Проектирование трубопроводов

                       Рисунок 1 – Принципиальная схема ГРП

 

На кране срабатывает основной перепад давления, он работает в положениях "открыто" – "закрыто", а задвижкой регулируют давление в соответствие с изменяющейся нагрузкой.

 ГРП могут быть одно- или двухступенчатыми. В одноступенчатом ГРП входное давление газа редуцируют до выходного в одном регуляторе, в двухступенчатом – двумя последовательно установленными регуляторами. При этом регулятор первой ступени компонуют с фильтром и ПЗК, регулятор второй ступени может не быть снабжен фильтром. Одноступенчатые схемы ГРП обычно применяют при разности между входным и выходным давлением до 0,6 МПа, при большем перепаде предпочтительнее двухступенчатые схемы редуцирования.

В ГРП следует предусматривать систему продувочных и сбросных трубопроводов для продувки газопроводов и сброса газа от ПСК, которые выводятся наружу в места, где обеспечиваются безопасные условия для рассеивания газа, но не менее чем на 1 м выше карниза здания ГРП.

В ГРП следует устанавливать или включать в состав АСУ ТП РГ показывающие и регистрирующие приборы для измерения входного и выходного давления газа, а также его температуры.

Газорегуляторные пункты выполняют по типовым проектам на базе универсальных регуляторов давления, используемых в промышленности.

Для очистки газа на газорегуляторных пунктах устанавливают волосяные и сетчатые фильтры. При условных диаметрах больше 50 мм применяют волосяные фильтры, а при диаметрах 50 мм и менее – сетчатые.

Волосяные фильтры выпускают двух модификаций с максимальным давлением до 0,6 и до 1,2 МПа. Перепад давления на кассете фильтра не должен превышать 10 кПа. Если он будет больше, то необходима очистка фильтра. В условиях эксплуатации перепад давления на фильтре обычно не превышает 3000-5000 Па. Перепад давления контролируют дифманометром ДСП-780 Н [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1 Регулятор давления

 

 

Для регулирования гидравлическим режимом  работы  системы  газоснабжения  применяют  регуляторы давления, с помощью которого  автоматически  поддерживают  постоянное давление  в точке  отбора импульса независимо  от интенсивности потребления газа. При регулировании  давления  происходит снижение  начального более высокого, до  конечного (более низкого).

Автоматический  регулятор  давления  состоит из  регулирующего и реагирующего  устройства. Основной частью реагирующего  устройства является чувствительный элемент (мембрана), а основной  частью  регулирующего устройства  - регулирующий орган ( у регуляторов  давления – дроссельный  орган).  Чувствительный  элемент  и регулирующий  орган  соединяют между собой исполнительной  связью.

При  выборе  регулятора давления учитывают, что режим  его работы зависит  от перепада  давления  в дроссельном  органе. При малых  перепадах  происходит  докритическое истечение газа,  а при определенном перепаде наступает  критическое, когда  скорость  газа равна  скорости  звука в газовой среде.

Нам необходимо подобрать  регулятор по следующим исходным данным:

• расход газа Q = 2157,52 м3/ч;

• давление газа на входе ГРП Рвх = 95 кПа;

• давление газа на выходе ГРП Рвых = 3 кПа;

• газ природный:

плотность r = 1,065 кг/м3;

температура T = 276 К.

 

Предварительно задаемся потерями в газопроводах ГРП, кранах 1,5, предохранительном запорном клапане 4 и фильтре 2 (рисунок 2) в размере 4 кПа. В этом случае перепад давления на клапане регулятора 5 давления буде равен:

DР = 95-4-3 = 88 кПа.

 

 

1 – входное отключающее устройство на основной линии; 2 – фильтр;

3 – диафрагма; 4 – предохранительный запорный клапан; 5 – регулятор давления; 6 – выходное отключающее устройство; 7 – байпас;

8 – герметизирующее устройство (кран) на байпасе; 9 – задвижка на байпасе для регулирования давления; 10 – предохранительный сбросной клапан; 11 – свеча.

Рисунок 2 – Расчетная схема ГРП

 

Р1 = Ри +Ра = 95+101,325 = 196,325 кПа,

Р2 = 3+101,325 = 104,325 кПа.

Режим течения газа через клапан РД:

DР/Р1 = 88/196,325  = 0,45 < 0,5  => Режим течения газа докритический

По полученному значению из графика (рисунок 2, [1]) находим значение поправки на изменение плотности газа ε = 0,77 при коэффициенте адиабаты для природного газа k = 1,3.

Определяем коэффициент пропускной способности регулятора давления

где z1 – коэффициент сжимаемости газа при условиях входа в регулятор давления;

T1 – температура газа перед регулятором.

По таблице 8 [3] подбираем регулятор давления с коэффициентом пропускной способности близким к расчетному kv = 220.7. Для kv = 200 соответствует регулятор давления РДУК -2-200/105

Определяем запас его пропускной способности

т.е. пропускная способность несколько больше необходимой, что удовлетворяет условиям.

Регуляторы давления РДУК-2, разработанные институтом Мосгазопроект, состоят из следующих основных элементов (рисунок 3 ): регулирующего клапана с мембранным приводом,  представляющего собой исполнительный механизм; регулятора управления; дросселей и соединительных трубок.

 

 

1 — исполнительный механизм; 2 — регулятор управления (пилот);

3 и 4 — клапан и мембрана исполнительного механизма; 5 и 6 — клапан

и мембрана регулятора управления; 7 — винт для настройки регулятора

управления; 8 — импульсная трубка; 9 — трубка для подачи газа начального давления; 10 — трубка для сброса газа после регулятора управления; 

11 — дроссель; 12 — трубка, соединяющая командный прибор с дросселем; 13 — трубка, передающая командное давление pх исполнительному механизму; 14 — трубка, соединяющая надмембранную зону исполнительного механизма с газопроводом после регулятора

Рисунок 3 - Схема регулятора давления РДУК - 2:

 

Регулятор работает следующим образом. Газ высокого или среднего давления из надклапанной камеры исполнительного механизма 1 поступает в регулятор управления 2. Пройдя клапан 5 регулятора управления, газ движется по трубке 12, проходит через дроссель 11 и поступает в газопровод после регулирующего клапана. Клапан 5 регулятора управления 2, дроссель 11 и трубки  9, 12 и 10 представляют собой исполнительное устройство дрос-

сельного типа. Газ поступает в регулятор управления с давлением p1, после дросселя переменного сечения (клапан 5) давление становится равным pх, а после дросселя постоянного сечения 11 — равным p2. Давлением pх регулируется работа исполнительного механизма и в зависимости от положения клапана 5 давление pх может меняться от давления p2 (клапан 5 открыт) до максимальной величины (клапан 5 полностью открыт), зависящей от отношения площади открытого клапана 5 к сечению дросселя 11.  Таким образом, импульс конечного давления, воспринимаемый командным прибором, усиливается дроссельным устройством, трансформируется в командное давление pх и передается в трубку 13 в подмембранную зону исполнительного механизма, перемещая соответствующим образом регулирующий клапан. В результате этого перестановочная сила, развиваемая мембраной, изменяется и клапан 3 перемещается в соответствии с изменившимся расходом газа. Например, если расход газа уменьшился, давление газа за регулятором увеличилось, то клапан регулятора управле-

ния, соединенный с газопроводом импульсной трубкой 8, прикроется, давление pх в подмембранной полости исполнительного механизма уменьшится, регулирующий клапан 3 опустится и давление после регулятора снизится. Надмембранная зона исполнительного механизма соединена трубкой 14 с газопроводом после регулятора, поэтому в ней всегда поддерживается конечное давление.

 

 

 

5.2 Выбор фильтра

 

Подбор газовых фильтров   сводится  к определению  расчетных потерь  давления  в них, которые  складываются  из потерь  в корпусе  и на кассете фильтра.  Во избежание  разрушения  кассет  эти потери  не должны превышать 1000 мм вод. ст., а для обеспечения  нормальной работы  фильтра  с учетом засорения следует  принимать потери  давления  не более  400-600 мм. вод. ст.

Для очистки газа примем к установке волосяной фильтр с D = 100 мм. Его пропускная способность при абсолютном давлении на входе P1T = 0,6 МПа, перепаде давления ΔPТ = 5 кПа и плотности газа ρТ = 0,73 кг/м3 составляет QТ = 14750 м3/ч.

Определим потери давления на фильтре при заданной пропускной способности ГРП [3]

где Q – заданная пропускная способность фильтра, Q = 2157,52 м3/ч;

P2 – давление на выходе из фильтра (давление на входе в РД), P2 = 195 кПа;

ρ0 – плотность газа, r = 0,729 кг/м3.

1,4 – входной и выходной патрубки; 2 – крышка фильтра; 3 – фильтрующая кассета с металлической сеткой и набивкой (конский волос или капроновая нить); 5 – заглушка для удаления пыли из сборника; 6 – отбойный лист

Рисунок 4 – Сварной волосяной фильтр

 

Корпус фильтра стальной сварной (рисунок 4). Твердые частицы, вносимые потоком газа в фильтр, ударяются об отбойный лист 6 и накапливаются в нижней части фильтра, из которой их периодически удаляют через люк 5. Оставшиеся в газе мелкие частицы и пыль задерживаются в кассете 3. Фильтрующий материал находиться между двумя металлическими сетками. Для очистки и промывки кассеты ее вынимают из корпуса сверху, предварительно сняв крышку 2 [4].

Скорость движения газа в линиях редуцирования

а) до регулятора давления

б) после регулятора давления

где D – внутренний диаметр трубопровода, D = 100 мм.

Полученные скорости высоки, т.к. при движении газа по трубам они вызывают большой шум, что недопустимо при эксплуатации. Для снижения скорости и уменьшения шума примем диаметры трубопроводов до и после регулятора давления равными 200 мм.

Скорость движения газа в линиях редуцирования

а) до регулятора давления

б) после регулятора давления

Полученные скорости допустимы.

 

 

 

 

 

 

5.3 Выбор предохранительного запорного клапана

 

Примем для установки предохранительный запорный клапан типа ПКН с диаметром условного прохода Dу = 200 мм, верхним пределом срабатывания 3,36 кПа, нижним – 1,3 кПа (рисунок 5).

1 – направляющая; 2 – фиксатор; 3 – вилка; 4 – предохранитель; 5 – седло; 6 – клапан; 7 – шток; 8 – подъемный рычаг; 9 – мембрана; 10 – шток; 11 – ударник; 12 – опорная шайба; 13 – груз; 14 – гайка; 15 – пружина; 16 – защелка; 17 – сальник; 18 – ось рычага

Рисунок 5 – Предохранительно-запорный клапан типа ПКН

Принцип работы клапана ПК следующий. В открытом состоянии клапан 6 поддерживает внутренняя вилка 3, которая установлена на общей оси 18 с подъемным рычагом 8. Подъемный рычаг в верхнем положении удерживает курок коленчатого рычажного предохранителя 4, ось которого закреплена в корпусе прибора. Ударник 11 поддерживается в вертикальном положении в результате зацепления выступа ударника с защелкой 16 коромысла. Противоположный конец коромысла сопряжен с пазом мембранного штока 10. Импульс контролируемого давления подводят в подмембранную зону. При выходе контролируемого давления за нижний предел усилие от грузов 13, передаваемое на шток мембраны, окажется больше усилия, развиваемого мембраной, в результате чего шток опустится, защелка 16 коромысла отклонится вверх и ударник 11 упадет на рычажный предохранитель 4. Это вызовет расцепление предохранительного и подъемного рычагов и клапан закроется. Нижний предел настройки клапана ПК устанавливают путем подбора вёса дисковых грузов.

Верхний предел настройки устанавливают путем сжатия пружины 15 регулировочной гайкой 14. При открытом клапане пружина упирается через опорную шайбу 12 в выступ крышки мембранной   коробки.   До   тех пор, пока усилие, развиваемое мембраной, не превзойдет усилия пружины, мембрана будет оставаться неподвижной. Когда в результате выхода контролируемого давления за верхний предел мембрана разовьет усилие, пружина будет сжата, защелка коромысла опустится вниз и падение ударника приведет  к  срабатыванию клапана.

Закрытый клапан 6 прижимается к седлу под действием собственного веса и веса груза, сосредоточенного на конце подъемного рычага 8. Кроме того, давление газа дополнительно прижимает его к седлу. При высоком давлении это существенно затрудняет открывание клапана. Для выравнивания давления газа с двух сторон клапана при его открывании в конструкции запорного клапана предусмотрен специальный перепускной клапан. При закрытом клапане отверстие перепускного клапана закрывает нижний конец штока 7. При открывании основного клапана шток откроет перепускной клапан, в результате чего давление в полостях корпуса быстро выравнится, обеспечив легкий подъем клапана [4].

 

 

 

 

 

 

 

5.4 Выбор предохранительного сбросного клапана

 

Примем для установки предохранительный сбросной клапан типа ПСК с диаметром условного прохода Dу = 200 мм, верхним пределом срабатывания 3,08 кПа.

Определим количество газа, подлежащего сбросу на ПСК в течение часа, при наличии ПЗК перед регулятором давления

где Qd – расчетная пропускная способность регулятора давления.

1 – регулировочный винт; 2 – пружина; 3 – мембрана; 4 – уплотнение; 5 – золотник; 6 – седло

Рисунок 6 – Предохранительно-сбросной клапан типа ПКС

 

Предохранительный сбросной клапан ПСК мембранно-пружинного типа показан на рисунке 6.  Его можно настраивать на избыточное давление 0,001…0,125 МПа. Диапазон настройки контролируемого давления изменяют подбором пружины требуемой жесткости и изменением активной поверхности мембраны (изменяя размеры A и В). В пределах каждого диапазона (1000...5000 Па, 0,02...0,05 и 0,05...0,125 МПа) величину контролируемого давления устанавливают путем изменения степени сжатия пружины 2. На мембрану 3 действует контролируемое давление. Когда это давление превзойдет давление настройки клапана ПСК, то усилие мембраны станет больше усилия пружины и сожмет ее, клапан откроется и избыток газа будет сброшен в атмосферу [4].

Определяем потери давления в кранах, местных сопротивлениях, клапанах ПЗК и ПСК.

       Принимаем  следующие значения коэффициентов  местных сопротивлений [3]:

Таблица 5 – Коэффициенты местных сопротивлений