Транспортировка природного газа и его смесей на значительные расстояния осуществляется по трубопроводам под высоким избыточным давлением, которое может достигать 11,8 МПа. Однако для безопасного использования в бытовых и промышленных сетях это давление необходимо снижать. На специальных распределительных станциях показатель уменьшается примерно до 1,2 МПа. Здесь же газ проходит очистку и одоризацию — ему придают специфический запах с помощью летучих веществ для легкого обнаружения утечек. После подготовки топливо направляется на распределительные пункты и далее — к конечным потребителям.
Классификация газопроводов по давлению
Магистральные газопроводы, служащие для передачи газа на большие расстояния, классифицируют по уровню низкого, среднего и высокого давления.
Основная задача магистральных трубопроводов — транспортировка газовых смесей на сотни и тысячи километров. Для поддержания необходимой силы потока на трассе через определенные промежутки строятся газокомпрессорные станции. Распределительные сети, в свою очередь, доставляют топливо с уже пониженным давлением непосредственно к потребителям.
Существующая градация давления в газопроводах выглядит следующим образом:
- Магистральные трассы: к 1 классу относятся трубопроводы с давлением от 2,5 МПа и выше, ко 2 классу — с давлением в диапазоне от 1,2 до 2,5 МПа.
- Распределительные сети: низкого давления — до 0,005 МПа, среднего давления — от 0,05 до 0,3 МПа, высокого давления — до 1,2 МПа включительно.
Газораспределительные пункты (ГРП) оснащаются комплексным оборудованием: системами очистных фильтров, регуляторами давления, а также сбросными установками для аварийного стравливания излишков газа в атмосферу в случае превышения допустимых показателей.
Газопроводы низкого давления
Сети низкого давления предназначены для подачи газа конечным потребителям: в жилые дома, квартиры, общественные здания, предприятия общественного питания, а также котельные многоквартирных домов. Эти газопроводы обслуживают преимущественно мелких потребителей, так как транспортировка больших объемов топлива по сетям с низким напором экономически нецелесообразна.
Трасса, подходящая к конечной котельной, обычно включает в себя следующие элементы:
- подземные трубы газоснабжения;
- контрольный патрубок перед входом в котельную;
- изолирующий фланец для защиты от блуждающих токов;
- вводная запорная арматура (задвижка);
- узел учета расхода газа (счетчик).
Подключение трубопровода к зданию осуществляется через стену. Узел учета, помимо самого расходомера (чаще ротационного), включает отстойник для конденсата, запорные задвижки на основном трубопроводе и байпасе, а также манометр и регулирующий кран перед системой автоматики безопасности.
Газопроводы среднего давления
В крупных городах с высокой плотностью застройки и населения часто прокладываются сети среднего давления. Это позволяет обеспечить бесперебойную подачу газа большому числу потребителей, многие из которых используют мощное отопительное и технологическое оборудование. Такие магистрали снабжают газом коммунальные и промышленные предприятия, а также служат источником для питания сетей низкого давления через газораспределительные станции (ГРС).
По сравнению с сетями низкого давления, система среднего давления имеет более сложную структуру и включает дополнительные узлы:
- газораспределительная станция (ГРС) для понижения давления;
- запорная арматура, контрольно-измерительные пункты (КИП) и байпасные линии;
- отводные трубопроводы от ГРС к потребителям.
В состав узла учета часто входит мембранный расходомер с отсекающим клапаном и электромагнитным приводом, а также газовый коллектор, оборудованный манометром и продувочной свечой для обслуживания.
Газопроводы высокого давления
Основное назначение газопроводов высокого давления — транспортировка больших объемов газа на дальние расстояния к распределительным пунктам и городским ГРС. Они также подают топливо непосредственно на крупные промышленные предприятия, технологические процессы которых требуют работы с высоким давлением (до 1,2 МПа).
В крупных мегаполисах основная питающая магистраль часто проектируется в виде кольца, полукольца или лучевой разветвленной системы. От этих магистралей через понижающие станции газ поступает в сети среднего давления, а затем и низкого.
Вокруг магистральных газопроводов высокого давления устанавливаются охранные зоны. В этих зонах, ширина которых может составлять от 75 до 350 метров в каждую сторону от оси трубы, запрещено жилищное и промышленное строительство для обеспечения безопасности.
Особенности снабжения природным газом
Для транспортировки газа под высоким давлением используются трубы большого диаметра, который может достигать 1420 мм. Магистральный газопровод — это сложный инженерный комплекс, включающий не только линейную часть (трубы), но и технологические сооружения: компрессорные станции, хранилища, пункты перевалки. На таких объектах газ может временно запасаться или перегружаться для дальнейшей транспортировки автомобильным или железнодорожным транспортом.
Состояние магистралей постоянно контролируется. Для этого применяются современные методы неразрушающего контроля, такие как инфразвуковая и ультразвуковая диагностика. Они позволяют отслеживать коррозионные повреждения, деформации труб и другие дефекты. Акустическая диагностика эффективно выявляет трещины в опорах надземных трасс, что позволяет проводить ремонт своевременно и предотвращать аварии.
Методики контроля, такие как оценка снижения опорной устойчивости, эффективны на ранних стадиях разрушения, относительно просты в применении, не требуют больших затрат и дают надежные результаты.
Организация и монтаж системы газоснабжения
Трассы газопроводов часто проходят через сложные участки: водоемы, болота, районы с агрессивными грунтами. Для защиты от коррозии применяются специальные изоляционные покрытия. Для наземных участков традиционно используются металлические трубы, а для прокладки под землей или под водой все чаще применяются современные полимерные материалы, такие как ПВХ. Пластиковые трубы обладают высокой коррозионной стойкостью и долговечностью, что в некоторых условиях позволяет обойтись без дополнительной изоляции. Выбор материала зависит от многих факторов, включая наличие блуждающих токов и химическую агрессивность почвы.
При монтаже трубопроводов используется широкий спектр элементов:
- опорные и поддерживающие конструкции (седла, опоры);
- элементы жесткости (шпангоуты, бандажи, ребра);
- запорно-регулирующая арматура (фланцы, клапаны, отводы, дисковые затворы, заглушки).
При пересечении препятствий применяются защитные кожухи или метод «труба в трубе», когда рабочая магистраль прокладывается внутри коллектора большего диаметра. Поскольку транспортируемые газы могут быть агрессивными, внутренняя поверхность труб иногда покрывается защитными слоями из резины, специальных пластмасс или цементных смесей.
Принцип работы газотранспортной системы
Горючие газы перемещаются по магистралям от мест добычи к регионам потребления. Одной из ключевых характеристик газопровода является его производительность — объем газа, пропускаемый через трассу за год. Этот показатель рассчитывается на этапе проектирования с учетом энергетического баланса региона.
Фактическая производительность может колебаться в зависимости от сезонных факторов, таких как температура воздуха и грунта. Для увеличения пропускной способности существующих магистралей параллельно основной трубе могут прокладываться дополнительные участки — лупинги.
Поддержание давления на трассе обеспечивается компрессорными станциями с электрическими или газотурбинными нагнетателями. Обслуживание таких сложных систем разрешено только квалифицированному персоналу, а состояние труб и оборудования регулярно проверяется государственными надзорными органами.
Категории и способы прокладки газопроводов
Газопроводы прокладываются тремя основными способами: надземным (на опорах), подземным (в траншеях) и подводным. Также могут создаваться резервные сети для организации альтернативной транспортировки.
Надземная прокладка выполняется на высоте не менее 0,2 метра от поверхности. Такие трассы часто оборудуются компенсаторами для восприятия температурных расширений. На коротких участках допускается жесткое крепление без компенсаторов.
Подводные переходы сооружаются через водные преграды и болотистые местности. Трубы свариваются в плети на берегу, а затем укладываются в подготовленную траншею на дне или протаскиваются через тоннели.
Подземные газопроводы в районах вечной мерзлоты требуют специальной теплоизоляции. Все места расположения трасс, повороты и ответвления маркируются специальными указательными знаками, на которые наносится техническая информация, включая категорию газопровода по давлению.
Многоступенчатость системы газоснабжения
Этот принцип подразумевает поэтапное снижение давления газа на пути от магистрали к потребителю. Существуют одноступенчатые системы (подача только низкого давления), двухступенчатые (высокое и низкое) и трехступенчатые (высокое, среднее и низкое).
Многоступенчатые схемы характерны для протяженных трасс со сложной конфигурацией. Дополнительные понижающие ступени часто устанавливаются перед входом газопровода в густонаселенные районы. Выбор конкретной схемы зависит от плотности застройки, количества потребителей и требований проекта.
Особенности планировки газовых сетей
Распределительные сети бывают трех основных типов: кольцевые, тупиковые и смешанные.
Кольцевая схема представляет собой замкнутый контур труб. Ее главное преимущество — возможность обеспечить равномерное давление у всех подключенных потребителей и повысить надежность снабжения. При ремонте одного участка подача газа может быть обеспечена с другой стороны кольца.
Тупиковая схема — это разветвленная сеть, где каждая линия заканчивается у конечного потребителя. Недостатком такой системы является постепенное падение давления на концевых участках. Такие схемы часто применяются для дворовых и внутриквартальных сетей.
Смешанная (комбинированная) схема сочетает в себе кольцевую магистраль с отходящими от нее тупиковыми ответвлениями к потребителям. На практике наиболее широко используются именно кольцевые и смешанные системы как наиболее надежные.
Организация отключения подачи газа
Для аварийного или планового отключения участков газопровода устанавливаются запорные устройства — вентили и задвижки. Они размещаются в специальных колодцах, стены которых изготавливаются из влагостойких, негорючих и биологически стойких материалов, либо в наружных защищенных шкафах при надземной прокладке.
Обязательная установка запорной арматуры предусмотрена в следующих местах:
- на вводах в жилые и общественные здания, перед наружными газовыми установками;
- на входах и выходах из газораспределительных пунктов (ГРП), на ответвлениях к жилым кварталам;
- перед пересечением сложных препятствий: водных преград, болот, автомобильных и железных дорог.
Запорные устройства должны быть легкодоступны для обслуживания и оперативного переключения. При проходе труб через стены колодцев используются защитные футляры.