: пыли, ржавчины и различных включений, содержащихся в газе.

В зависимости от расходов газа, его давления, типа регуляторов применяются различные конструкции фильтров.

В ГРП, размещаемых в шкафах, и в ГРП с диаметром трубо­проводов до 50 мм устанавливаются угловые сетчатые фильтры (рис. 3.26, а). Фильтр состоит из корпуса 1, фильтрующего элемента - обоймы 2, обтянутой мелкой металлической сеткой. Газ по входному патрубку поступает в фильтрующий элемент, очищается там от пыли и по выходному патрубку выходит из фильтра. Частицы пыли осаждаются на внутренней поверхности металлической сетки. Для ревизии фильтра и его замены предусмотрена пробка 3, отвернув которую можно извлечь из корпуса фильтрующий элемент.

В ГРПс условным диаметром трубопроводов 50 мм и более широко применяются чугунные волосяные фильтры (рис. 3.26, б). Фильтр состоит из корпуса 1, крышки 5 и кассеты 4. Очистка газа от пыли происходит в кассете из проволочных сеток, между кото­рыми находится конский волос или капроновая нить. Фильтрую­щий материал пропитывают висциновым маслом. На выходной стороне кассеты устанавливают перфорированный лист, предохраняющий заднюю (по ходу газа) сетку от разрыва и уноса фильтрующего материала.

Рис. 3.26. Газовые фильтры:

а - угловой сетчатый; б - волосяной; в - сварной;

1 - корпус; 2- обойма; 3 -пробка; 4-кассета; 5-крышка; 6- отбойный лист; 7 - люк для чистки

Фильтры сварные (рис. 3.26, в) предназначены для ГРП с расхо­дом газа от 7 до 100 тыс. м³/ч. Фильтр имеет сварной корпус 1 с присоединительными патрубками для входа и выхода газа, крыш­ку 5, люк 7 для чистки и кассету 4, заполненную капроновой ни­тью. Со стороны входа газа внутри корпуса приварен отбойный лист 6.

Отбойный лист выполняет функцию фильтра грубой очистки, так как крупные частицы, сталкиваясь с отбойным листом, теряют скорость и падают на дно. Мелкие частицы улавлива­ются в кассете с фильтрующим материалом, пропитанным висциновым маслом.

В процессе работы аэродинамическое сопротивление фильтров возрастает. Оно определяется как разность давлений газа на входе и выходе из фильтра. Перепад давления газа на кассете не должен превышать величину, установленную заводом-изготовителем.

Предохранительно-запорные клапаны (ПЗК)

Наиболее распростра­ненными предохранительно-запорными клапанами являются кла­паны низкого (ПКН) и высокого (ПКВ) давления, выпускаемые с условным проходом 50, 80, 100 и 200 мм. Они устанавливаются перед регулятором давления. Конструкции клапанов ПКН и ПКВ практически одинаковы. Предохранительно-запорный клапан ПКН и ПКВ (рис. 3.27) состоит из чугунного литого корпуса 4 вентиль­ного типа, мембранной камеры, настроечной головки и системы рычагов. Внутри корпуса имеется клапан 5. Шток клапана входит в соединение с рычагом 3, один конец которого крепится шарнирно внутри корпуса, а другой с грузом выведен наружу [16].

Рис. 3.27. Предохранительно-запорный клапан низкого (ПКН) и высокого (ПКВ) давления:

1 - ударный молоточек; 2- штифт рычага; 3- рычаг с грузом; 4 -корпус; 5- клапан; 6- рычаг анкерный; 7 - штуцер; 8-мембрана; 9- большая настроечная пружина; 10-малая настроечная пружина; 11- коромысло; 12-штифт

Для откры­тия клапана 5 с помощью рычага 3 необходимо, чтобы сначала немного был поднят шток и чтобы он удерживался в таком поло­жении. При этом открывается отверстие в клапане и перепад давления до и после него уменьшается. Рычаг 3 с грузом вводится в зацепление с одним из концов анкерного рычага 6, который укреплен на корпусе шарнирно. Ударный молоточек 1 также кре­пится шарнирно и расположен над другим свободным плечом ан­керного рычага.

Над корпусом под настроечной головкой расположена мемб­ранная камера, в которую через штуцер 7 под мембрану 8 посту­пает импульс давления газа из рабочей линии. На мембране сверху расположен шток с гнездом, в которое одним плечом входит ко­ромысло 11. Другое плечо коромысла входит в зацепление со штиф­том 12 ударного молоточка.

Если в рабочем газопроводе давление превышает верхний пре­дел или оно меньше нижнего заданного предела, то мембрана пере­мещает шток, выводя из зацепления штифт ударного молоточка с коромыслом. Молоточек при этом падает, ударяет по плечу анкер­ного рычага и выводит другое его плечо из зацепления с рычагом 3. Под действием груза клапан опускается, и подача газа прекращается. Для настройки предохранительно-запорного клапа­на на верхний предел срабатывания используется большая настро­ечная пружина 9, а на нижний предел срабатывания — малая на­строечная пружина 10.

Предохранительно-запорный клапан ПЗК (рис. 3.28) состоит из литого корпуса 4, клапана 3, закрепленного на оси 1. На оси 1 уста- новлены пружины 2, один конец которых упирается в корпус 4, а другой — в клапан 3. На конце оси 1, выходящем наружу, закреп­лен рычаг 12, который через промежуточный рычаг 13 с упором 14 удерживается в вертикальном положении наконечником 15 меха­низма контроля 10. Механизм контроля включает в себя мембра­ну 11, шток 5 и закрепленный на штоке наконечник 15. Мембрана уравновешивается контролируемым давлением и пружинами 8 и 9, усилия которых регулируются резьбовыми втулками 6 и 7.

При повышении или понижении давления газа в подмембран-ной области относительно пределов настройки наконечник 15 пере­мещается влево или вправо и упор 14, установленный на рычаге 13, выходит из зацепления с наконечником 15, освобождает связан­ные между собой рычаги 12 и 13 и дает возможность оси 1 повер­нуться под действием пружин 2. При этом клапан 3 закрывает про­ход газа.

Верхний предел срабатывания предохранительно-запорных кла­панов не должен превышать номинальное рабочее давление газа после регулятора более чем на 25 %. Нижний предел определяется минимально допустимым давлением, указанным в паспорте горелки, или давлением, при котором по данным наладочных испы­таний могут погаснуть горелки, произойти проскок пламени.

Рис. 3.28. Предохранительно-запорный клапан ПЗК:

1 - ось; 2, 8, 9 -пружины; 3 - клапан; 4 - корпус; 5- шток; 6,7 - втулки; 10 – механизм контроля; 11 - мембрана; 12, 13 - рычаги; 14 - упор; 15 - наконечник

Регуляторы давления

В ГРП применяют, как правило, регуля­торы давления непрямого действия, в которых регулирование дав­ления газа происходит путем изменения его расхода, а управление осуществляется за счет энергии самого газа. Наибольшее распро­странение получили регуляторы непрерывного действия с усили­телями (пилотами), например, типа РДУК-2 [16].

Регулятор давления универсальный Ф.Ф.Казанцева РДУК-2 состоит из собственно регулятора и регулятора управления - пилота (рис. 3.29).

Газ входного давления через фильтр 8 поимпульс­ной трубке А поступает в надклапанное пространство пилота. Си­лой своего давления газ прижимает клапаны (плунжеры) 2 и 9 (регулятора и пилота) к седлам 7 и 10. При этом газ не поступает в рабочий газопровод и давление в нем отсутствует. Для пуска ре­гулятора давления в работу необходимо медленно вкручивать ста­кан 4 в тело пилота. Пружина 5, сжимаясь, воздействует на мемб­рану и преодолевает силу давления газа в надклапанном простран­стве пилота и усилие пружины 1. Клапан пилота открывается, и газ из надклапанного пространства пилота поступает в подклапанное , и далее по соединительной трубке Б через дроссель 12 под мембрану 11 регулятора. Часть газа через дроссель 13 сбрасывается в рабочий газопровод, однако давление под мембраной регулятора всегда несколько больше давления в рабочем газопроводе. Под воздействием перепада давления под и над мембраной 11 регулятора последняя приподнимается, приоткрывая клапан 9 регулятора для подачи газа потребителю.

В рабочий

газопровод

Рис. 3.29. Схема регулятора давления универсального Ф.Ф.Казанцева

РДУК-2:

1, 5 - пружины; 2 - клапан пилота; 3 - ручка; 4 - стакан; 6 - мембрана пилота; 7, 10 - седла; 8 - фильтр; 9 - клапан регулятора; 11 - мембрана регу­лятора; 12, 13 - дроссели; А, Б, В, Г, Д - трубки

Стакан пилота вкручивают до тех пор, пока давление в выходном газопроводе не станет равным заданному рабочему.

При изменении расхода газа у потребителя в рабочем газопро­воде изменяется давление. Благодаря импульсной трубке В изменя­ется и давление над мембраной 6 пилота, которая, опускаясь и сжимая пружину 5 или приподнимаясь под воздействием пружи­ны, соответственно прикрывает или приоткрывает клапан пилота 2.

При уменьше­нии расходования газа потребителем давление в рабочей линии повышается, клапан пилота 2 прикрывается и клапан регулятора 9 тоже прикроется, восстанавливая давление в рабочем газопроводе до заданного. При увеличении расхода и снижении давления кла­паны пилота и регулятора приоткрываются, давление в рабочем газопроводе поднимается до заданного.

Регулятор давления блочный Ф. Ф. Казанцева РДБК-1 (рис. 3.30) состоит из трех узлов: регулятора 3, стабилизатора 2 и пилота 1. Клапан регулирующий РДБК-1 по конструкции аналогичен кла­пану РДУК и отличается наличием импульсной колонки 4 с тремя регулируемыми дросселями.

Газ входного давления поступает к стабилизатору, а от него к регулятору управления (пилоту). Стабилизатор создает при работе постоянный перепад давлений на регуляторе управления (пило­те), что делает работу регулятора мало зависимой от колебаний входного давления. Регулируемые дроссели 5, 6, 7 служат для на­стройки на спокойную работу регулятора.

Рис.3.30. Схема регулятора давления блочного Ф.Ф.Казан-

цева РДБК-1:

1 - пилот; 2 - стабилизатор; 3 – регу-

лятор давления; 4 - импульсная колонка; 5, 6, 7 - регулируемые дроссели

Предохранительно-сбросный клапан

На рис. 3.31 показан пред­охранительно-сбросный клапан ПСК-50, который состоит из кор­пуса 7, мембраны 2 с тарелкой, на которой укреплен плунжер (клапан) 4, настроечной пружины 5 и регулировочного винта 6. С рабочим газопроводом клапан сообщается через боковой патру­бок. При повышении давления газа выше определенного настроеч­ная пружина 5 сжимается, мембрана 2 вместе с плунжером опус­кается, открывая выход газу через сбросной трубопровод в атмо­сферу. При уменьшении давления плунжер под действием пружи­ны перекрывает седло, сброс газа прекращается.

Рис.3.31. Предохранительно-сбросный клапан ПСК-50:

1 - корпус; 2 - мембрана с тарелкой; 3 - крышка; 4 - плунжер; 5 - пружина; 6 - регулировочный винт

Выбор способа прокладки газопроводов по территории котельной решается в зависимости от местных условий.

В помещениях отопительных котельных разрешается прокладка газопроводов низкого и среднего давления. В котельных, распо­ложенных в отдельно стоящих зданиях, разрешается прокладка га­зопроводов высокого давления, но не более 0,6 МПа (6 кгс/см²).

Трассировку и диаметры газопроводов выбирают таким обра­зом, чтобы потери давления от газорегуляторных установок (ГРУ) до наиболее удаленных горелок не превышали 40-50 % номинального давления газа перед горелками при выходном низком давлении и 20-25 % - при среднем давлении.

В котельной производят, как правило, открытую прокладку газопроводов.

Газопроводы крепят к стенам, колоннам и перекрытию ко­тельной, а также к каркасам котлов с помощью кронштейнов, подвесок и хомутов. Газопроводы должны лежать на опорах плотно, без зазоров.

В местах прохода для людей газопроводы прокладывают на высоте не менее 2,2 м до низа трубы. При расположении арма­туры на высоте более 2 м предусматривается площадка обслужи­вания из несгораемых материалов с лестницами или же дистан­ционный привод. Трубы соединяют, как правило, сваркой. Резьбовые и фланцевые соединения допускаются в местах установки отключающих устройств, коллекторов, регуляторов давления, КИП, газовых горелок.

Газопроводы после окончания монтажа и испытаний окра­шивают масляными красками в светло-коричневый или желтый цвет.

При строительстве газопроводов применяют, как правило, стальные трубы. В последнее время для подземных газопроводов используют полиэтиленовые трубы, которые применяют при давлении газа не более 0,6 МПа.

Полиэтиленовые трубы обладают рядом положи­тельных свойств по сравнению со стальными:

- высокой коррозионной стойкостью почти во всех кислотах (кроме органических) и щелочах, и поэтому не нуждаются в изоляции и электрохимической защите газопроводов;

- незначительным весом, который способствует экономии транспортных расходов, и удобством в обращении с этими тру­бами (снижение трудозатрат при монтажных и сварочных рабо­тах);

- повышенной пропускной способностью (приблизительно на 20 %) благодаря гладкой поверхности (эквивалентная шерохова­тость стенки стальной трубы 0,01 см, полиэтиленовой 0,002 см);

- достаточно высокой прочностью при эластичности и гибко­сти.

К недостаткам полиэтиленовых труб следует отнести:

· горючесть;

· повышенную окисляемость при нагревании;

· изменение своих свойств под воздействием прямых солнеч­ных лучей;

· высокий коэффициент линейного расширения (в интервале температур 20-30 °С к= 0,00022 1/ °С);

· усталостные процессы (релаксационное разуплотнение).

Стальные прямошовные, спиральношовные и бесшовные трубы, изготовленные из хорошо сваривающейся стали, содер­жащей не более 0,25 % углерода, 0,056 % серы и 0,046 % фос­фора.

Для подземных и наземных газопроводов толщину стенки труб принимают не менее 3 мм, а для наружных надземных и наземных газопроводов - не менее 2 мм.

Импульсные газопроводы для присоединения контрольно-измерительных приборов и приборов автоматики изготавлива­ют из стальных труб для газопроводов соответствующего дав­ления. Однако для их подключения допускается применять медные, круглые, тянутые, холоднокатаные трубы общего на­значения.

При эксплуатации котельных установок на газовом топливе могут применяться гибкие газопроводы при использовании пере­носных газоиспользующих устройств. В отличие от стальных га­зопроводов резиновые и резинотканевые рукава обеспечивают без­аварийную работу на более короткий срок, так как с течением вре­мени физические и механические свойства резины и ткани меняются, причем главное свойство резины - эластичность - мо­жет быть полностью утрачено.

Соединение стальных трубопроводов и газового оборудова­ния осуществляют при помощи соединительных частей, кото­рые изготавливают из ковкого чугуна или спокойной стали (ли­тые, кованные, штампованные, гнутые или сварные). Из ковкого чугуна с цилиндрической резьбой изготавливают угольники, тройники, кресты, муфты, гайки соединительные, пробки.

Из стали изготавливают муфты, контргайки, сгоны с цилин­дрической резьбой. Для соединения труб сваркой применяют отводы, переходы, тройники, седловины, заглушки. Для пово­ротов газопровода применяют гнутые отводы из бесшовных труб на углы 15; 30; 45; 60; 75 и 90°.

На наружных газопроводах фланцевые соединения применя­ют только для установки задвижек, кранов и другой арматуры. Резьбовые соединения используются в местах установки кранов, пробок, муфт на конденсатосборниках и гидрозатворах, запорной арматуры на надземных вводах газопроводов низкого давле­ния и присоединения КИП. На подземных газопроводах всех давлений применение резьбовых соединений не допускается.

На газопроводах чаще всего используют плоские стальные приварные фланцы. Для их уплотнения применяются прокладкииз паронита толщиной 1-4 мм для газопроводов давлением до 1,2 МПа, а также из алюминия и меди - толщиной 1-4 мм для газопроводов всех давлений.