Давление в газовых системах: технические стандарты и особенности распределения газа по трубопроводам

Нахождение газопроводной сети в непосредственной близости к населённому пункту не всегда гарантирует отсутствие трудностей с подключением. Системы, которые занимаются транспортировкой наиболее распространённого топлива, могут сталкиваться с различными задачами, что приводит к вариациям давления в газопроводах.

В данной статье мы разберём принципы функционирования газотранспортной системы и уточним, под каким давлением газ поставляется конечным потребителям в её сегментах. Также детально рассмотрим, как организовываются газоснабжающие структуры разных уровней, а также механизмы отключения газа.

Поставки природного газа

Пользующееся популярностью бытовое и промышленное оборудование, работающее на газообразных углеводородах, знакомо большинству. В квартирах и домах можно встретить газовые котлы, плиты и водонагреватели.

На многих предприятиях установленное котельное оборудование и специальные конструкции — газорегуляторные установки (ГРУ). На улицах находятся газораспределительные пункты, заметные благодаря яркому жёлтому цвету и красной надписи «Газ. Огнеопасно».

Известно, что газ перемещается по трубам. Но как он попадает в эти трубы? Путь природного газа от месторождения до каждой квартиры и дома довольно длинен. Топливо проходит через разветвлённые герметичные трубопроводы, протянувшиеся на тысячи километров.

Сразу после добычи на месторождении газовая смесь очищается от примесей и подготавливается к транспортировке. При помощи компрессорных станций газ нагнетается до высоких значений давления и направляется по магистральному трубопроводу к газораспределительной станции.

На этой станции осуществляется понижение давления, и газовая смесь одоризируется добавлением метана, этана, пентантиолов и этилмеркаптана для придания ей запаха, так как в чистом виде природный газ лишён аромата. После дополнительной очистки газ поступает в газопроводы, которые обслуживают населённые пункты.

Оборудование, использующее газ, требует подачи топлива под определённым давлением. Комплекс газорегуляторных пунктов (ГРП) контролирует и, как правило, понижает давление газа перед его подачей во внутридомовые сети с максимальными расходами до 30 тысяч кубометров в час.

После этого природный газ поступает к распределительным пунктам в пределах городских районов. Перед тем как войти в сеть газопроводов квартала, давление газа снижается до необходимого уровня. В конечном итоге газ поступает в внутридомовую систему — на газовую плиту, колонку или котел.

В каждой газоперерабатывающей установке имеется специальная горелка, которая смешивает магистральный газ с воздухом перед сжиганием. В чистом состоянии (без доступа кислорода) природный газ вообще не может гореть.

ГРС (газорегуляторные станции) располагаются на ответвлениях от магистральных газопроводов, снижая давление и регулируя подачу газа в местные сети с максимальными значениями подачи до 500 тысяч кубометров в час.

Структура системы газоснабжения

Система газотранспортирования состоит из трубопроводов, сооружений и технических устройств, обеспечивающих транспортировку и распределение газа между его потребителями. Интенсивность подачи газа определяется потребностями конечных пользователей — как промышленных, так и коммунальных, а также частных домов.

В структуру газоснабжающей сети входят:

• трубопроводы с высоким, средним и низким давлением;
• газорегуляторные устройства – станции (ГРС), пункты (ГРП), установки (ГРУ);
• автоматы регулирования и системы контроля;
• диспетчерская служба и служба эксплуатации.

Высокое давление в магистральном газопроводе позволяет доставлять природный газ к распределительным станциям, которые снижают давление до нужного уровня с помощью автоматических регулирующих клапанов.

Далее газоснабжающие сети направляют топливо к потребителям. ГРС автоматически поддерживают давление в установленном диапазоне.

Как устроена система газоснабжения?

Её иерархия определяется классами компонентов газотранспортной сети, которые связаны с давлением прокачиваемого газа.

Прокладка газопроводов в городских зонах требует достаточного пространства вокруг труб для обеспечения безопасности. Это особенно актуально для газопроводов большого диаметра при рабочем давлении свыше 0,6 МПа.

Принципы газопроводной сети

Газопроводы первого уровня состоят из коммуникаций, где давление природного газа является высоким или средним. Чтобы избежать образования тупиковых участков, осуществляется резервирование трубопроводов — дублируются отдельные сегменты или создаётся кольцевая система. Тупиковая сеть допускается лишь в небольших населённых пунктах.

Под высоким давлением газ проходит через несколько уровней, где его давление постепенно понижается. В пунктах газорегуляции этот процесс осуществляется скачкообразно, а на выходе давление становится стабильным. В городской черте газокоммуникации с высоким и средним давлением формируют взаимосвязанную сеть.

Положение подземных газопроводов и границы охранных зон обозначаются специальными знаками. На таких знаках указывается номер пикета, категория газопровода (например, II-я), диаметр трубы (800 мм), периметр охраны (2 м вбок и 1 м вперёд), а также контактный телефон (Т.051).

Использование ГРП позволяет подавать газ различных давлений потребителям, даже если они находятся на одной улице — газопроводы с разными давлениями могут располагаться параллельно.

Газопроводы второго уровня предназначены для подачи газа с низким давлением для большинства потребителей. Эти сети имеют смешанную структуру с преобладанием тупиковых участков, а кольцевание затрагивает в основном главные трубопроводы.

Газопроводы, работающие под низким давлением, не должны пересекать крупные техногенные (автострады, железные дороги) или природные (озёра, реки, овраги) препятствия. Установка таких коммуникаций в промышленных зонах не допускается.

Газ к потребителям в частном секторе поступает через ветки с низким давлением. Параметры давления на входе в устройство должны соответствовать данным, указанным в техническом паспорте.

Газовые сети, работающие на низком давлении, не могут образовывать гидравлически связанную систему в крупных населённых пунктах, так как проектируются только как локальные комплексы, получающие питание от нескольких ГРП.

Сети среднего давления подключены к высоким магистралям. Третий уровень газопроводов используется на объектах потребления — в производственных зонах, жилых и общественных зданиях.

Необходимость в давлении для таких газопроводов зависит от их назначения и характеристик газоиспользующего оборудования. Резервирование на третьем уровне газовых коммуникаций, как правило, не осуществляется.

Классификация и категории газопроводов

Классификация газовых трубопроводов по типам изложена в СНиП 42-01-2002. Магистральные газопроводы высокого давления делятся на один тип с двумя категориями.

Газовые коммуникации первой категории используются исключительно для крупных промышленных потребителей, употребляющих большие объемы газа под стабильным высоким давлением (от 0,6 до 1,2 МПа).

К примеру, это могут быть сталеплавильные заводы. При подключении промышленного потребителя к газопроводу первой категории требуется специальное проектирование газоснабжения.

Согласно современным стандартам монтажа газовых сетей, допускается использование труб ПВХ с «жёлтой» маркировкой. Однако любые пересечения труб газовых коммуникаций должны осуществляться лишь в стальном защитном корпусе.

Газопроводы второй категории предназначены для других производств, которым необходима подача газа под высоким давлением, но меньшем (от 0,3 до 0,6 МПа), чем для первой категории. Такие трубы также подводятся к котлам, обслуживающим производственные помещения.

Трубопроводы среднего давления (от 0,005 до 0,3 МПа) используются для подключения котельных, отапливающих жилые и административные здания, а также для обеспечения общественных учреждений, нуждающихся в большом объёме газа.

Магистрали низкого давления (до 0,005 МПа) доходят до бытовых потребителей, так как всё бытовое оборудование рассчитано именно на такие параметры подачи газа.

Иначе, чем максимально снизив параметры давления, невозможно обеспечить безопасность газораспределительных сетей для жилых объектов. Применение магистралей среднего давления и выше для газоснабжения жилых домов строго запрещено.

Многоступенчатая система газоснабжения

Необходимость создания многоступенчатой системы газоснабжения в местном масштабе обусловлена потребностями пользователей, нуждающихся в поставках газа под различным давлением.

Классификация газопроводов по уровням

По количеству уровней давления различают следующие типы газоснабжающих систем:

• Двухступенчатые: состоят из сетей с низким и средним давлением или низким и высоким;
• Трехступенчатые: включают коммуникации с высоким, средним и низким давлениями;
• Шагоступенчатые: формируются газопроводами всех уровней давления.

Чередование магистралей высокого и среднего давления необходимо из-за значительной длины трубопроводов, а также из-за нескольких направлений транспортировки. В районах с высокой плотностью населения не рекомендуется прокладывать газопроводы, которые будут работать под высоким давлением.

Главные газопроводные коммуникации в городах располагаются под землей, что предотвращает серьезные аварии в газовых сетях, вызванные ошибками в управлении автотранспортом.

Часто причина проблем заключается в узких улицах старой застройки, которые не позволяют проложить под ними газопроводы высокого давления. Чем больше давление газа в трубопроводе, тем больше расстояние должно быть между линиями и соседними зданиями.

Необходимость в многоуровневой системе газоснабжения также возникает из-за технологических требований при подключении и установке газорегуляторных пунктов на зданиях.

Классификация городских газовых сетей по назначению

Городские районы оборудованы самой разветвленной сетью газоснабжения.

В состав системы газоснабжения входят следующие виды газопроводов:

• распределительные, которые транспортируют газ под разным (действительно необходимым) давлением, обеспечивая его перемещение по территории;
• ответвления для абонентов, которые получают газ от распределительных магистралей;
• внутридомовые и внутрицеховые линии.

Проектируемая схема распределительных газовых коммуникаций, поставляющих газ под средним и высоким давлением, формирует единую сеть. Подробности проекта газификации частного дома можно найти в нашей статье.

Шкафной регуляторный пункт газоснабжения используется для конечных сетей с мощностью не более 1800 кубометров в час, снижая давление до 2 кПа.

Таким образом, коммунальные потребители, котельные и промышленные объекты получают природный газ через единую газораспределительную сеть. Создание отдельных магистралей для бытовых или промышленных потребителей нецелесообразно с экономической точки зрения.

При планировании системы газоснабжения города учитываются его размеры, плотность застройки, численность населения, а также потребности электростанций и промышленных объектов. Обязательно принимаются во внимание перспективы роста города и существующие препятствия для прокладки газопроводов.

Характеристики газоснабжения в городской застройке

В рамках города оптимальная схема естественного газоснабжения должна быть экономичной, безопасной в эксплуатации, а также надежной и удобной в обслуживании.

Шаровые задвижки, например, применяются для газовых сетей крупных потребителей и многоступенчатых систем. Эта запорная арматура устанавливается на магистрали при выводе через газорегуляторные станции, что позволяет переключать системы газоснабжения.

Сеть газоснабжения должна обеспечивать возможность резервного отключения ее участков для проведения ремонтов. Важно, чтобы все узлы, устройства и конструкции в одной системе были идентичны.

На схемах городские газопроводы изображаются последовательно. Тем не менее, параллельная укладка газовых коммуникаций по улицам допустима, при условии, что в них поддерживается различное давление.

Такая схема укладки является экономически выгодной, так как позволяет оптимизировать расход труб:

• газовые магистрали низкого давления обеспечиваются несколькими ГРП;
• к центральным ГРП метан поступает через параллельно уложенные трубы среднего или высокого давления.

Аналогичные схемы используются для снабжения котельных и предприятий, расположенных в жилых зонах.

Структура городской застройки предполагает создание сети низкого давления в две независимые зоны. Для резервирования по низкому давлению каждая зона ГРП подключается к трубопроводам большого диаметра, которые переносят газ под низким давлением.

В небольших и средних городах применяется двухступенчатая система газопроводов, которая сочетает трубы низкого и высокого давления (не превышающего 0,6 МПа).

Если укладка газовых труб в центре города невозможна, проектные мощности разделяются между сетями высокого давления (укладываются на окраинах) и среднего давления (проектируются в центральной части).

В результате создается трехступенчатая система поставок природного газа с распределительными газопроводами диаметром от 50 до 400 мм.

Перед закладкой отдельной газотранспортной ветки или врезкой в существующую газовую трубу выполняется проектирование нового участка системы, а также проводится гидравлический расчет для выбора труб и арматуры для сети.

Механизмы отключения подачи газа

Для выполнения ремонта периодически необходимо отключать определенные участки сетей городского газоснабжения, включая линии высокого, среднего и низкого давления.

Поэтому системы газопроводов в жилых и общественных зданиях, а также на промышленных объектах оснащаются арматурой для отключения – задвижками (также известными как пробковые краны).

Сборка системы газоснабжения завершается опрессовкой, что позволяет выявить дефекты, которые зачастую находятся в местах установки запорной арматуры.

Эти задвижки могут устанавливаться снаружи в защите или без нее и предназначены для полного отключения зданий от газовой сети.

Монтаж задвижек осуществляется:

• на газопроводах в ГРП (как входящих, так и выходящих);
• на ответвлениях главных газопроводов, ведущих к микрорайонам;
• перед крупными препятствиями, пересекаемыми трубопроводами (такими как водоемы, дороги и железные дороги).

На наружных газопроводах задвижки устанавливаются с углублением в колодцы, где также размещаются линзовые компенсаторы, позволяющие фиксировать показания напряжения (монтажное, температурное) и облегчающие установку и снятие запорной арматуры.

Колодцы можно закладывать на расстоянии более 2 метров от ближайшего здания или ограждения.

Запорная арматура на газовых вводах в здания устанавливается на стене, а газовые краны, замена которых будет описана в следующей статье, размещаются на расстоянии не менее метра от ближайших проемов.

Не важно, какой уровень давления, разветвленность или протяженность трубопровода – количество устройств для отключения должно быть минимально необходимым, при этом каждое место установки должно быть обосновано.

Важный вопрос для владельцев – это стоимость подключения к магистральному газу; подробную информацию о расчете можно найти здесь. Рекомендуем ознакомиться с этим полезным материалом.

Итоги и полезное видео на тему

Видео #1. Процесс газоснабжения многоквартирных домов:

Видео #2. Устройство и производство шаровой запорной арматуры для газопроводов:

Эффективность газопроводной системы зависит от ее сбалансированности. Все работы с газовыми системами могут выполнять только специалисты газовых служб. Посторонние вмешательства в функционирование газовой сети недопустимы и очень опасны – помните об этом!

Оставляйте комментарии в разделе ниже. Делитесь своими рекомендациями и информацией, которая может быть полезна посетителям сайта. Публикуйте посты, загружайте фото по теме и задавайте вопросы.