Методы покрытия неравномерностей потребления газа

Для системы снабжения городов и промышленных предприятий характерна неравномерность потребления газа. Объясняется это тем, что бытовые, коммунальные и промышленные потребители расходуют газ неравномерно по временам года (лето, зима), месяцам, неделям, суткам и часам суток. Зимой расход газа всегда больше, чем летом, когда выключается отопительная система. Потребление газа в дневные часы, как правило, всегда значительно больше, чем в ночные часы. Так как в городскую сеть газ по газопроводу подается в одном и том же количестве (при этом учитывают среднечасовой расход), в дневные часы ощущается недостаток газа, а в ночные — появляется его избыток, вследствие того, что город потребляет газа меньше, чем поступает его в газопровод.

Для устранения суточной неравномерности потребления газа вблизи городов сооружают емкости, в которые вмещают весь избыточный газ в ночные часы, чтобы обратно выдать его в газораспределительную сеть города в дневное время. С этой целью используют газгольдеры, а также объем последнего участка магистрального газопровода. Благодаря аккумулирующей способности газопровода при накапливании газа в ночные часы в нем повышается давление, достигающее к утру максимально допускаемой величины. В дневные часы при повышении расхода газа его давление понижается до нормального.

Особенно велика сезонная неравномерность газопотребления, характеризующаяся тем, что в крупных городах существует большой разрыв между максимальным (зимним) и минимальным (летним) расходом газа за счет значительного его использования для отопления в холодное время года. Для покрытия этой неравномерности требуются крупные хранилища. Так как по экономическим соображениям нецелесообразно сооружать для этой цели газгольдерные парки, на изготовление которых расходуется много стали и требуютсязначительные площади застройки, для хранения межсезонного запаса газа используются преимущественно подземные хранилища (ПХГ). В отдельные периоды эти хранилища могут быть также использованы для покрытия суточных и месячных неравномерностей потребления. В качестве дополнительных источников покрытия неравномерностей газопотребления иногда используют резервные емкости отдельных крупных потребителей и баз сжиженного газа.

Рис. 8.2. График суточного потребления газа: 1 — среднесуточное потребление; 2, 3 — граница соответственно максимального и минимального потребления

Рис. 8.3. График годового потребления газа крупным городом: I — суточное колебание газопотребления; 2 — месячное колебание газопотребления; к — коэффициент месячной неравномерности газопотребления; Q — расход перекачиваемого газа. Заштрихованная площадь — объем газа, подлежащий хранению в подземном хранилище

Необходимый объем газохранилища (газгольдерного парка) рассчитывают по графику суточного потребления газа. Объем газа принимается равным избытку газа в ночное время, что, в свою очередь, соответствует нехватке газа в дневное время. На рис. 8.2 представлен совмещенный график потребления и подачи газа потребителям, причем подача газа принята равномерной в течение суток. Из графика видно, что потребление газа меньше подачи в период от 0 до 6 ч и с 22 до 24 ч и для приема излишнего количества газа необходим объем, равный суммарному объему газа, который в масштабе характеризуется суммой заштрихованных площадей на графике. При этом объем газохранилища должен покрыть весь избыток дневного потребления (с 6 до 22 ч). Часть рассчитанного объема газохранилища (газгольдерного парка) может быть компенсирована аккумулирующей способностью магистрального газопровода.

Объем газохранилища, необходимый для выравнивания сезонной неравномерности, определяют по графикам месячной неравномерности. В хранилище резервируется летний избыток газа, а зимой газ выдается потребителю при ритмичной работе магистрального газопровода со среднегодовым расходом. На рис. 8.3 представлен график годового потребления газа крупным городом. На графике заштрихованная площадь соответствует объему газа, который необходимо закачать и хранить в подземном хранилище в летние месяцы. В данном случае, коэффициент месячной неравномерности газопотребления, т. е. отношение фактического месячного потребления газа к среднемесячному, составляет А = 1,33, однако в отдельных случаях к = 1,5.

ХРАНИЛИЩА ПРИРОДНОГО ГАЗА

ГАЗГОЛЬДЕРЫ

Газгольдерами называют сосуды большого объема, предназначенные для хранения под давлением газов. При помощи газгольдеров производится также смешение и регулирование расхода газа. По принципу работы газгольдеры различают переменного и постоянного объема, а по форме — сферические и цилиндрические. Газгольдеры переменного объема рассчитаны на хранение газа при низком давлении до 4 кПа. В резервуарах постоянного объема газ хранят при высоком давлении — в пределах 4 кПа — 3 МПа. Отличительная особенность газгольдеров низкого давления заключается в том, что рабочий объем у них является переменным, а давление газа в процессе наполнения или опорожнения остается неизменным (или меняется незначительно). У газгольдеров высокого давления, наоборот, геометрический объем постоянный, а давление при наполнении меняется от первоначального до рабочего; кроме того, они имеют движущиеся части.

Газгольдеры переменного объема разделяют на сухие и мокрые. Сухие газгольдеры (рис. 8.4) работают по принципу поршня и оборудованы затворами. Мокрые газгольдеры имеют верхнюю подвижную часть и внизу водяной бассейн; изготовляют их объемом 100 — 30 000 м³ одно-, двух- и трехзвенными. На рис. 8.5 показана схема мокрого двухзвенного газгольдера. Под воздействием давления газа, поступающего под колокол по подводящему трубопроводу, колокол поднимается. На определенной высоте колокол входит в зацепление с затвором телескопа и далее движется вверх вместе с ним. При этом затвор колокола захватывает с собой воду из бассейна, в результате чего образуется газонепроницаемая гидравлическая подушка, противостоящая давлению газа в газгольдере. Правильное движение колокола и телескопа и ограничение их перекоса во время движения осуществляется с помощью наружных верхних и внутренних нижних роликов, которые катятся соответственно по наружным и внутренним направляющим. При отсутствии давления в газгольдере колокол и телескоп опираются на подставки, установленные на дне бассейна. При максимальном давлении газа внутри колокола он занимает наивысшее положение; величина давления зависит от массы телескопа, пригрузов, находящихся в затворах воды, объема и плотности газа, хранимого в газгольдере. Полезный объем газгольдера соответствует объему газа, заключенному в газгольдере при верхнем положении всех его звеньев.

Газгольдеры высокого давления подразделяются на сферические и горизонтальные цилиндрические.

Сферические газгольдеры в виде шаровых резервуаров (рис. 8.6) используются в основном для хранения сжиженных газов (изопентана, бутана, бутилена, пропана и смесей этих газов) и рассчитаны на внутреннее давление, соответствующее величине упругости паров (давлению насыщения) хранимых жидкостей. Сферическая форма резервуаров по сравнению с другими формами, например цилиндрическими, наиболее эффективна по расходу стали и стоимости. Разработана серия таких газгольдеров объемом 300 — 4000 м³ с внутренним давлением 0,25 — 1,8 МПа диаметром 9 — 20 м. Сферические газгольдеры оборудуют предохранительными клапанами, приборами для отбора проб и замера уровня, незамерзающими клапанами, термометрами и приемораздаточными устройствами. Цилиндрические газгольдеры, обычно ограничиваемые по концам полусферами, устанавливают горизонтально или на опорах. Газгольдеры этого типа объемом 50 — 270 м³ (причем диаметр у всех газгольдеров одинаковый), различаются лишь длиной, что облегчает их изготовление и транспортировку к месту монтажа в готовом виде. Рабочее давление в газгольдерах 0,25 — 2 МПа. Газгольдеры оснащают комплектом запорной и предохранительной аппаратуры, а также патрубками для удаления конденсата и газа.

Рис. 8.4. Сухой газгольдер объемом 100 000 м³ с жидкостным затвором: / — кровля; 2 — верхнее положение шайбы (поршня); 3 — лестница-стремянка; 4 — подъемная клеть; 5 — стенка газгольдера; 6 — шайба; 7 — наружный подъемник; 8 — газопровод

Рис. 8.5. Схема двухзвенного мокрого газгольдера: а — при верхнем положении колокола и телескопа; б — при нижнем положении колокола и телескопа; в — при верхнем положении телескопа; г — при нижнем положении колокола и телескопа; д — при верхнем положении колокола; D_k — диаметр колокола; D_т — диаметр телескопа; D_p — диаметр резервуара

Рис. 8.6. Сферический газгольдер объемом 600 м³