Глава 4. Основные характеристики автономного газоснабжения

По всей России 8 800 500-92-62 Москва +7 (495) 120-07-78 Санкт-Петербург +7 (812) 318-75-80
Основные характеристики автономного газоснабжения

Глава 4. Основные характеристики автономного газоснабжения

В нашей стране газоснабжение жилых домов, общественных зданий и предприятий бытового обслуживания осуществляется на базе природных и сжиженных углеводородных (СУГ) газов. Поскольку природные газы и СУГ взаимозаменяемы, приборы, аппараты, газогорелочные устройства, многие требования и решения пригодны для обоих видов топлива. Но есть и отличия, учитывающие особенности СУГ. Например, вопросы газоснабжения на базе СУГ решаются сложнее.

Системы газоснабжения в зависимости от вида потребителей, расхода газа, климатических условий подразделяются на:

  • индивидуальные баллонные,
  • групповые резервуарные (с естественным или искусственным испарением);
  • групповые резервуарные установки по получению взрывобезопасных смесей газа с воздухом (со смесительными агрегатами).

В соответствии с требованиями СНиП 42-01-02 и «Правил безопасности в газовом хозяйстве» индивидуальной баллонной установкой следует считать установку, имеющую не более двух баллонов со сжиженным газом; групповой баллонной — установку, в состав которой входит более двух баллонов. Резервуарные установки допускается проектировать с подземным и надземным размещением резервуаров, при этом число резервуаров, определенное расчетом, должно быть не менее двух.

Смешение паровой фазы сжиженных газов с воздухом следует предусматривать в соотношениях, обеспечивающих превышение верхнего предела воспламеняемости смеси не менее чем в 2 раза, при этом должны предусматриваться автоматические устройства для отключения смесительной установки в случае приближения состава смеси к пределам опасной концентрации или в случае внезапного прекращения поступления одного из компонентов смеси. Подробнее смотрите в соответствующей главе.

По месту испарения жидкости установки подразделяются на:

  • проточные, обеспечивающие получение паровой фазы постоянного химического состава в специальных теплообменных аппаратах-испарителях;
  • емкостные, с испарением сжиженных газов непосредственно в расходных резервуарах при помощи специальных нагревателейрегазификаторов (испарителей).

В качестве теплоносителя испарительных установок могут быть использованы горячая вода, пар, электрическая энергия, горячие инертные газы и др. Возможность применения огневых испарителей должны регламентироваться специальными техническими условиями, утвержденными в установленном порядке. В групповых установках по получению смесей газа с воздухом испарение жидкости происходит вне резервуара за счет теплоты искусственного теплоносителя.

4.1. БАЛЛОННЫЕ УСТАНОВКИ

Самой простой баллонной установкой является индивидуальная с одним баллоном вместимостью 50 л или с двумя баллонами вместимостью по 27 л, устанавливаемыми непосредственно на кухне. Второй тип — индивидуальные установки с двумя баллонами, размещаемыми вне здания в металлическом шкафу. Третий тип — групповые (многобаллонные) установки с баллонами вместимостью 50 л, устанавливаемыми как вне здания в металлическом шкафу, так и в отапливаемом помещении.

Индивидуальные баллонные установки. Индивидуальные баллонные установки предназначены в основном для газоснабжения потребителей с небольшим расходом газа, например, отдельных квартир. Для жилого фонда могут применяться индивидуальные установки двух типов: шкафная наружная с двумя баллонами вместимостью 50 л и подачей паровой фазы газа к плите, размещенной на кухне, по газопроводу от наружного шкафа до плиты; внутриквартирная с установкой на кухне 2-горелочной газовой плиты с баллоном вместимостью 5 л, 3-горелочной плиты со встроенным баллоном 27 л и 2-х и 4-горелочных плит с баллоном 50 л.

В соответствии с действующими правилами взамен одного баллона вместимостью 50 л допускается в одном помещении устанавливать два баллона вместимостью не более 27 л каждый, один из которых — резервный.

Во втором случае положительные температуры воздуха обеспечивают бесперебойное газоснабжение потребителей при использовании СУГ любой марки. Однако такие установки обладают повышенной опасностью вследствие возможных утечек газа или разрыва переполненного баллона, находящегося внутри помещения, что может привести к образованию взрывоопасных концентраций.

Эксплуатация баллонов, размещенных вне помещения, безопасней, однако при низких температурах испарительная способность газа резко снижается. При этом количество неиспарившихся остатков газа в баллоне может быть весьма значительным. При установке баллонов в шкафах вне помещения это обстоятельство усложняет работу газонаполнительных станций (ГНС), так как требуется организовать слив неиспарившихся остатков из баллонов. Следовательно, при использовании баллона для индивидуальнобытовых, а также ограниченных производственных нужд, важен не только состав газа, но и способ установки баллона, т.е. находится ли он вне (в шкафу) или внутри помещения (рядом с плитой).

При газоснабжении от однобаллонных установок необходимо выполнять следующие требования:

  • не разрешается устанавливать баллоны с газом в помещениях, имеющих подвалы и погреба, вход в которые осуществляется из этих помещений (однако при газификации существующего жилого фонда допускается устанавливать баллоны с газом в таких помещениях при условии уплотнения входов и полов, перекрытий между ними, заделки щелей и выполнения других мероприятий, исключающих возможность проникновения газа в эти подземные сооружения); в цокольных и подвальных помещениях; в жилых комнатах; в кухнях, расположенных непосредственно под больничными палатами, аудиториями и классами учебных заведений, а также под фойе зрительными, обеденными, торговыми залами и т.п.;
  • баллон должен быть установлен в легкодоступном для осмотра месте и прочно прикреплен к стене специальными хомутами;
  • запрещается устанавливать баллон против топки отопительной печи;
  • объем баллона при установке внутри жилых и общественных зданий не должен превышать 50 л;
  • баллон следует устанавливать не ближе 1 м от газовой плиты или другого газового прибора, радиатора отопления, печи, электрических выключателей и счетчиков. Это расстояние может быть уменьшено до 0,5 м, если предусматривается экранирование баллона. Расстояние до топочных дверок печи должно быть не менее 2 м.

Двухбаллонные установки (в случае технической обоснованности) снабжают двумя баллонами, устанавливаемыми в металлических шкафах, которые крепятся снаружи у стен здания. Кроме общих требований при монтаже этих установок должны быть выполнены следующие дополнительные условия:

Один из видов сырья для производства СУГ — попутный нефтяной газ
Рис. 4.1. Шкафная наружная установка у кирпичной стены с двумя
баллонами вместимостью 50 л для индивидуального пользования
сжиженным газом
1 – скоба; 2 – регулятор давления; 3 – обвязка регулятора давления;
4 – баллон; 5 – шкаф; 6 – фундамент
  • шкаф для баллонов устанавливается на прочное несгораемое основание не ближе 0,5 м от дверей и окон первого этажа и 3 м от окон и дверей подвальных и цокольных помещений, выгребных ям, колодцев, погребов и других заглубленных в грунт сооружений. Он крепится к стене здания металлическими скобами или специальными костылями. Высота основания под шкаф должна быть не менее 0,1 м от уровня земли. Две дверцы шкафа облегчают установку и извлечение баллонов, а для его вентиляции в нижней и верхней частях стенок должны иметься прорези или жалюзийные решетки. В шкафах необходимо предусмотреть гнезда для установки в них баллонов, а на задней стенке — узел для крепления регулятора давления.

На промышленных предприятиях баллоны с газом должны быть предусмотрены в местах, защищенных от повреждения баллонов внутрицеховым транспортом, от брызг металла и воздействия корродирующих жидкостей и газов, а также от нагрева выше 45°С. Баллонные установки, применяемые для снабжения сжиженным газом животноводческих и птицеводческих ферм, следует размещать вне зданий; допускается устанавливать баллоны внутри оранжерей и теплиц, имеющих вентиляцию, которая обеспечивает удаление 2/3 воздуха из нижней зоны помещения.

Для обеспечения газом потребителей на сезонных сельскохозяйственных работах (сушка зерна и овощей, выжигание сорняков, борьба с вредителями и т.п.), при строительстве зданий и сооружений (например, сушка штукатурки, обогрев сооружений из бетона и т.п.) допускается предусматривать передвижные или переносные баллонные установки сжиженных газов.

Газоснабжение передвижных буфетов, столовых и т.п. допускается при наличии проекта, согласованного в установленном порядке с местной организацией по эксплуатации газового хозяйства.

Баллонные установки, устанавливаемые снаружи, могут применяться без подогрева только при положительной температуре наружного воздуха. В остальных случаях использовать баллонные установки можно только при условиях размещения их в отапливаемых помещениях, т.е. в кухнях, и заправки техническим бутаном (БТ) или сжиженными пропан-бутанами летней марки (СПБТЛ).

Групповые баллонные установки. Для газоснабжения жилых малоквартирных зданий, мелких коммунально-бытовых и промышленных предприятий, можно использовать групповые баллонные установки (в состав их входит более двух баллонов), размещаемые в металлических шкафах.

Внимание: такие установки следует применять для газоснабжения только в исключительных случаях, когда невозможно устройство групповых резервуарных установок.

Таблица 4.1. Минимальные расстояния от групповой баллонной установки до зданий и сооружений

Здания Расстояние от групповой баллонной установки, м
Жилые дома, производственные здания промышленных предприятий, здания предприятий бытового обслуживания производственного характера и другие здания степени огнестойкости:
I и II 8
III и IIIа 10
IV, IVa и V 12
Общественные здания независимо от степени огнестойкости 25
Временные отдельно стоящие хозяйственные строения (например, дровяные сараи, навесы и т. п.) 8
Канализация, теплотрасса 3,5
Водопровод и другие бесканальные коммуникации 2,0
Колодцы подземных коммуникаций, выгребные ямы 5,0
Электрокабели и воздушные линии электропередачи В соответствии с ПУЭ
Телефонные кабели и воздушные линии телефонной и радиотрансляционной сети В соответствии с ВСН 116-87 и ВСН 600-81 Минсвязи СССР

Согласно действующим правилам суммарный объем баллонов в такой установке не должен превышать 600 л при расположении шкафа у глухой несгораемой стены жилых и общественных зданий и коммунально-бытовых предприятии и 1000 л при размещении шкафа в отрыве от здания. Для промышленных и коммунальных предприятий допускается устанавливать баллоны общим объемом 1000 и 1500 л у глухой несгораемой стены, с разрывом от зданий (табл. 4.1).

Возле одного общественного и коммунально-бытового здания разрешается ставить только одну групповую установку, возле жилого дома — не более трех групповых установок на расстоянии не менее 15 м одна от другой. Шкафы и баллоны следует устанавливать на фундаментах с отмосткой шириной не менее 0,5 м. Групповые баллонные установки должны размещаться в местах, имеющих удобный подъезд для автотранспорта.

Групповые баллонные установки снабжаются коллекторами высокого давления, регулятором давления газа или редуктором), общим отключающим устройством, показывающим манометром, сбросным предохранительным устройством (клапаном). Для бесперебойного снабжения потребителей газом обычно применяют одну установку с двумя параллельными рядами баллонов, подключаемых к одному регулятору давления.

Таблица 4.2. Максимальная общая вместимость группы резервуаров

Назначение групповой резервуарной установки Общая вместимость резервуаров, м3, при расположении
надземном подземном
Газоснабжение общественных и жилых зданий и сооружений 5 300
Газоснабжение промышленных, сельскохозяйственных предприятий и предприятий бытового обслуживания производственного характера 20 300

Таблица 4.3. Максимальная вместимость одного резервуара

Общая вместимость резервуарной установки, м3 Общая вместимость резервуаров, м3, при расположении
надземном подземном
Передвижные резервуары до 5 1,6 -
Непередвижные резервуары:
До 20 5 5
Свыше 20 до 50 - 10
Свыше 50 до 100 - 25
Свыше 100 до 300 - 50

Таблица 4.4. Минимальные расстояния от резервуаров групповых резервуарных установок до зданий и сооружений различного назначения

Здания и сооружения Расстояние, м, от резервуаров
надземных подземных
при общей вместимости резервуаров в резервуарной установке, м3
до 5 cв. 5 до 10 св. 10 до 20 до 10 cв. 10 до 20 св. 20 до 50 св. 50 до 100 св. 100 до 200 св. 200 до 300
Общественные здания и сооружения 40 - - 15 20 30 40 40 75
Жилые дома

с проемами в стенах, обращенных к установке

20 - - 10 15 20 40 40 75

без проемов в стенах, обращенных к установке

15 - - 8 10 15 40 40 75
Здания и сооружения промышленных, сельскохозяйственных предприятий и предприятий бытового обслуживания производственного характера 15 20 25 8 10 15 25 35 45

Примечания:

  1. Если в жилом доме размещены учреждения (предприятия) общественного назначения, расстояния следует принимать как до жилого дома.
  2. Расстояния между смежными резервуарными установками следует принимать по поз. 3.
Ящик для хранения шести баллонов вместимостью по 50 л
Рис. 4.2. Ящик для хранения шести баллонов
вместимостью по 50 л

Наружные газобаллонные установки могут быть допущены для круглогодичного газоснабжения только в случае принятия мер по обеспечению номинальной испарительной способности (установка баллонов в отапливаемых помещениях, утепленных обогреваемых шкафах и др.). Помещения, в которых размещают групповые газобаллонные установки, могут быть отдельно стоящими или пристроенными к глухой наружной стене здания. Они должны быть одноэтажными, выполненными из несгораемых материалов, с легкосбрасываемыми покрытиями, безыскровыми полами и без чердака, с открывающимися наружу окнами и дверьми, отапливаемыми, вентилируемыми, с электрическим освещением во взрывозащищенном исполнении. Отопление помещений следует проектировать водяным или паровым от системы отопления здания или водяным с естественной циркуляцией. Максимальная температура на поверхности нагревательных приборов не должна превышать 95°С, температура в помещении — +30°С. Вентиляция должна предусматриваться из нижней и верхней зон помещения. Газопроводы от групповой газобаллонной установки необходимо прокладывать в грунте ниже зоны промерзания. На газопроводах в наиболее низких точках, но не ближе 2–3 м от зданий, надо устанавливать конденсатосборники, соответствующие диаметру газопровода. При этом подземные газопроводы следует прокладывать с уклоном не менее 0,002 в сторону конденсатосборника. Прокладка газопроводов низкого давления в зоне на глубине 1,0–1,5 м возможна при условии установки обогрева конденсатосборников и теплоизоляции газопроводов материалом толщиной 30–40 мм с коэффициентом теплопроводности 0,7–0,9 Вт/(м•°С). Вводы газопровода в лестничные клетки должны быть утепленные, цокольные, с отключающим устройством, устанавливаемым снаружи здания.

При использовании для газоснабжения групповой газобаллонной установки, расположенной в шкафу у стены здания, для получения температуры, обеспечивающей постоянную номинальную испарительную способность, металлический шкаф рекомендуется обогревать горячей водой от системы отопления здания.

Ящик для хранения десяти баллонов вместимостью по 50 л
Рис. 4.3. Ящик для хранения десяти баллонов вместимостью по 50 л
1 – крыша; 2 – заклепка; 3 – гайка; 4, 9 – боковые стенки; 5 – основание;
6, 7 – правая и левая дверки; 8 – стойки

Шкаф должен иметь теплоизоляцию минеральной ватой толщиной 50–60 мм. На трубопроводе горячей воды внутри здания на начальном и конечном участках должны быть запроектированы отключающие устройства, и дренажные трубки на случай слива воды из системы с целью предотвращения ее замерзания в трубах при возникновении аварийной ситуации или необходимости проведения ремонтных работ. Пуск системы обогрева шкафной установки в эксплуатацию рекомендуется осуществлять одновременно с пуском системы отопления жилых зданий. Прокладку газопроводов паровой фазы сжиженного газа следует предусматривать с уклоном в сторону баллонов. Газопровод паровой фазы от шкафа групповой баллонной установки до ввода в здание необходимо теплоизолировать минеральной ватой толщиной 30–40 мм.

Процесс испарения пропан-бутановой смеси при отборе паровой фазы из баллона происходит фракционно — по мере испарения постоянно увеличивается доля бутановых фракций. Решающее влияние на испарительную способность оказывает соотношение пропана и бутанов в газе. Кроме того, по мере отбора паров из баллона его испарительная способность непрерывно снижается, во-первых, за счет уменьшения смоченной поверхности через которую осуществляется подвод тепла для кипения сжиженных пропан-бутанов, и, во-вторых, за счет падения температурного напора, обусловленного повышением температуры кипения вследствие роста содержания бутанов в жидкой смеси.

При оптимальном отборе паров приток теплоты из окружающей атмосферы компенсирует затраты ее на испарение жидкости и испарительная способность баллона уменьшается медленно, приближенно пропорционально уменьшению смоченной поверхности баллона. Число баллонов в групповых установках для газоснабжения жилых зданий можно определять по приведенной ниже формуле, составленной на основании эксплуатационных данных, учитывающих режим потребления газа квартирами:

N = 3,62ngKо /(QнV)(4.1)

где N — число рабочих баллонов в групповой установке; n — число газоснабжаемых квартир; g— номинальная тепловая мощность газовых приборов, установленных в одной квартире, кВт; К0 — коэффициент одновременности, принимаемый по табл. 3.13; Qн — низшая теплота сгорания газа, кДж/м3; V — расчетная испарительная способность по газу одного баллона, м3/ч.

Для зимнего периода в средней полосе России расчетная испарительная способность одного баллона может быть принята на основании средних расчетных данных в пределах 0,220–0,436 м3/ч (для 50-литровых баллонов). Эти значения пригодны для установок, предназначенных для газоснабжения жилых квартир, так как они учитывают периодичность и неодновременность работы газовых приборов. Кроме того, для обеспечения бесперебойности газоснабжения в каждой групповой установке рекомендуется предусматривать число резервных баллонов, равное числу рабочих баллонов, и создавать возможность их раздельной и совместной работы.

Таблица 4.5. Условия прокладки газопроводов паровой фазы низкого давления от резервуарных и групповых баллонных установок до зданий и сооружений

Установки При естественном испарении При искусственном испарении
В проточных испарителях В резервуарах
Резервуарные с подземными резервуарами Подземная прокладка с  глубиной заложения не выше осевой линии резервуаров с установкой конденсатосборников Подземная прокладка с глубиной заложения не менее 1 м с установкой конденсатосборников Подземная прокладка с глубиной заложения ниже глубины промерзания с установкой конденсатосборников
Резервуарные с надземными резервуарами Надземная или подземная прокладка (исходя из местных условий)
Групповые баллонные с разрывами от зданий согласно табл. 4.1
Групповые баллонные, размещенные в отапливаемых помещениях Подземная прокладка с глубиной заложения ниже глубины промерзания с установкой конденсатосборников

Примечания:

  1. При искусственном испарении в проточных испарителях и концентрации пропана в газе менее 40% прокладку наружных газопроводов следует предусматривать ниже глубины промерзания грунта, а при концентрации пропана в газе 40% и более — на глубине 1 м. Вводы газопроводов в лестничные клетки должны быть цокольными, утепленными;
  2. В отдельных случаях при невозможности или нецелесообразности выполнения цокольных вводов газопроводов от подземных резервуаров в здания допускается надземная прокладка газопроводов по стенам жилых зданий, при этом газопровод должен прокладываться с тепловым спутником в общей изоляции.

В феврале 2012 года на IX Красноярском экономическом форуме был представлен проект «Безопасный газ», поддержанный Агентством Стратегических инициатив и инициировавший изменение стандартов в сфере производства и эксплуатации газовых баллонов. Он направлен на внедрение современных безопасных технологий хранения и транспортировки газа.

Одной из стратегических целей проекта стало ускоренное внедрение в газооборот взрывобезопасных газовых баллонов, призванных заменить традиционные стальные. К преимуществам полимерных баллонов низкого давления относятся: малый вес (на 70% легче металлических), отсутствие корродирующих элементов, прозрачность и видимость уровня газа внутри баллона. Существенным недостатком композитных изделий остается высокая стоимость — €10 за литр объема, что в 4-5 раз дороже, чем стальные.

Традиционные стальные и композитные баллоны для сжиженного газа различаются по способности теплообмена, поэтому в холодную погоду или при экстремальном потреблении газа более 1 кг/час есть заметная разница в мощности испарения. Однако в нормальных условиях при потреблении около 0,3-0,5 кг/час производительность баллонов сравнима. Также следует иметь в виду, что количество газа, оставшегося в металлическом баллоне, по сравнению с композитным баллоном, как правило, меньше.

Композитные газовые баллоны – новый стандарт безопасности
Рис. 4.4. Композитные газовые баллоны –
новый стандарт безопасности

Композитные баллоны для сжиженного газа нуждаются в мерах по защите от УФ-излучения. Общеизвестно, что пластмасса изменяется под влиянием ультрафиолетового излучения, в результате чего качество материала и технические свойства ухудшаются. Наиболее распространенными материалами для изготовления современных баллонов являются винил-эфирная синтетическая смола и армирующее стекловолокно без содержания бора, сравнительно устойчивые к воздействию УФ-излучения, но и у них при нарушении рекомендаций могут проявляться небольшие изменения цвета и прозрачности, не влияющие на эксплуатационные характеристики.

В качестве дополнительной функции безопасности клапаны композитных баллонов оснащены плавким предохранителем, срабатывающим только при сильном нагреве. Это устройство позволяет избежать критического превышения давления.

Особое внимание при эксплуатации композитных баллонов следует уделить статическому электричеству и риску, который оно представляет для использования баллонов. Хотя исследования показали, что даже в экстремальных условиях баллон, заряженный статическим электричеством, не может создать потенциал, способный привести к образованию искры и воспламенению источника сжиженного газа, все же следует учесть отличия полимерных материалов, применяемых разными производителями. Таким образом, необходимо обеспечить эффективное заземление во всех пунктах обслуживания и транспортировки баллонов.

Условия хранения композитных баллонов допускают возможность штабелирования и рядной укладки. Температурный диапазон использования баллонов – -40...+50°C, в соответствии с нормами EN, в отдельных случаях – до +65°С (на основании сертификатов и заверенных органами технического контроля результатов проверок).

4.2. ГРУППОВЫЕ РЕЗЕРВУАРНЫЕ УСТАНОВКИ

Для хранения СУГ непосредственно используются стационарные и передвижные резервуарные установки различной вместимости. Они бывают надземными и подземными. Надземные установки, как правило, применяют для газоснабжения предприятий промышленного и сельскохозяйственного производства, подземные — для газоснабжения промышленных и коммунальных предприятий, отдельных жилых и общественных зданий и их групп, а также объектов сельского хозяйства.

Схема установки из четырех подземных резервуаров с одним узлом управления
Рис. 4.4. Схема установки из четырех подземных резервуаров с одним узлом управления
1 – резервуар; 2 – арматурный узел резервуара; 3 – трубопровод жидкой фазы; 4 – узел управления;
5 – трубопровод паровой фазы
Резервуарный парк надземного размещения
Рис. 4.5. Резервуарный парк надземного размещения

Монтаж резервуаров подземного размещения
Рис. 4.6. Монтаж резервуаров подземного размещения

В состав установки должны входить собственно резервуары, трубопроводы обвязки по жидкой и паровой фазам, запорная арматура, регуляторы давления газа, предохранительные, запорные и сбросные устройства, показывающие манометры, устанавливаемые для регулятора давления, штуцера с кранами после регулятора давления для присоединения контрольного манометра, устройства для контроля уровня сжиженных газов в резервуарах и испарители (в установках с принудительным испарением). Арматура и приборы групповых резервуарных установок защищаются кожухами от воздействия атмосферных осадков и для защиты от механических повреждений.

Для экономии площади земельных участков и обеспечения безопасности использования газа чаще применяют подземную установку резервуаров. Резервуарные установки размещаются на отведенных площадках с удобными подъездами для заправочных автоцистерн. Площадки ограждаются забором высотой не менее 1,6 м из негорючих материалов. Расстояние от резервуарной установки до ограждения должно быть не менее 1 м. На территории резервуарных установок обязательно размещается противопожарное оборудование.

Число резервуаров главным образом определяется характером и числом потребителей, планируемым расходом газа и объемом используемых резервуаров, в меньшей степени — климатическим районом.

При этом для установок с естественным испарением в качестве расчетной принимается температура грунта в марте-апреле (для подземных резервуаров), когда фиксируется самая низкая температура грунта. Для бесперебойного снабжения населения газом и во избежание перегрузки транспорта объем резервуарных установок обычно рассчитывается, исходя из минимального двухнедельного запаса. Расчет систем газоснабжения от этих установок с естественным испарением имеет свою специфику, обусловленную процессом теплообмена между грунтом и резервуарами, а также теплопроводностью грунта. Максимально допустимая общая вместимость группы резервуаров приведена в табл. 4.2, максимальная вместимость одного резервуара — в табл. 4.3.

Схема газоснабжения сжиженным газом от резервуарной установки с естественным испарением
Рис. 4.7. Схема газоснабжения сжиженным газом от резервуарной установки с естественным испарением

Минимальные расстояния от резервуаров групповых резервуарных установок до зданий и сооружений различного назначения приведены в табл. 4.4, а установок (считая от крайнего резервуара) до подземных сооружений и линий электропередачи — в табл. 4.1.

Подземные резервуары устанавливаются на глубине не менее 0,6 м от поверхности до верхней образующей резервуаров в районах с сезонным промерзанием грунта и 0,2 м в районах без промерзания грунта.

Над трубопроводами обвязки жидкой фазы каждой группы подземных групповых установок должны предусматриваться контрольные трубки, выведенные над поверхностью на высоту не менее 1 м. Подземные резервуары должны быть защищены от коррозии в соответствии с требованиями ГОСТ 9.602-2005. Надземные резервуары должны быть окрашены.

На газопроводе паровой фазы, объединяющем группы резервуаров, между этими группами должно быть установлено отключающее устройство: на газопроводе низкого давления — после регулятора давления на расстоянии не менее 0,3 м от поверхности земли.

Трубопроводы для групповых баллонных и резервуарных установок (до потребителей газа) должны предусматриваться, как правило, из стальных труб. Однако для установок сельскохозяйственного производства сезонного характера допускается присоединение горелок при помощи резинотканевых рукавов.

Обвязка резервуарного парка вместимостью 40 м3 с испарительной установкой
Рис. 4.8. Обвязка резервуарного парка вместимостью 40 м3 с испарительной установкой

Условия прокладки газопроводов газовой фазы низкого давления от резервуарных и групповых баллонных установок до зданий следует принимать с учетом требований табл. 4.5. На подземных газопроводах паровой фазы следует предусматривать установку конденсатосборников, объем которых принимается: при искусственном испарении газа — из расчета 4 л на 1 м3 расчетного часового расхода газа; при естественном испарении — соответствующим диаметру газопровода. Отключающие устройства на газопроводах низкого давления от резервуарной установки к потребителям следует предусматривать на вводах снаружи здания; при этом в случае газоснабжения группы зданий (два и более) — на подземном газопроводе от резервуарной установки в колодце на глубине не более 1 м или над землей под защитным кожухом. При размещении отключающего устройства на вводе на лестничной клетке или в тамбуре необходимо предусматривать снаружи здания устройство для удаления конденсата из газопровода.

Габаритные размеры резервуара СУГ объемом 20 м3 подземного размещения
Рис. 4.9. Габаритные размеры резервуара СУГ объемом 20 м3 подземного размещения

Особенности конструктивных решений резервуарных парков фирмы FAS (Германия). Особый интерес представляет опыт специалистов фирмы FAS в проектировании баз хранения газонаполнительных станций, автогазозаправочных станций и терминалов приема и хранения сжиженного газа. Резервуарный парк (база хранения) представляет собой комплекс емкостей, объединенных в технологическую систему высокого уровня автоматизации. Модульный принцип позволяет как на этапе проектирования, так и в процессе модернизации, изменять конфигурацию парка, его суммарную емкость и степень автоматизации.

Фиксация резервуаров подземного размещения на фундаменте производится металлопластиковыми стропами
Рис. 4.10. Фиксация резервуаров подземного
размещения на фундаменте производится
металлопластиковыми стропами

Для нужд автономного и резервного газоснабжения типовые конфигурации баз хранения могут быть значительно упрощены за счет исключения специфических операций (например, в системах АГС не требуется прием сжиженного газа из железнодорожных цистерн, транспортировка продукта по сложной системе газопроводов, оперативный учет движения продукта).

Непосредственное хранение сжиженного газа осуществляется в резервуарах типового ряда — 4,8/9,0/20,0/50,0 м3, рассчитанных на рабочие температуры -40 до +40°С и рабочее давление — 15,6 бар. Резервуары комплектуются арматурой производства фирмы FAS (Германия). В базовую комплектацию включены:

  • наполнительный клапан (артикул FAS 13002);
  • механический уровнемер;
  • угловой клапан (артикул FAS 19443);
  • Горловина резервуара СУГ объемом 20 м3 подземного размещения (ООО «Фасхиммаш») с арматурой
    Рис. 4.11. Горловина резервуара
    СУГ объемом 20 м3 подземного
    размещения (ООО «Фасхиммаш»)
    с арматурой
  • предохранительный клапан (FAS 28282);
  • мультиклапан (FAS 19446) с клапаном контроля переполнения;
  • защитный кожух.

Емкости подземного размещения защищены полимерэпоксидным покрытием и оснащаются системами аноднокатодной защиты.

Для газификации коттеджей конфигурация резервуарной установки определяется тем, что для стабильного газоснабжения бытового оборудования достаточно естественного испарения, поэтому испаритель не нужен.

В состав системы автономного газоснабжения индивидуального назначения входит следующее оборудование:

  • резервуар емкостью от 4,5 до 9 м3 (в зависимости от планируемого газопотребления и желаемого запаса топлива);
  • 2-ступенчатый блок редуцирования, монтируемый на крышке горловины;
  • узел защиты от электрохимической коррозии (анодно-катодная или протекторная защита);
  • фундаментная бетонная плита, на которой металлопластиковыми стропами фиксируется резервуар;
  • полиэтиленовый газопровод низкого давления с конденсатосборниками и запорно-предохранительной арматурой;
  • цокольный ввод в дом (переход «металл-пластик»).
Резервуарная установка из 2 емкостей 20 м3 подземного размещения
Рис. 4.12. Резервуарная установка из 2 емкостей 20 м3 подземного размещения

Между фундаментной плитой и резервуаром прокладывается резиновая подкладка (например, транспортерное полотно) для предотвращения повреждения защитного полимерного покрытия. Горловина резервуара снабжена наполнительными штуцерами для соединения с автомобилем-газовозом специальным сливным шлангом.

В зависимости от суммарной мощности газового оборудования системы автономного газоснабжения индивидуального назначения (с естественным испарением) можно руководствоваться следующим эмпирическим правилом:

  • при мощности до 50 кВт (обогреваемая площадь — не более 500 м2) применяются резервуары объемом 4,5–5,0 м3;
  • при мощности до 100 кВт (обогреваемая площадь — не более 1000 м2 или меньшая, но с наличием теплоемких объектов) применяются резервуары объемом от 9,0 м3.

Для газификации объектов с большим газопотребленим целесообразно применение испарительных установок.

4.3. УСТАНОВКИ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ПРОПАН-БУТАНОВОЗДУШНОГО ГАЗА (СМЕСИТЕЛИ)

Таблица 4.6. Характеристика углеводородных газов

Показатель Природный газ (усредненные показатели) Сжиженный газ
Пропан Бутан
Теплота сгорания, кДж/м3:

низшая

36 340 91 539 120 939

высшая

40 273 99 485 128 957
Плотность, кг/м3 0,751 2,019 2,703
Относительная
плотность, кг/м3
0,581 1,561 2,090
Число Воббе, кДж/м3:

низшее

47 687 73 231 83 637

высшее

52 848 79 588 89 182
Температура кипения, С°:

при 103,3 кПа

-42,1 -0,6

при 50 кПа

-32,0 9,0

при 300 кПа

-5,0 41,0

Таблица 4.7. Характеристика газовоздушных смесей, пригодных для замены природных газов

Показатель Пропан-воздух Бутан-воздух
Теплота сгорания, кДж/м3:

низшая

52 080 55 902

высшая

60 396 64 596
Плотность, кг/м3 1,705 1,950
Относительная плотность, кг/м3 1,319 1,510
Число Воббе (низшее), кДж/м3 43 366 45 486
Температура конденсации, С° -53 -18

Более высокие по сравнению с природным газом теплота сгорания и плотность СУГ не дают возможность сжигать их в газогорелочных устройствах, предназначенных для природного газа, без изменения конструкции последних. Тем не менее в практике часто возникает необходимость замены того или иного вида газа в уже существующей системе газоснабжения.

Такую возможность предоставляют смеси сжиженных газов с воздухом (в иностранной литературе такие смеси называются синтетическими природными газами — synthetic natural gas). Эти смеси при определенных условиях обладают следующими преимуществами:

  • они полностью взаимозаменяемы с природными газами в газогорелочных устройствах;
  • имеют более низкую температуру конденсации, что позволяет транспортировать их в газообразном состоянии при начальном давлении в трубопроводе до 0,3 МПа и выше;
  • расширяют границы использования СУГ в северных районах страны;
  • увеличивают возможности применения бутанов в течение всего года;
  • позволяют организовать газоснабжение населенных пунктов с учетом перспективного перевода их на природный газ;
  • служат резервным топливом для потребителей природного газа при пиковых нагрузках в сетях газопроводов или в случае аварийного прекращения газоснабжения;
  • производятся на автоматизированных установках с широкими пределами регулирования давления и производительности;
  • расширяют возможности централизованного газоснабжения потребителей сжиженными газами.

К сравнительным недостаткам применения газовоздушных смесей относятся:

Смесительная установка FAS 4000 производства фирмы FAS (Германия)
Рис. 4.13. Смесительная установка FAS 4000
производства фирмы FAS (Германия)
  • значительные первоначальные капитальные затраты;
  • удорожание газа за счет добавки воздуха и его транспортировки;
  • увеличение внутренней коррозии стальных трубопроводов;
  • потребность в специальном оборудовании для приготовления смесей (испарителей, смесителей, регуляторов и др).

Использовать газовоздушные смеси в качестве топлива для бытовых и коммунально-бытовых газовых приборов можно при условии, если содержание газа в них эквивалентно не менее чем двум верхним пределам взрываемости, а соотношение «газ–воздух» поддерживается автоматически. Взаимозаменяемые смеси сжиженных газов имеют большую теплоту сгорания по сравнению с природными газами.

Для замены природных газов необходимо приготовлять смеси «бутан-воздух» (47% бутанов и 53% воздуха) и «пропан-воздух» (58% пропана и 42% воздуха). Такие смеси имеют теплоту сгорания соответственно 55 902 и 52 080 кДж/м3 (табл. 4.7). Их можно транспортировать при низких давлениях (до 5 кПа) и температурах (до -18°С для бутана и -53°С для пропана). Возможно приготовление газовоздушных смесей, имеющих более низкую температуру конденсации, вплоть до -37°С для бутанов (смесь соответствует границе безопасности). Однако в этом случае необходимо использовать специальные газогорелочные устройства.

Обвязка смесительной установки FAS 4000, примененной в системе резервного газоснабжения коттеджного поселка (Истринский район Московской области)
Рис. 4.14. Обвязка смесительной установки
FAS 4000, примененной в системе резервного
газоснабжения коттеджного поселка
(Истринский район Московской области)

Газовоздушные смеси приготавливают в смесителях автоматического действия. Контроль за их работой ведется автоматически в зависимости от теплоты сгорания, числа Воббе или плотности смеси. Различают смесители низкого (до 5 кПа), среднего (свыше 5 кПа до 0,3 МПа) и высокого давления (свыше 0,3 до 1,2 МПа). Давление газовоздушной смеси выбирается в зависимости от результатов технико-экономических расчетов.

Себестоимость газовоздушной смеси зависит от многих факторов, в первую очередь от стоимости сжиженных газов и воздуха, эксплуатационных расходов и капитальных затрат. Она выше себестоимости природного газа, так как оптовые цены на природный газ в пересчете на 4200 кДж ниже оптовой цены на сжиженные газы. Поэтому в технико-экономических расчетах сравнивают эффективность применения газовоздушных смесей по отношению не к природному газу, а к другим видам заменяемого топлива или сжиженных газов в баллонах и групповых установках. При использовании газовоздушных установок для покрытия пиковых расходов или аварийных перебоев природного газа в технико-экономических расчетах необходимо учитывать возможный материальный ущерб от недостатка природного газа или остановки производства и перевода его на другой вид топлива.

4.4. ГАЗОПРОВОДЫ И ГАЗОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Для подачи газа от резервуарных установок служат газопроводы, исполнение которых должно отвечать ряду технических норм. По способу укладки газопроводы делятся на подземные и надземные.

Более подробно об устройстве подземных газопроводов смотрите в главе «Устройство газопроводов низкого и среднего давления» настоящего Справочника.

Установка и эксплуатация газового оборудования жестко регламентируется целым рядом нормативных документов. Строгое следование принятым нормам обеспечивает безопасную и длительную эксплуатацию оборудования. Установку газовых плит в жилых зданиях следует предусматривать в помещениях кухонь высотой не менее 2,2 м, имеющих окно с форточкой (фрамугой) или открывающейся створкой вытяжной вентиляционный канал с открытой решеткой над потолком. При этом внутренний объем помещений кухонь должен быть не менее 8 м3 при установке 2-горелочной плиты, 12 м3 — 3-горелочной плиты и 15м3 — 4-горелочной плиты.

В жилых зданиях, где отсутствуют вентиляционные каналы, можно использовать в качестве такого канала дымоход, допускается устанавливать газовые плиты в помещениях кухонь при наличии в них окна с форточкой или фрамугой в верхней части окна. Газовые плиты могут быть установлены в кухнях или помещениях, приспособленных под кухни, без окон, кроме расположенных в подвальных этажах, при наличии в них вытяжного вентиляционного канала и выхода в смежное нежилое помещение с окном, имеющим фрамугу или форточку. Если же в кухне, где предусматривается установка газовых плит, нет самостоятельных вентиляционных каналов, допускается использовать в качестве таких каналов имеющиеся в стенах зданий обособленные дымоходы от неработающих или разобранных отопительных печей.

Допускается размещение газовых плит в коридорах индивидуального пользования при наличии в них окна с форточкой или фрамугой в верхней части окна. При этом ширина прохода между плитой и противоположной стеной должна быть не менее 1 м. Установка газовых приборов в кухнях, расположенных в цокольных и подвальных этажах, не допускается.

Газовые водонагреватели следует размещать в помещениях кухонь и кубовых. Не допускается устанавливать газовые проточные водонагреватели в местах, где не может быть обеспечено их постоянное обслуживание обученным персоналом и где число лиц, пользующихся этими приборами, неограниченно (гостиницы, санатории, дома отдыха, общежития), а также в жилых зданиях с централизованным горячим водоснабжением.

В 2-этажных зданиях с расположением квартиры на двух уровнях, кроме газовой плиты, допускается устанавливать в кухнях газовые приборы с отводом продуктов сгорания в дымоходы. При этом в жилых помещениях, расположенных над кухнями следует предусматривать устройство с вытяжной вентиляцией. Кратность воздухообмена — не менее 3 м3/ч на 1 м2 площади комнаты. При установке в кухне газовой плиты и проточного водонагревателя объем кухни принимается согласно приведенным нормам для плит. В кухнях квартир, расположенных под жилыми комнатами, разрешается установка только одной газовой плиты.

Помещения, где устанавливают газовые водонагреватели, должны иметь вентиляционный канал. Для притока воздуха предусматривается в нижней части двери или стены, выходящей в смежное помещение, решетка или зазор между дверью и полом (сечение — не менее 0,02 м2).

При проектировании систем местного (квартирного) водяного отопления жилых зданий рекомендуется применять газовые малометражные отопительные котлы или емкостные газовые водонагреватели, или отопительные приборы с водяным контуром заводского изготовления. Допускается перевод на газовое топливо малометражных котлов заводского изготовления, предназначенных для твердого или жидкого топлива. Переводимые на газовое топливо отопительные установки должны быть оборудованы газогорелочными устройствами с автоматикой безопасности.

В одном помещении могут быть размещены два емкостных водонагревателя или два малометражных отопительных котла При необходимости установки в одном помещении большего числа; котлов или водонагревателей к помещению должны предъявляться требования, как к котельной.

Трубы дымоотвода в контейнерных котельных фирмы FAS выполнены из нержавеющей стали
Рис. 4.18. Трубы дымоотвода в контейнерных котельных
фирмы FAS выполнены из нержавеющей стали

Установку емкостных газовых водонагревателей для отопления и газовых малометражных отопительных котлов следует предусматривать в нежилых помещениях объемом не менее 7,5 м3 с вытяжным вентиляционным каналом и решеткой или зазором между полом и дверью. При установке котла или емкостного водонагревателя для отопления в кухне объем помещения должен быть на 6 м3 больше необходимого для установки газовых плит.

Для отопления помещений допускается применять газокамины и калориферы заводского изготовления с отводом продуктов сгорания в дымоход. Газогорелочные устройства этих проборов должны быть оснащены автоматикой безопасности. Помещение, в котором предусматривается разместить газовый камин или калорифер, должно иметь окно с форточкой или вентиляционный канал. Расстояние от газового камина до предметов домашнего обихода и мебели должно быть не менее 0,75м.

Все устанавливаемые в жилых зданиях бытовые газовые приборы обязаны отвечать требованиям действующих государственных стандартов и иметь паспорт завода-изготовителя, подтверждающий их соответствие требованиям стандартов и сжиганию сжиженных газов.

4.5. ОТВОД ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Продукты сгорания из отопительных и других газовых приборов, конструкция которых предусматривает удаление продуктов сгорания во внешнюю среду, отводятся с помощью стальных труб, соединяющих дымоотводящий патрубок прибора с дымоходом.

Дымоходы состоят из следующих основных элементов:

  • соединительных труб от приборов и аппаратов, не имеющих непосредственного вывода продуктов сгорания в дымоход;
  • доходов в насадных отдельно стоящих трубах или расположенных в капитальных стенах (как правило, внутренних) и в индустриальных блоках;
  • противопожарных разделок и оголовков.

Продукты сгорания от газовых приборов отводятся от каждого агрегата по обособленному дымоходу. В уже существующих зданиях допускается присоединение к одному дымоходу не более двух водонагревателей, расположенных на одном или разных этажах здания, при условии ввода продукта сгорания в дымоход на разных уровнях, не ближе 0,5 м один от другого, или на одном уровне с устройством в дымоходе рассечки на высоте не менее 0,5 м. Иногда при отсутствии дымоходов в стенах устраиваются приставные теплоизолированные дымоходы.

К дымоходу отопительной печи можно присоединить автоматический газовый водонагреватель или газовый прибор при достаточном сечении дымохода для удаления продуктов сгорания от присоединяемого газового прибора, при этом пользование печью и газовым прибором — разновременное. Присоединение дымоотводящей трубы газового прибора к оборотам дымохода отопительной печи не допускается.

Температура продуктов сгорания на выходе независимо от расположения дымохода и его вида должна быть не менее чем на 15°С выше точки росы. Площадь сечения должна быть не меньше площади патрубка газового прибора, печи и т.п., присоединяемых к дымоходу. При подсоединении к дымоходу двух приборов, печей и т.п. сечение дымохода определяется исходя из одновременной их работы.

Приборы коммунально-бытового назначения (ресторанные плиты, пищеварочные котлы и др.) допускается присоединять как к обособленным дымоходам, так и к общему дымоходу. Допускается использовать соединительные дымоотводящие трубы, общие для нескольких агрегатов. Ввод продуктов сгорания в общий дымоход от нескольких приборов должен предусматриваться на разных уровнях или на одном уровне, но с устройством рассечек. Дымоходы должны быть вертикальными без уступов. Допускается предусматривать дымовые каналы с уклоном 8° к вертикали, с отклонением в сторону не более 1 м, при этом сечения наклонных участков дымовых каналов должны быть не меньше вертикальных участков. Для отвода продуктов сгорания от ресторанных плит и других газовых агрегатов допускается предусматривать горизонтальные участки дымоходов общей длиной не более 10 м. В некоторых ситуациях возможно устройство дымоходов в полу.

Диаметр стальных присоединительных труб должен быть не менее диаметра дымоотводящего патрубка газового прибора. Длина вертикального участка трубы, считая от низа дымоотводящего патрубка газового прибора до оси горизонтального участка, — не менее 0,5 м. В помещениях высотой до 2,7 м для приборов со стабилизаторами тяги допускается уменьшать длину вертикального участка трубы до 0,25 м, а для приборов без стабилизаторов тяги — до 0,15 м. Суммарная длина горизонтальных участков соединительной трубы во вновь строящихся зданиях — не более 3 м, в существующих зданиях — не более 6 м с уклоном трубы не менее 0,01 в сторону газового прибора. Ниже места присоединения дымоотводящей трубы от прибора к дымоходам в кирпичных стенах предусматривается «карман» с люком для чистки.

Расстояние от соединительной дымоотводящей трубы до несгораемого потолка или стены — не менее 5 см, до деревянных оштукатуренных (трудносгораемых) потолков и стен — не менее 25 см. Допускается уменьшение указанного расстояния с 25 до 10 см при условии обивки трудносгораемых стен или потолка кровельной сталью по листу асбеста толщиной 3 мм, при этом обивка должна выступать за размеры дымоотводящей трубы на 15 см с каждой стороны. На дымоотводящих трубах допускается предусматривать не более трех поворотов с радиусом закругления не менее диаметра трубы. Дымоотводящие трубы, прокладываемые через неотапливаемые помещения, при необходимости теплоизолируются.

На дымоотводящих трубах от ресторанных плит, кипятильников, варочных плит и других установок и газовых приборов коммунально-бытового назначения, не имеющих стабилизаторов тяги, должны предусматриваться шиберы (заслонки) с отверстием диаметром не менее 15 мм. На дымоходах от приборов со стабилизаторами тяги установка шиберов не допускается.

Схема расположения газовых труб
Рис. 4.15. Схема расположения газовых труб

Дымовые трубы от газовых приборов в жилых домах (рис. 4.15) должны быть выведены на 0,5 м выше конька крыши (при расположении их по горизонтали не далее 1,5 м от конька крыши); на уровень с коньком крыши, если они отстоят на расстояние до 3 м от конька крыши; не ниже прямой, проведенной от конька вниз под углом 10° к горизонту, при расположении труб на расстоянии более 3 м от конька крыши. Во всех случаях высота трубы над прилегающей частью крыши должна быть не менее 0,5 м. Если вблизи дымовой трубы находятся более высокие части здания, строения или деревья, дымовые трубы от газовых приборов и агрегатов должны выводиться выше границы зоны ветрового подпора. Дымоходы должны быть защищены от воздействия атмосферных осадков. Зона ветрового подпора — пространство, находящееся ниже линии, проведенной под углом 45° к горизонту от наиболее высокой части здания, строения или дерева.

Зависимость точки росы продуктов сгорания СУГ от коэффициента избытка воздуха
Рис. 4.16. Зависимость точки росы продуктов
сгорания СУГ от коэффициента избытка воздуха


Зависимость площади проходного сечения дымоходов от тепловой мощности присоединяемых аппаратов
Рис. 4.17. Зависимость площади проходного
сечения дымоходов от тепловой мощности
присоединяемых аппаратов
(1 – дымоходы круглые цементные и стальные;
2 – дымоходы круглые каменные, бетонные
и квадратные, бетонные кирпичные)

Отвод продуктов сгорания от газовых приборов коммунально-бытовых потребителей допускается предусматривать по стальным дымовым трубам, которые вне здания должны быть теплоизолированы. Для обеспечения герметичности соединительных труб отдельные их звенья плотно, без зазоров вдвигаются одно в другое по ходу движения газов не менее чем на половину диаметра трубы. Горизонтальные участки соединительных труб для стока конденсата, который может образоваться в начальный период работы прибора, необходимо прокладывать с уклоном не менее 0,01 в сторону прибора.

Для нормальной работы газовых приборов в месте выхода продуктов сгорания (после тягопрерывателя) должно поддерживаться разрежение, зависящее от типа прибора. При разрежении, меньшем допустимого, часть продуктов сгорания может выходить в помещение через тягопрерыватель или топочное устройство.

Проходное сечение дымоходов должно обеспечивать полный отвод и минимальное охлаждение продуктов сгорания газа. Площадь поперечного сечения дымоходов определятся в зависимости от тепловой мощности газовых приборов и аппаратов (рис. 4.17). Площадь дымохода прямоугольного сечения должна в 1,3 раза превышать площадь дымохода квадратного сечения.

Применяемый материал, толщина стенок дымохода и слоя теплоизоляции должны обеспечивать температуру продуктов сгорания газа на выходе из дымохода, независимо от его расположения, на 15°С выше точки росы. Минимально необходимые разрежения перед газовыми приборами и аппаратами, коэффициенты избытка воздуха и некоторые характеристики продуктов сгорания приведены в табл. 4.8.

Таблица 4.8. Некоторые показатели работы газовых приборов

Газовый аппарат и прибор Номинальная тепловая мощность, кВт Минимально необходимое разрежение, Па Коэффициент избытка воздуха Температура уходящих газов, °С, не менее Точка росы при сжигании сжиженных газов, tтр, °С
Проточные водонагревательные аппараты 20–25 2,0 2,5 170 40
Котлы водонагревательные емкостные 8–15 2,0 2,5–3,0 110 35–40
Котлы отопительные с водяным  контуром 10–25 2,0 2,5 110 40
Отопительная печь 16 2,0 2,0 150 44

Количество воздуха, подсасываемого через тягопрерыватель, зависит от разрежения перед газовым аппаратом и прибором. Можно считать, что при разрежении:

  • до 3 Па — воздух через тягопрерыватель почти не подсасывается;
  • от 3 до 6 Па — подсасывается до 20 об. % от продуктов сгорания;
  • от 6 до 10 Па — до 30 об. %.

При расчете дымохода определяются поперечные сечения дымохо да и присоединительной трубы, а также разрежения перед газовыми аппаратами и приборами. Скорость уходящих продуктов сгорания принимается равной 1,5–2 м/с. О достаточности принятых сечений судят по полученному разрежению перед аппаратом и прибором. Тяга определяется по формуле:

Δрm = 0,034Н [1/(273 + tв) – 1/(273 + tг] рб(4.2)

где Δрm — тяга, создаваемая дымовой трубой, дымоходом или вертикальным участком присоединительной трубы; Н — высота участка, создающего тягу, м; tв — температура окружающего воздуха, °С; tг — средняя температура газов на участке, °С, рб — атмосферное (барометрическое) давление, Па.

Для определения средней температуры продуктов сгорания газов необходимо знать снижение их температуры в результате остывания при движении по соединительным трубам и дымовым каналам. Расчет остывания уходящих продуктов сгорания выполняется по формуле:

Δt = (tрс – tов)/[5,018Qпс /(KF) + 0,5](4.3)

где Δt — падение температуры уходящих продуктов сгорания на расчетном участке, °С; tрс — температура уходящих продуктов сгорания при входе в дымоход, °С; tов — температура воздуха, окружающего дымоход, °С; Qпс — расход продуктов сгорания через дымоход, м3/ч, отнесенный к нормальным условиям; 5,018 — средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания газа (условно принята постоянной), кВт/(м2•°С); K — среднее значение коэффициента теплопередачи для стенок дымохода, отнесенное к внутренней поверхности, кВт/(м2•°С); F — площадь внутренней поверхности расчетного участка дымохода, м2.

Таблица 4.9. Коэффициенты теплопередачи для дымоходов и присоединительных труб, кВт/(м2•°С)

Наружная дымовая труба с толщиной стенки в один кирпич
1 к × 1 к 3,25–3,71
½ к × ½ к 3,94–4,52
Дымоходы в кирпичной стене под кровлей (толщина стенок дымоходов — в полкирпича) 3,13–3,48
Дымоходы в кирпичной оштукатуренной стене (толщина стенки дымохода — в полкирпича) 2,32–2,55
Неутепленная стальная соединительная труба 3,48–4,64
Соединительная стальная труба, изолированная асбестом толщиной 2 см 2,90–3,83

Коэффициенты теплопередачи K приведены в таблице 4.9. Примерное падение температуры уходящих газов, °С, на 1м длины дымохода:

  • в кирпичном дымоходе, расположенном во внутренней стене — 2–6;
  • в кирпичном дымоходе, расположены снаружи здания — 6–12.

Разрежение перед газовым аппаратом и прибором Δрраз определяется по формуле:

Δрраз = Δрm – (Δртр + Δрмс)(4.4)

где Δрm, Δрмс — потери давления на трение и местные сопротивления при движении газов по соединительным трубам, дымоходам и дымовой трубе, Па. Потери на трение рассчитываются по формуле:

Δр = 1,02λ(L/d) (υпс /2) ρпс (273 + tср /273)(4.5)

где λ — коэффициент трения (для кирпичных каналов и труб — 0,04, для металлических — 0,02, для металлических окисленных — 0,04); L — длина расчетного участка, м; d — внутренний диаметр, м; υпс — скорость уходящих продуктов сгорания, определяемая по формуле υпс = Qпс /3600S (здесь S — площадь поперечного сечения дымохода, м2; если сечение прямоугольное, то необходимо определить эквивалентный диаметр по формуле dэ = 4S/П; П — периметр поперечного сечения дымохода, омываемый газами, м); ρпс — плотность уходящих продуктов сгорания, кг/м3, приведенная к нормальным условиям; tср — средняя температура уходящих продуктов сгорания, °С. Потери на местные сопротивления

Δрмс = 1,02 Σξ (vпс/2) (273 + tср/273) Δрв(4.6)

где Σξ — сумма коэффициентов местных сопротивлений, включая сопротивление при выходе из трубы; Δрв — гидравлические потери разрежения в дымоходе на ветер, Па, определяемые по формуле Δрв = avв2,4 (здесь а — коэффициент, принимаемый для квартир, расположенных с заветренной стороны дома: со сквозным проветриванием 0,025; без сквозного проветривания 0,1; vв — скорость ветра в теплый период года, м/с).

При расчете дымоходов можно принимать следующие значения коэффициентов местных сопротивлений ξ: вход в соединительную трубу из тягопрерывателя — 0,5; поворот под углом 90° — 0,9; внезапное расширение потока при входе в кирпичный дымоход и поворот под углом 90° — 1,2; выход из дымохода — 1,5–2,5.

Остывание уходящих продуктов сгорания в дымоходе можно определить по номограмме (рис. 4.19). Для определения параметра φ, необходимого для нахождения температуры уходящих продуктов сгорания по номограмме, следует воспользоваться формулой

φ = 0,2КFB/Qпс(4.7)

Номограмма для определения падения температуры уходящих продуктов сгорания в дымоходах
Рис. 4.19. Номограмма для определения падения температуры уходящих продуктов сгорания в дымоходах

В местах, где сгораемые и трудносгораемые конструкции зданий и сооружений (стены, перегородки, перекрытия, балки и т. п.) примыкают к дымоходам, следует для бытовых аппаратов приборов (проточных, емкостных, с водяным контуром и др.) предусматривать противопожарные разделки асбестовым шнуром толщиной 20 мм общим размером 250 мм.

При проектировании высотных домов для дымоходов соседних зданий, попадающих в зону ветрового подпора, необходимо предусматривать мероприятия, предотвращающие опрокидывание тяги в каналах (наращивание, устройство ветрозащитных щитков, экранов и т.п.). Установка на дымоходах зонтов и дефлекторов не разрешается.

4.6. ОСОБЕННОСТИ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ В РАЙОНАХ С ХОЛОДНЫМ КЛИМАТОМ

Выбор технологических решений, предназначенных для снабжения газом населенных пунктов северных регионов, зависит многих факторов: наличия ГНС, путей подвоза газа, условий доставки его потребителям (автоцистернами или баллонами). При возможности доставки газа потребителю в автоцистернах-газовозах в качестве источника газоснабжения принимаются групповые резервуарные установки (при условии согласования с местными органами пожарного и газового надзора). В остальных случаях рекомендуется использовать групповые баллонные установки в отдельно стоящих отапливаемых помещениях (шкафах) или индивидуальные баллонные установки, устанавливаемые в хозяйственных помещениях.

Таблица 4.10. Классификация грунтов по степени их пучинистости при замерзании

Характеристика грунта по степени пучинистости Наименование грунта Пучение Состояние грунтов после оттаивания
см за сезон % к слою промерзания в 2 м
НП – непучинистые Щебеночно-валунные отложения, сцементированные песчаные грунты, скальные породы Твердое, без изменения внешних признаков
МП – малопучинистые Щебень, гравий, крупно-, средне- и мелкозернистые пески до 3–7 до 1,5–3,5 Плотное и рыхлое, без изменения внешних признаков
СП – среднепучинистые Разно- и мелкозернистые пылеватые пески, супеси, суглинки и глины до 10–20 до 5–10 Плотное, рыхлое и пластичное; частично нарушается структура
ОП – очень пучинистые Пылеватый грунт (пылеватые лёссовидные суглинки, пылеватые оглеенные суглинки), супеси и глеевоторфянистые грунты до 30–50 до 15–20 Пластично-текучее; структура нарушена, под давлением превращается в плывун

Необходимо учитывать малую несущую способность многолетнемерзлых грунтов и низкие температуры наружного воздуха, которые исключают возможность использования в качестве источника газоснабжения подземных резервуарных установок и баллонов, устанавливаемых в наружных шкафах.

Весьма перспективны системы, использующие газовоздушные смеси. Их применение значительно повышает надежность систем газоснабжения, особенно с учетом предотвращения конденсатои гидратообразования в газовых коммуникациях.

Практикой установлено, что наиболее эффективны технические решения, основанные на использовании испарительных установок. Типовая схема такого комплекса включает в себя резервуарный парк, испарители, трубопроводы, запорно-регулирующую и предохранительную арматуру систем автоматического контроля. Все оборудование, включая резервуары, размещается в отапливаемом (надземном) помещении.

Надземно расположенное помещение испарительной установки с резервуарами рекомендуется относить по нормам разрывов от других строений к установкам с надземным расположением резервуаров. Минимальное расстояние от помещения испарительной установки до зданий и сооружений различного назначения следует принимать в соответствии с ранее приведенными требованиями.

Для регазификации сжиженных газов рекомендуются электрические испарители «сухого» типа. При наличии соответствующих технико-экономических обоснований может быть использован и другой тип испарителя — жидкостный.

Запорные, предохранительные и регулирующие устройства должны исключать возможность попадания жидкой фазы из испарителя в трубопровод паровой фазы и повышения давления в испарителе сверх допустимого для резервуаров. Предохранительные клапаны, установленные на резервуарах, обеспечивают герметичность системы до давления 0,1 МПа. При повышении давления до 1,5 МПа клапан полностью открывается и стравливает избыток газа на сбросную свечу, выведенную выше кровли здания на высоту до 3 м. Клапаны-отсекатели, установленные на испарителях, исключают попадание жидкой фазы газа из испарителя в трубопровод паровой фазы (соответствующие условия складываются при потреблении, превышающем максимальную производительность испарителя).

Подача электроэнергии к электрическим испарителям должна осуществляться от электрических шкафов, устанавливаемых в операторском помещении. Проход электрокабеля к испарителям через стенку, отделяющую операторское отделение от испарительного отделения, должен быть тщательно уплотнен в защитной гильзе — с сальником со стороны испарительного отделения на расстоянии равном не менее 2/3 высоты высоты испарительного отделения. Электрические шкафы, корпус испарителей, резервуары, электронагреватели должны быть заземлены.

Расчетная часовая нагрузка по газу G, кг/ч, на испарительную установку при газоснабжении жилых домов, имеющих газовые плиты и газовые водонагреватели, может быть определена по формуле

G= [nknqг/(QH•365)] Кч(4.8)

где п — число жителей, пользующихся газом (при отсутствии данных п принимается по числу газифицируемых квартир и коэффициенту семейности, который ориентировочно равен 3,7–4,0); kn — коэффициент суточной неравномерности потребления газа в течение года (при наличии в квартирах газовых плит принимается равным 1,4; при наличии плит и водонагревателей — 2); qг — годовой расход газа на 1 человека, кДж, принимаемый в соответствии с данными табл. 3.5: при приготовлении пищи и нагреве воды на хозяйственные нужды без стирки белья составляет 2982 МДж; при приготовлении пищи, нагреве воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд без стирки белья (при наличии плиты и водонагревателя) — 5334 МДж; Кч — показатель часового максимума суточного расхода (с учетом расхода газа на стирку белья), равный 0,12; QH — низшая теплота сгорания газа, кДж/м3.

Отсюда несложно рассчитать количество испарительных установок заданной производительности, необходимое для снабжения потребите лей газом. Независимо от результатов расчета рекомендуется устанавливать в испарительном помещении не менее двух испарителей с общей испарительной способностью, равной расчетному расходу газа. Наличие двух испарителей повышает надежность работы установок.

Система отключающих устройств в обвязке испарителя с резервуарами и узла слива обязана обеспечивать возможность одновременной подачи паровой фазы СУГ низкого давления для газоснабжения потребителей и паровой фазы газа высокого давления для поддавливания сжиженных газов при его сливе из автоцистерн. Для бесперебойного снабжения газом потребителей в случае временного отключения электроэнергии технологическая схема обычно предусматривает возможность подачи газа за счет естественного испарения.

При проектировании систем газоснабжения следует учитывать климатическую специфику:

  • влияние на газопроводы, оборудование, запорную и регулирующую арматуру низких температур газа и окружающей среды (образование конденсата и замерзание влаги, образование гидратов, температурные напряжения в материалах, изделиях);
  • тепловое воздействие газопроводов на мнолетнемерзлые грунты и возможность повреждения как самих газопроводов, так и близко расположенных зданий и сооружений;
  • механическое воздействие на газопроводы оттаивающих и промерзающих грунтов (осадка, пучение, образование морозобойных трещин, вызывающих дополнительные напряжения в газопроводах).

Особое внимание должно быть уделено состоянию многолетнемерзлых грунтов в качестве оснований под газопроводы. Если грунты характеризуются значительными осадками при оттаивании; оттаивание грунтов вокруг трубопроводов оказывает влияние на устойчивость расположенных вблизи зданий и сооружений, то следует стремиться к сохранению многолетнемерзлого состояния грунтов в основании в процессе строительства и эксплуатации. Допущение оттаивания многолетнемерзлых грунтов в основании в процессе строительства и эксплуатации возможно, если грунты характеризуются незначительными осадками на всю расчетную глубину оттаивания; здания и сооружения вдоль трассы трубопроводов расположены на значительном расстоянии от них или построены с допущением оттаивания многолетнемерзлых грунтов в их основаниях.

При проектировании наружных газопроводов предусматриваются следующие виды их прокладки, выбор которого зависит от местных условий:

  • в земляных насыпях-валиках;
  • надземная (на опорах, мачтах, эстакадах и по конструкциям зданий и сооружений);
  • подземная (бесканальная, канальная).

Внутри жилых кварталов, на территориях промышленных предприятий в зоне многолетнемерзлых грунтов, как правило, применяют прокладку газопроводов в земляных насыпях-валиках и надземную. При прокладке газопроводов в земляных насыпях-валиках должна быть предусмотрена возможность ликвидации наледи на входных участках газопроводов в помещения. Подземная прокладка в многолетнемерзлых грунтах предусматривается в тех случаях, когда остальные виды прокладки нецелесообразны по градостроительным или технико-экономическим соображениям. Глубину заложения газопроводов следует назначать с учетом местных условий, но не менее 0,8 м от поверхности земли до верха трубы. При подземной канальной прокладке газопровода должна предусматриваться установка сигнализаторов загазованности.

Устойчивость подземных газопроводов, прокладываемых в районах распространения многолетней мерзлоты, а также в льдонасыщенных просадочных и пучинистых грунтах, достигается предварительным оттаиванием и уплотнением местных грунтов, заменой грунтов на непучинистые и непросадочные, понижением уровня грунтовых вод и др.

Установка водонагревателей, не оснащенных автоматикой, обеспечивающей прекращение подачи газа при нарушении тяги в дымоходе, а также водонагревателей без отвода продуктов сгорания в дымоход не допускается. В районах с холодным климатом установка шиберов в отопительных печах обязательна.

© 1997 — 2017 «ГазТехника»