Природный газ

Содержание

 

1. Природный газ.
2. Физико-химические свойства природного газа.
3. Подготовка газа к транспортировке.
1. Очистка газа от механических примесей.
2. Осушка газа.
1. Осушка газа охлаждением.
2. Осушка газа твердыми поглотителями
3. Осушка газа молекулярными ситами.
4. Системы газоснабжения городов, населенных пунктов. Нормы давления газа.
5. Классификация городских систем газоснабжения.
6. Газовая арматура
1. Классификация газовой арматуры.
2. Виды запорной арматуры.
7. Устройство подземного газопровода.
8. Правила заложения подземного газопровода в грунт.
9. Список используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Природный газ

 

Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Смесь газов состоит из горючих, негорючих газов и различных примесей.

К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючие  компоненты—это азот, оксид (II) углерода и кислород. Это балласт газообразного  топлива. К примесям относят водяные  пары, сероводород, пыль.

   Природный газ относится  к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газовом состоянии в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений — это свободный газ, либо в растворённом состоянии в нефти или воде (в пластовых условиях), а в стандартных условиях (0,101325 МПа и 20 °С) — только в газовом состоянии. Также природный газ может находиться в виде газогидратов. Газ - экологически чистый вид топлива, наиболее часто используемый человеком в повседневной жизни. Основную часть природного газа составляет метан (CH4) — до 98 %. Но в его состав могут также входить более тяжёлые углеводороды —этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10),

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество одорантов. В качестве одоранта чаще всего применяется этил-меркаптан имеющих сильный неприятный запах. . Норма одоризации 16 г на 1 000 м³ газа.

Положительные свойства:

- относительная дешевизна, которая  объясняется более легким способом  добычи и транспорта;

- отсутствие золы и выноса твердых частиц в атмосферу;

- высокая теплота сгорания;

- не требуется подготовки топлива  к сжиганию;

- облегчается труд обслуживающих работников и улучшение санитарно-гигиенических   

условий его работы;

- облегчаются условия автоматизации  рабочих процессов.

Отрицательные свойства:

Из-за возможных утечек через неплотности  в соединениях газопровода и  в местах присоединения арматуры использование природного газа требует особой внимательности и осторожности.

Проникновение в помещение более 20 % газа может привести к  удушью, а при наличии его в закрытом объеме от 5 до 15 % может вызвать взрыв  газовоздушной смеси. При неполном сгорании образуется токсичный угарный газ СО, который даже при небольших концентрациях приводит к отравлению.

 

Природные газы можно подразделить на три группы:

1) Газы, добываемые из чисто газовых  месторождений. Они в основном  состоят из метана.

2) Газы, выделяемые из скважин  нефтяных месторождений совместно  с нефтью. Часто их называют попутными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов.

3) Газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления. Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов.

 

 

 

Физико-химические свойства природных газов.

 

К основные показателям природных  газов относятся: состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и давление при взрыве.

Природные газы чисто газовых месторождений  в основном состоят из метана (82-98 %) и других углеводородов.

Теплота сгорания - это количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 м³ газа. Измеряется теплота сгорания в ккал/м³, кДж/м³ газа. Теплота сгорания при которой учитывается затраченное тепло на конденсацию водяных паров, находящихся в дымовых газах - называется высшей, и напротив,  низшей – при которой это тепло в расчет не берется. В расчетах в основном пользуются низшей теплотой сгорания топлива, по причине высокой температуры уходящих газов в топливопитающих устройствах по равнению  с температурой, при которой осуществляется конденсация водяных паров.

 

Величина рассчитываемая отношением массы вещества к его же объему называется плотностью вещества. Плотность  природного газа полностью зависит  от его состава и находится  в пределах с = 0,73-0,85 кг/м3.

 

Жаропроизводительность природных  газов составляет около 2 000-2 100 °С,

метана - 2 043 °С. Действительная температура  горения в топках значительно  ниже жаропроизводительности и зависит  от условий сжигания.

Температурой воспламенения называется температура топливовоздушной смеси, смесь при которой загорается без источника воспламенения. Для природного газа она находится в пределах 645-700 °С.

 

Границы взрываемости.

Газовоздушная смесь, имеющая в  составе количество газа:

до 5 % - не горит;

от 5 до 15 % - взрывается;

больше 15 % - горит при подаче воздуха.

Давление при взрыве природного газа составляет 0,8—1,0 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовка газа к транспортировке

 

Природный газ, получаемый с промыслов, содержит посторонние примеси: твердые  частицы (песок и окалину), конденсат  тяжелых углеводородов, водяные пары и часто сероводород и углекислый газ. Присутствие твердых частиц в газе приводит к быстрому износу соприкасающихся с газом деталей компрессоров. Твердые частицы засоряют и портят арматуру газопровода и контрольно-измерительные приборы; скапливаясь на отдельных участках газопровода, они сужают его поперечное сечение. Жидкие частицы, оседая в пониженных участках трубопровода, также вызывают уменьшение площади его поперечного сечения. Они, кроме того, оказывают корродирующее действие на трубопровод, арматуру и приборы. Влага в определенных условиях приводит к образованию гидратов, выпадающих в газопроводе в виде твердых кристаллов. Гидратные пробки могут полностью закупорить трубопровод. Сероводород — весьма вредная примесь. В количествах, больших 0,01 мг на 1л воздуха рабочей зоны, он ядовит. При промышленном использовании газа содержащийся в нем сероводород отрицательно сказывается на качестве выпускаемой продукции. В присутствии влаги сероводород вызывает сильную коррозию металлов. Углекислый газ вреден главным образом тем, что он снижает теплоту сгорания газа. Перед поступлением в магистральный газопровод газ должен быть осушен и очищен от вредных примесей. Кроме того, газ подвергают одоризации, то есть вводят в него компоненты, придающие ему резкий и неприятный запах. Одоризация позволяет более быстро обнаружить утечки газа. Подготовка газа к транспорту проводится на специальных установках, находящихся на головных сооружениях газопровода.

 

 

 

Очистка газа от механических примесей

 

К механическим примесям относятся частицы породы, выносимые газовым потоком из скважины, строительный шлак, оставшийся после окончания строительства промысловых газосборных сетей и магистральных трубопроводов, продукты коррозии и эрозии внутренних поверхностей и жидкие включения конденсата и воды. Согласно техническим требованиям на природные и нефтяные газы содержание жидкой взвеси в транспортируемом газе не должно превышать 25—50 г. на 1000 м3 газа. Еще более жесткие требования необходимо предъявлять к содержанию твердой взвеси (не более 0,05мг/м3), которая способствует эрозионному износу технологического оборудования газопроводов. Так, при содержании 5—7 мг/м3 твердой взвеси к.п.д. трубопроводов уменьшается на 3—5% в течение двух месяцев эксплуатации, а при запыленности более чем ЗО мг/м3 трубопровод выходит из строя через несколько часов из-за полного эрозионно-ударного износа. По принципу работы аппараты для очистки газа от механических примесей подразделяются на: работающие по принципу «сухого» отделения пыли. В таких аппаратах отделение пыли происходит в основном с использованием сил гравитации и инерции. К ним относятся циклонные пылеуловители, гравитационные сепараторы, различные фильтры; работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли. В этом случае удаляемая из газа взвесь смачивается промывочной жидкостью, которая отделяется от газового потока, выводится из аппарата для регенерации и очистки и затем возвращается в аппарат. К ним относятся масляные пылеуловители, шаровые скрубберы и т.д.; использующие принцип электроосаждения. Данные аппараты почти не применяются для очистки природного газа. Наиболее широко используются аппараты «мокрого» и «сухого» пылеулавливания. Очистка газа по пути следования его от месторождения до потребителя производится в несколько ступеней. Для ограничения выноса из месторождения породы призабойную зону оборудуют фильтром. Вторую ступень очистки газ проходит на промысле в наземных сепараторах, в которых сепарируется жидкость (вода и конденсат) и газ очищается от частиц породы и пыли. Промысловые очистные аппараты работают, используя свойства выпадения взвеси под действием силы тяжести при уменьшении скорости потока газа или используя действие центробежных сил при специальной закрутке потока. Поэтому промысловые аппараты очистки делятся на гравитационные и циклонные. Гравитационные аппараты бывают вертикальные и горизонтальные. Вертикальные гравитационные аппараты рекомендуются для сепарации газов, содержащих твердые частицы и тяжелые смолистые фракции, так как они имеют лучшие условия очистки и дренажа. Вертикальные сепараторы изготовляют диаметром 400—1650мм, горизонтальные — диаметром 400—1500мм при максимальном давлении 16 МПа. При оптимальной скорости эффективность сепарации составляет до 80%. Третья ступень очистки газа происходит на линейной части газопровода и компрессорных станциях. На линейной части устанавливают конденсатосборники, так как в результате несовершенной сепарации на промысле газ всегда имеет жидкую фазу. Наибольшее распространение получили конденсатосборники типа «расширительная камера». Принцип их работы основан на выпадении из потока газа капелек жидкости под действием силы тяжести из-за снижения скорости газа при увеличении диаметра трубопровода. Существенным недостатком при эксплуатации газопроводов с системой «расширительных камер» являются затруднения, связанные с пропуском устройств для очистки внутренней полости трубопровода. Чтобы обеспечить нормальную работу пылеуловителей, необходимо поддерживать постоянный уровень масла. Пропускная способность вертикальных масляных пылеуловителей при заданном давлении ограничивается скоростью потока газа в контактных трубках, которая не должна превосходить 1—3 м/с. Преимущество вертикального масляного пылеуловителя по сравнению с горизонтальным пылеуловителем заключается в высокой степени очистки (общий коэффициент очистки достигает 97—98%). Недостатками его являются большая металлоемкость, наличие жидкости и ее унос (допускается не более 25 г. на 1000 м3 газа), большое гидравлическое сопротивление (0,35—0,5 кгс/см2), чувствительность к изменениям уровня жидкости. В горизонтальном пылеуловителе используется барботажный способ промывки газа вместо промывки в контактных трубках. Поток газа, поступающего в аппарат через два симметричных патрубка, меняет направление на 90° перед отбойным козырьком. Далее газ поступает в регистры с щелевидными отверстиями для равномерного распределения под горизонтальным стальным листом с перфорацией, который делит пылеуловитель на две части. Циклонный пылеуловитель представляет собой аппарат цилиндрической формы с встроенными в него циклонами. Газ поступает через боковой верхний входной патрубок в распределитель, к которому приварены звездообразно расположенные циклоны, закрепленные неподвижно на нижней решетке. Отсепарированная жидкость и твердые частицы по дренажному конусу циклона попадают в грязевик

 

ОСУШКА ГАЗА

 

Осушка газа охлаждением.

Охлаждение широко применяется  для осушки и выделения конденсата и газа газоконденсатных месторождений  на установках низкотемпературной сепарации, а также при получении индивидуальных компонентов газа сжижении газов и т.д. Газ можно охлаждать путем расширения, когда необходимо снижать его давление, а также пропуская через холодильные установки. В условиях Крайнего Севера для охлаждения газа можно использовать низкую температуру окружающего воздуха (в зимнее время). Процесс расширения с целью понижения температуры осуществляется двумя способами — дросселированием без совершения внешней работы (изоэнтальпийный процесс) или адиабатическим расширением с отдачей внешней работы (изоэнтропийный процесс). В тех случаях, когда давления газа на входе в установки низкотемпературной сепарации недостаточно для его охлаждения расширением, устанавливают холодильные установки, заменяющие или дополняющие узел расширения. Необходимая температура сепарации может обеспечиваться за счет установки дополнительных теплообменников-рекуператоров и холодильников. Для предупреждения гидратообразования перед теплообменником в поток сырого газа впрыскивается гликоль. Предусмотрен также ввод ингибитора. Рассматривая рациональную область применения указанных способов осушки и извлечения конденсата из природных и попутных газов, необходимо отметить ,что осушку весьма тощих газов (чисто газовых месторождений) целесообразно вести с применением диэтиленгликоля и триэтиленгликоля, активированного боксита и цеолитов. Применять другие методы нерентабельно. Если же требуется только частичное удаление влаги из газа (получение точек росы не ниже —10° С), лучше применять гликоли. Ддя более глубокой осушки, а также при необходимости получения отдельных фракций желательно осушку вести активированным бокситом или цеолитом. Осушку и извлечение конденсата из газа газоконденсатных месторождений, в газах которых находится достаточно много конденсата, как правило, наиболее выгодно производить на установках низкотемпературной сепарации. При этом эффективность использования низкотемпературной сепарации газа зависит от начального давления и темпов его падения.

 

Осушка газа твердыми поглотителями

В качестве твердых поглотителей влаги  в газовой промышленности широко применяются активированная окись алюминия и боксит, который на 50—60% состоит из Al2O3. Поглотительная способность боксита 4,0—6,5% от собственной массы. Преимущества метода: низкая точка росы осушенного газа (до —65° С), простота регенерации поглотителя, компактность, несложность и низкая стоимость установки.

 

Осушка газа молекулярными ситами

Для глубокой осушки применяют молекулярные сита, так называемые цеолиты. Цеолиты  состоят из кислорода, алюминия, кремния  и щелочноземельных металлов и представляют собой сложные неорганические полимеры с кристаллической структурой. Форма кристалла цеолита — куб, на каждой из шести сторон его имеются щели, через которые влага проникает во внутреннее пространство. Каждый цеолит имеет свой размер щелей, образованных атомами кислорода. Благодаря этому цеолиты способны резко избирательно сорбировать в основном мелкие молекулы, т. е. при адсорбции происходит как бы отсеивание более мелких от более крупных молекул. Мелкие молекулы проникают во внутреннее пространство кристалла и застревают в нем, а крупные молекулы не проходят и, следовательно, не будут адсорбироваться. Цеолиты, применяемые в виде порошка или гранул размером до 3 мм, обладают высокой пористостью (до 50%) и огромной поверхностью пор. Их активность достигает 14—16 г. на 100 г. цеолитов при парциальном давлении 0,4 мм рт.ст. Для регенерации молекулярных сит используют сухой газ, нагретый до 200- 300°С, который пропускают через слой цеолита в направлении, обратном движению газа при осушке. Цеолиты выдерживают до 5000 циклов, теряя при этом около 30% своей поглотительной способности.

 

 

 

 

 

Системы газоснабжения  городов, населенных пунктов.

 

Нормы давления газа

 

Современные распределительные системы  газоснабжения представляют собой  сложный комплекс сооружений, состоящий из следующих основных элементов: газовых кольцевых, тупиковых и смешанных сетей низкого, среднего и высокого давления, проложенных на территории города или другого населенного пункта внутри кварталов и внутри зданий; на магистралях - газораспределительных станций (ГРС), газорегуляторных пунктов и установок (ГРП и ГРУ), систем связи, автоматики и телемеханики. Весь комплекс сооружений должен обеспечивать бесперебойную подачу газа потребителям. В системе должно быть предусмотрено отключение отдельных ее элементов и участков газопроводов для производства ремонтных и аварийных работ, она должна обеспечивать бесперебойную подачу газа потребителям, быть простой, безопасной, надежной и удобной в эксплуатации.

 

Проекты газоснабжения областей, городов, поселков разрабатывают на основе схем и проектов районных планировок, генеральных планов городов с учетом их развития на перспективу.

 

Сооружения, оборудование и узлы в  системе газоснабжения следует  применять однотипные.

Выбор системы распределения, числа ГРС, ГРП и принципа построения распределительных газопроводов (кольцевые, тупиковые, смешанные) следует производить на основании технико-экономических расчетов с учетом объема, структуры и плотности газопотребления, надежности газоснабжения, а также местных условий строительства и эксплуатации.