image
energas.ru

Газовая промышленность Спецвыпуск № 2 2018

Новые технологии и оборудование

01.06.2018 11:00 ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ – ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ НА СНИЖЕНИЕ ОБЪЕМОВ ПОТЕРЬ ГАЗА
В статье рассмотрен комплекс современных мер, технологий и оборудования, разработанных в целях снижения объемов потерь газа в ходе эксплуатации объемов газораспределительных систем. Эксплуатационные утечки газа происходят через разъемные соединения на газопроводах и оборудовании в связи с негерметичностью фланцевых и резьбовых соединений, сальников задвижек и кранов. Рассмотрены технические особенности применения современных композиционных уплотнителей, в частности из терморасширенного графита на армирующей основе. Подчеркивается важность замены стальных трубопроводов пластиковыми. В числе нового оборудования для минимизации расхода газа приводятся дистанционные высокочувствительные приборы, позволяющие определить наличие утечки метана на значительных расстояниях, оборудование для врезки без снижения давления. Внедрение клапанов безопасности «газ-стоп» служит инновационным решением снижения аварийности и оперативности ликвидации аварий и инцидентов на газопроводах. Новые технологические возможности рассмотрены авторами в контексте существующих и разрабатываемых национальных стандартов и технических требований организаций. Комплексный подход к эксплуатации газораспределительных систем позволит повысить уровнь безаварийного газоснабжения потребителей природного газа, минимизировать потери и выбросы газа в атмосферу.
Ключевые слова: ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, МИНИМИЗАЦИЯ РАСХОДА ГАЗА, УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ АВАРИЙ.
Открыть PDF


Главной задачей газораспределительной организации (ГРО) является обеспечение безопасного, безаварийного и бесперебойного газоснабжения потребителей. Выполнение этой задачи достигается реализацией комплекса мер и мероприятий по эксплуатации объектов газораспределительных систем. В том числе эксплуатация сетей газораспределения и газопотребления предполагает проведение постоянного мониторинга состояния сетей для выявления мест утечек газа, повреждений газопроводов и оборудования, своевременного и качественного выполнения периодических рег- ламентных работ, при которых возникают или могут возникнуть значительные потери газа.

Технологические потери – эксплуатационные утечки газа через разъемные соединения на газопроводах и оборудовании. Данные потери связаны с негерметичностью фланцевых соединений, сальников задвижек и кранов, а также резьбовых соединений вследствие их конструктивных особенностей. Добиться абсолютной герметичности разъемных соединений пока не удается, но с каждым годом появляется все больше материалов, позволяющих минимизировать вероятность возникновения утечек.

 

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

При предъявлении требований к уплотнению фланцевых соединений чаще всего ссылаются на ГОСТ 15180–86 [1] или ГОСТ 28759.6–90 [2]. Но эти межгосударственные стандарты практически не предъявляют требований к свойствам уплотнений, а лишь нормируют размеры и материал изготовления. Современные уплотнительные материалы должны соответствовать требованиям ГОСТ ISO 16010–2013 [3]. Данный ГОСТ, в отличие от предыдущих, предъявляет довольно жесткие требования к свойствам уплотнений.

В настоящее время для уплотнения фланцевых соединений в газораспределении широко применяются паронитовые прокладки. Паронит – материал дешевый и используется многие годы, но его упругие свойства существенно хуже, чем у современных уплотнительных материалов, например из терморасширенного графита. Особенно эффективны композиционные уплотнители из терморасширенного графита на армирующей основе. Существуют и другие материалы, позволяющие более надежно герметизировать фланцевые соединения. Основные виды современных уплотнительных материалов представлены в табл. 1.

Другим распространенным местом возникновения утечек газа являются сальники штоков запорной арматуры и разъемные со- единения. Из-за конструктивных особенностей сальник в принципе является не очень герметичным узлом и требует регулярной подтяжки и набивки.

Замена задвижек шаровыми кранами обеспечивает надежное секционирование участков газопроводов и, безусловно, способствует снижению потерь газа за счет качественного уплотняющего материала, качества шаров и сборки.

При колебаниях температуры окружающего воздуха из-за температурного расширения материалов уплотнители в разъемных соединениях подвергаются циклическим сжатиям, что приводит к потере герметичности. Поэтому при выборе того или иного производителя пунктов редуцирования газа (ПРГ) следует отдавать предпочтение продукции, использующей приварную арматуру согласно п. 4.5.8.2 ГОСТ 54960–2012 [4]: «Прокладку газопроводов следует предусматривать открытой. Соединения труб должны быть неразъемными, на сварке. Разъемные соединения разрешается предусматривать в местах присоединения технических устройств, контрольно-измерительных приборов, а также на импульсных трубопроводах». На сетях газораспределения также необходимо максимально использовать именно приварную арматуру.

Температурные колебания создают условия для еще одной причины утечки газа – образования сквозных коррозионных повреждений газопроводов на участках их выходов и вводов в землю вследствие негерметичности заделки между футляром и газопроводом. Решением этой проблемы является применение современных устройств выходов газопроводов из земли (УВГЗ), типовые решения использования которых определены в СТО Газпром газораспределение 2.4.–2011 [5].

В результате применения неразъемных соединений «поли- этилен – сталь» обеспечиваются: снижение затрат на строительство и эксплуатацию газопроводов – отсутствует необходимость устройства колодцев и обслуживания фланцевых соединений; высокое качество соединений – герметичность и прочность за счет использования технологии индукционного нагрева при изготовлении; вариации технологических возможностей при строительстве и эксплуатации газопроводов – возможность установки металлической запорной арматуры на полиэтиленовых трубопроводах, поочередная замена участков стальных трубопроводов полиэтиленовыми до полной замены существующего стального трубопровода поли- этиленовым, врезка ответвлений из полиэтиленовых труб в существующие стальные трубопроводы и т. п.

В результате применения УВГЗ исключаются следующие проблемы: нарушение заделки зазора между футляром и газопроводом от воздействия температурных перепадов и осадков; просадка труб газопровода и футляров в процессе эксплуатации; необходимость периодического ремонта битумной заделки зазора между торцом футляра и трубой газопровода; коррозионные повреждения труб (в том числе сквозные повреждения и утечки газа) газопроводов и футляров, которые возникают из-за попадания атмосферных осадков в зазор между газопроводом и футляром.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МИНИМИЗАЦИи РАСХОДА ГАЗА

Все газопроводы, даже с самыми совершенными уплотнениями, в соответствии с нормативно-техническими документами должны подвергаться постоянному контролю и обслуживанию. На сетях газораспределения имеется большое количество участков газопроводов и оборудования, в основном арматуры, которые находятся на территории абонентов, на большой высоте и т. п. и фактически недоступны для обслуживания (и не обслуживаются). Для обеспечения их контроля и своевременной проверки отсутствия утечек ряд производителей выпускает дистанционные высокочувствительные приборы, поз- воляющие определить наличие утечки метана на значительных расстояниях. Приборы такого типа давно применяют для обнаружения с вертолета утечек на магистральных газопроводах, но из-за больших габаритов и недостаточной чувствительности они не применялись ГРО.

В последнее время приборы значительно изменились. Их чувствительность повысилась, а габариты и стоимость существенно уменьшились, что сделало возможным их применение при обслуживании сетей газораспределения. В настоящее время приборы дистанционного лазерного обнаружения утечек метана размещают даже на малогабаритных квадрокоптерах. Выпускаются переносные варианты, по весу и габаритам аналогичные обычным течеискателям, позволяющие определить наличие метана на расстоянии и даже через окна жилых квартир абонентов.

Помимо мер, позволяющих сократить технологические потери газа, необходимо принимать меры по минимизации расхода газа для технологических нужд ГРО, обусловливающих выбросы газа в атмосферу.

Применение приспособлений для врезки без снижения давления. Даже полный отказ от резьбовых и фланцевых соединений на газопроводах и оборудовании не позволит избежать потерь газа и их выбросов в атмосферу при работах по присоединению новых газопроводов, а также при необходимости замены или ремонта участков газопроводов или оборудования. Но эти потери можно значительно уменьшить, используя современное оборудование для врезки без снижения давления, выпуск которого уже осуществляется в г. Смоленске (рис. 1).

Замена или ремонт участков газопроводов без прекращения транспортировки газа является логичным развитием технологии врезки под давлением и позволяет исключить из потока газа небольшой участок газопровода, а поток направить по временному обводному газопроводу. Газ сбрасывается только на отключенном участке, после чего на нем можно проводить любые работы. После проведения работ временный обводной газопровод демонтируется, на врезанные отводы устанавливаются заглушки, а основной газопровод вновь возвращается в работу.

Применение оборудования с увеличенными сроками эксплуатации. Некоторые работы, выполняемые при техническом обслуживании (ТО) пунктов редуцирования, предполагают сброс газа из оборудования и снова заполнение его газом после проведения работ. Сброс газа также происходит при проверке работы и настройке предохранительных сбросных клапанов (ПСК).

В соответствии с п. 8.3.2. ГОСТ Р 54983–2012 [6] «ТО газорегуляторных пунктов (ГРП) должно проводиться не реже одного раза в шесть месяцев. Периодичность ТО других пунктов редуцирования газа должна устанавливаться в соответствии с документацией изготовителей».

Таким образом, если производитель в техническом паспорте ПРГ указал, что ТО проводится реже, чем периодичность, указанная по умолчанию в национальном стандарте, то и проводить эти работы нужно реже. На рис. 2 в качестве примера приведен газорегуляторный пункт шкафной (ГРПШ), ТО которого проводится раз в 5–8 лет в зависимости от входного давления.

Современное качественное оборудование не требует столь частого вмешательства, как раньше, а некоторые комбинированные регуляторы (это относится к части домовых регуляторов и их аналогам) не предполагают вмешательства в ходе эксплуатации.

Согласно техническим паспортам на шкафные пункты редуцирования (ШРП) (рис. 3) с пропускной способностью до 50 м3/ч «ТО и текущий ремонт пункта должны осуществляться эксплуатационной организацией газового хозяйства (горгазами, межрайгазами и т. д.) или другими организациями. Периодическому осмотру подлежат регулятор давления, сбросной клапан, клапаны предохранительные запорные. Проверяются сроки очередной плановой поверки измерительных устройств. Сроки осмотров устанавливаются в соответствии с паспортами на данные изделия. Систематически проверяется герметичность резьбовых соединений», «...срок эксплуатации регулятора составляет 20 лет. На весь период эксплуатации регулятора не требуется проводить дополнительное обслуживание при устойчивой работе оборудования».

Таким образом, периодичность ТО определяется паспортом оборудования. Единственным оборудованием, подпадающим под ТО в данном случае, является комбинированный регулятор, включающий в себя и предохранительный запорный клапан (ПЗК), и ПСК. Согласно паспорту на регулятор производитель не предусматривает ТО этого регулятора силами ГРО. Срок службы этого регулятора составляет 20 лет, после чего он должен быть заменен или отправлен на ТО производителю.

Для сокращения потерь газа при проверке срабатывания и настройке ПСК разработана и используется технология проведения этой работы без сброса газа. Принципиальная схема такой настройки ПСК приведена на рис. 4.

Принцип этой технологии заключается в отключении ПСК от газопровода с помощью запорной арматуры перед клапаном и подаче в пространство между клапаном и запорной арматурой воздуха под давлением.

В соответствии с п. 6.5.6 СП 62.13330.2011* [7]: «…Конструкция линии редуцирования и резервной линии редуцирования (при наличии) должна обеспечивать возможность настройки параметров регулирующей, предохранительной и отключающей (защитной) арматуры, а также проверки герметичности закрытия их затворов без отключения или изменения значения давления газа у потребителя».

 

РЕКОНСТРУКЦИЯ И МОДЕРНИЗАЦИЯ

При реконструкции сетей преду- сматривается замена задвижек, установленных в колодцах, шаровыми кранами подземного заложения, что позволяет не только избежать выбросов газа в атмо- сферу, но и существенно снижает эксплуатационные затраты ГРО.

Более чем в 75 % случаев предусматривается прокладка подземных газопроводов из полиэтилена, который не подвержен коррозии, что исключает возможность образования утечек из сквозных коррозионных повреждений газопроводов.

Традиционно сброс газа считается первоочередной мерой, призванной сгладить ошибки при работе регулятора, и только если ПСК не помогает, срабатывает ПЗК.

Вместе с тем в дальнейшем сброс газа в атмосферу должен стать исключительным случаем, если другие меры не помогли. В России уже сейчас стали применять регуляторы-мониторы и пункты редуцирования с дублирующими линиями. Примером могут служить головные ГРП, спроектированные и построенные Головным научно-исследовательским и проектным институтом по распределению и использованию газа «Гипрониигаз».

Регулятор-монитор не отключает газоснабжение при неисправности основного регулятора, а самостоятельно выполняет регулирование давления, а затем обеспечивает давление, немного превышающее рабочее, но меньшее, чем максимально допустимое. Кроме того, применяется схема пунктов редуцирования с дублирующей линией редуцирования, которая настроена на давление, немного превышающее рабочее, и включается в работу, когда закрывается ПЗК на основной линии (рис. 5).

ГОСТ Р 54983–2012 [6] в п. 8.1.9 содержит норму: «В пунктах редуцирования газа тупиковых сетей газораспределения срабатывание предохранительной арматуры должно происходить раньше срабатывания защитной арматуры. Для предотвращения отключения ПРГ закольцованных сетей газораспределения срабатывание защитной арматуры в них должно происходить раньше предохранительной». Таким образом, в закольцованных сетях ПЗК должен настраиваться на давление ниже настройки ПСК. Это позволяет не выпускать газ при каждой нештатной работе регулятора, а отключить неисправный регулятор. При этом газоснабжение будет продолжено от других пунктов редуцирования. Учитывается еще и тот фактор, что в закольцованных сетях при неисправности регулятора на одном пункте редуцирования газ будет стравливаться через ПСК на нескольких пунктах редуцирования.

 

КЛАПАНЫ БЕЗОПАСНОСТИ «ГАЗ-СТОП»

С ростом числа газопроводов, газифицированных объектов, потребителей, использующих данный вид топлива, увеличивается риск возникновения аварийных ситуаций, инцидентов, сопровож- дающихся выходом газа. Одним из основных направлений снижения аварийности и оперативности ликвидации аварий и инцидентов на газопроводах и, как следствие, снижения потерь газа является внедрение клапанов безопасности «газ-стоп».

В п. 4.1 СП 62.13330.2011* [7] указывается: «В сетях газораспределения и газопотребления безопасность использования газа рекомендуется обеспечивать применением технических средств и устройств». Также в п. 5.1.9 СП 62.13330.2011* [7] указывается: «На участках присоединения к распределительному газопроводу газопроводов-вводов к отдельным зданиям различного назначения, многоквартирным зданиям, котельным и производственным потребителям допускается устанавливать клапаны безопасности (контроллеры) расхода газа».

Функционирование клапана характеризуется двумя основными признаками:

– в случае повреждения трубопровода на участке от распределительного газопровода до потребителя установленный в системе клапан автоматически закрывается за доли секунды, как только будет превышено заданное предельное значение расхода;

– во время работы в обычном режиме, т. е. при заданных максимальных значениях номинального потребления газа потребителями, клапан гарантированно остается в открытом положении в любом случае; сбои при работе в обычном режиме исключены.

Принцип действия клапана безопасности «газ-стоп» – полностью механический и у всех производителей одинаков (рис. 6). В случае клапана без перепускного приспособления (см. рис. 6а) после устранения причины утечки следует выровнять давление до и после клапана с помощью подходящего источника давления, например путем закачки воздуха, азота или другого инертного газа в трубу со стороны поврежденного участка для выравнивания давления на входе и выходе устройства; как только давление достигнет рабочего, клапан откроется самостоятельно. При использовании клапана с перепускным приспособлением (см. рис. 6б) при закрытом клапане небольшое количество газа все же проходит, за счет этого после устранения причины утечки (ремонта трубопровода) давление выравнивается самостоятельно.

Определен максимальный расход газа при соответствующем рабочем давлении. Клапан безопасности расхода газа постоянно находится в открытом положении, на него не влияют никакие импульсы, вызванные, к примеру, включением оборудования потребителей.

В случае превышения предельного значения расхода клапан закрывается за доли секунды и удерживается в закрытом состоянии давлением в сети.

Можно выделить три главных плюса клапанов безопасности «газ-стоп»:

– повышение уровня безопасности за счет предотвращения утечек газа;

– отсутствие утечки газа в промежуток времени между непосредственно повреждением и задействованием аварийных служб либо прекращением эксплуатации трубопровода (опасность несчастного случая на месте исключена);

– экономическая эффективность вследствие минимизации потерь газа, в том числе и на продувку газопровода.

В дополнение к вышеперечисленным функциям необходимо отметить возможность ограничения максимального расхода газа в соответствии с заявленной величиной.

Применение данных мероприятий и технологий в ряде случаев позволяет проводить работу практически без выбросов газа в атмосферу либо значительно их минимизировать.

 

МЕРЫ УСТРАНЕНИЯ АВАРИЙ

К традиционным мерам относятся отключение потребителей от газоснабжения, стравливание газа и продувки газопровода, а также временные бандажи и приварки муфт. Наряду с ними развиваются современные методы устранения утечек без остановки газоснабжения.

Метод закачки отверждаемого компаунда заключается в установке на место утечки специального бандажа (кожуха), в который под давлением вводится компаунд, обеспечивающий полную герметизацию. Давление ввода компаунда должно быть немного выше давления в газопроводе, тогда компаунд гарантированно заполнит негерметичности, через которые происходит утечка. Особенно хорошо этот метод подходит для устранения утечек по штокам задвижек, кода подтяжка сальниковой набивки уже не помогает, а поменять набивку невозможно из-за высокого давления в газопроводе и недопустимости его снижения для потребителей. Метод может также применяться для устранения утечек во фланцевом соединении или для устранения сквозных коррозионных повреждений.

Технология ремонта газопроводов (рис. 7) с применением композитных муфт может использоваться и как самостоятельная технология. Требования и рекомендации по применению данной технологии изложены в проекте национального стандарта ГОСТ Р «Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность. Ремонт трубопроводов с использованием композитных материалов. Оценка и проектирование, ввод в эксплуатацию, испытание и контроль».

Технология устранения утечек газа с использованием композитных материалов является новым направлением в эксплуатации систем газоснабжения.

В проект изменений к ГОСТ Р 54983–2012 [6] в настоящее время внесены дополнения в п. 6.4.2: «Ремонт сквозных коррозионных и механических повреждений, восстановление толщины стенки труб стальных газопроводов может проводиться при помощи композитной ремонтной системы».

В соответствии с проектом изменений работы допускается проводить под давлением до 0,6 МПа.

Применение этой технологии ремонта в большинстве случаев позволит оптимизировать затраты, связанные с восстановлением и ремонтом поверхностей, а в отдельных случаях – и сквозной коррозии тела трубы газопровода, и обеспечит снижение негативного воздействия выброса метана в окружающую среду.

Экономический эффект от применения технологии устранения утечек газа с использованием композитных материалов достигается за счет: высокой скорости ремонта; проведения ремонта сквозного дефекта газопровода без отключения или остановки процесса транспортировки газа, с последующей продувкой и запуском; отсутствия необходимости проведения огневых работ; возможности проведения ремонта в труднодоступных местах, в том числе располагающихся под водой.

На территории Российской Федерации технология использования композитных материалов прошла апробацию на учебных полигонах различных ГРО, в государствах – участниках Таможенного союза – на действующих объектах магистральных нефтепроводов.

Поэтапный ремонт с применением композитных материалов представлен на рис. 8.

Применение данной технологии устранения утечек без прекращения транспортировки газа позволяет исключить не только аварийные выбросы газа в атмо- сферу, но и потери газа на продувку газопроводов при традиционных методах ремонта, а также обеспечить бесперебойное газоснабжение потребителей.

Только комплексный подход к эксплуатации с применением передовых технологий, новейших материалов и оборудования обеспечит повышение уровня безаварийного газоснабжения потребителей природного газа и будет способствовать минимизации потерь и выбросов газа в атмосферу.

Таблица 1. Основные виды современных уплотнительных материалов Table 1. Main types of modern sealing materials

Фланцевые уплотнения

Flange seals

Сальниковые уплотнения

Gland seals

Прокладки с внутренним стальным обтюратором

Gaskets with internal steel obturator

Набивка, сплетенная из нитей графитовой фольги, армированных хлопчатобумажной или синтетической нитью, плакированная фторопластовой пленкой

Packing woven from filaments of graphite foil, reinforced with cotton or synthetic thread, plated with fluoroplastic film

Прокладки со стальным сердечником для больших усилий затяжки

Gaskets with steel core for large tightening forces

Набивка, сплетенная из нитей графитовой фольги, армированных хлопчатобумажной или синтетической нитью

Packing woven from strands of graphite foil reinforced with cotton or synthetic thread

Прокладки из многослойного армированного графитового листового материала

Gaskets made of multi-layer reinforced graphite sheet material

Сальниковые кольца из графитовой ленты, плакированной фторопластом

Gland rings made of graphite tape plated with fluoroplastic

Зубчатые прокладки

Toothed gaskets

Прокладки с гофрированным сердечником

Gaskets with corrugated core

 




← Назад к списку