Газоснабжение района г. Волгограда

1.1 Газоснабжение района города Волгограда

1.1.1 Характеристика района

В дипломном проекте разработано газоснабжение района города Волго-града.

Климатические данные района: температура воздуха наиболее холодной пятидневки минус 25 ºС; температура воздуха наиболее холодных суток минус 30 ºС; абсолютная минимальная температура воздуха минус 35 ºС; продолжи-тельность отопительного периода 177 дней; преобладающее направление ветров – северо-восточное.

В районе имеется застройка трех типов: зона А – 2-3-этажная застройка с низкой степенью градостроительной ценности (плотность населения 280 чел/га), зона Б – 8-9-этажная застройка с высокой степенью градостроительной ценности (плотность населения 430 чел/га), зона В – 5-этажная застройка со средней степенью градостроительной ценности (плотность населения 330 чел/га).

Газоснабжение района осуществляется газом Оренбургского месторождения.

Газ используется бытовыми потребителями, коммунальными и промышленными предприятиями.

К промышленным предприятиям относятся: завод медицинского оборудования с расходом газа 3800 м3/ч, консервный завод с расходом газа 4200 м3/ч, фабрика «Царица» с расходом газа 1350 м3/ч, кондитерская фабрика «Конфил» с расходом газа 2780 м3/ч, Гормолзавод № 3 газа 3170 м3/ч.

Необходимое тепло для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения района вырабатывается котельными, расположенными в жилой за-стройке.

1.1.5 Трассировка сети газопроводов низкого давления

В центре каждой зоны обслуживания располагается ГРП, и от него выбираются основные пути к границам зоны раздела, таким образом, чтобы длины их были бы примерно равны. Сети низкого давления выполняются многокольцевыми, равномерно распределенными по территории, и прокладываются по улицам и проездам. Направление движения газа на линии раздела зон действия ГРП должно быть одинаковым. Не должно быть встречных потоков газа. Каждый квартал должен снабжаться газом с двух или трех сторон и обязательно с одной длинной стороны. Если это условие не выполняется, то прокладывают дополнительные участки, обеспечивающие требуемую надежность сети.

На схеме сети низкого давления указываются номера участков, направления движения газа и определяются «нулевые» точки (точки встречи потоков газа, после которых по распределительному газопроводу газ не движется).

1.1.7 Гидравлический расчет газопроводов низкого давле-ния

Расчет для зон действия всех ГРП проводился при помощи прикладной программы на ЭВМ. В задачи этой программы входят: расчет потоков и давления газа в газовых сетях городов и населенных пунктов, оптимальный под-бор размера труб при проектировании новой газовой сети, критерием оптимальности является сумма произведений длин труб на их диаметры, программа минимизирует данный критерий при условии, что давление газа во всех точках сети не опускаются ниже заданного значения, оптимальный подбор размеров труб на отдельных участках при расчете существующей газовой сети.

Расчетная схема распределительной сети газопровода низкого давления приведена на листе ГСН 3 графической части проекта.

1.1.8 Трассировка сети газопроводов высокого давления

В застроенной части городов разрешается прокладывать газопроводы высокого давления II категории (до 0,6 МПа). Газопроводы прокладываются так, чтобы подать газ всем потребителям в нужном количестве кратчайшим путем с учетом надежного потребления, для чего предусматривается резервирование сети. Сеть газопроводов высокого давления проектируется однокольцевой с тупиковыми ответвлениями к сосредоточенным потребителям. Рекомендуется прокладка газопроводов высокого и низкого давления в одной траншее. Поэтому при проектировании, где возможно, газопроводы проложены по одним и тем же проездам и улицам. При проектировании кольцевых сетей схему сети выполняем с двумя полукольцами примерно равными по протяженности и нагрузке и резервирующей перемычкой.

1.2 Газоснабжение хлебозавода

1.2.1 Условия прокладки наружного газопровода

высокого давления

Хлебозавод расположен на территории района. Объектами газоснабжения на территории завода являются кондитерский цех с расходом 100 м3/ч, хлебопекарный цех № 1 с расходом газа 150 м3/ч, хлебопекарный цех № 2 с расходом газа 150 м3/ч, бараночный цех с расходом газа 111 м3/ч, котельная с расходом 1346 м3/ч. Общий расход газа на завод 1857 м3/ч.

Завод снабжается газом от подземного газопровода высокого давления П категории диаметром 108х4. Давление газа в точке подхода газопровода к заводу 0,563 МПа.

На территории завода предусмотрена надземная прокладка газопровода по стенам производственных зданий и на отдельно стоящих опорах высотой 2,5 м, а в местах проезда автотранспорта высотой 5,0 м. В точке выхода газопровода из земли предусматривается устройство футляра и установка задвижки и изолирующего фланцевого соединения. Кроме этого отключающие устройства предусматриваются на входе и выходе шкафного пункта учета рас-хода газа и перед каждым газоиспользующим объектом. В качестве отключающих устройств газоиспользующих объектов приняты задвижки, установленные на стенах зданий на высоте, обеспечивающей удобство обслуживания (1,5 м).

1.2.2 Учет расхода газа

На территории завода предусматривается учет расхода газа отдельно каждым потребителем (цехом) и общезаводской учет расхода газа в ПУРГ400, установленном на территории завода. Пункт учета расхода газа состоит из шкафной установки, технологического оборудования для учета расхода газа, двух газовых обогревателей с дымоходами. В состав технологического оборудования входят счетчик газа СГ16М400 с расходом газа 2800 м3/ч и фильтр волосяной ФГ100. Шкафная установка представляет собой металлический шкаф с теплоизоляцией. Для обслуживания технологического оборудования предусмотрены двери, для обеспечения естественной вентиляции – жалюзи, для обогрева технологического оборудования – обогреватели, установленные под днищем шкафной установки.

Технологическое оборудование пункта состоит из двух линий: рабочей и обводной. С целью очистки газа от механических примесей перед счетчиком предусмотрена установка фильтра. Для корректировки показаний счетчика по температуре и давлению транспортируемого газа предусмотрены термометр манометрический и манометр самопишущий. Для визуального наблюдения за давлением газа и измерения перепада давления на фильтре предусмотрен манометр с клапанами. Подача газа к обогревателям осуществляется через вентиль и регулятор давления газа. Обводная линия предназначена для обеспечения бесперебойной подачи газа при ремонте рабочей линии и снабжена краном. Для сброса газа во время ремонта предусмотрен продувочный трубопровод с краном.

1.2.4 Газоснабжение котельной

Отопительно-производственная котельная расположена в одноэтажном отдельно стоящем здании. Котельная производит горячую воду с параметрами 9570 ºС для технологических нужд и для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения отдельных зданий и цехов, расположенных на территории за-вода. В котельной установлены пять автоматизированных водогрейных котла «КСВа2,5Гс» мощностью 2500 кВт. Производительность котельной составляет 12500 МВт.

Котлы «КСВа2,5Гс» оснащаются модуляционными горелками GAS 9 Р/М t.с. с рампой DN 65 CTD. Диапазон расхода газа горелками от 187 до 525 м3/ч. Горелка оснащена электророзжигом и блоком автоматики безопасности, которая прекращает подачу газа при:

Автоматика обеспечивает защиту агрегата при следующих аварийных ситуациях:

- понижение или повышение допустимых значений давления газа перед горелкой;

- погасание пламени горелки;

- исчезновение напряжения в электросети;

- повышение давления в топке выше допустимого значения;

- отклонении давления воздуха в воздуховоде от заданного;

- увеличении сопротивления в дымоходе;

- повышение давления воды на выходе из котла;

- повышение температуры теплоносителя на выходе из котла.

Горелки котлов оснащены дополнительным блоком герметичности клапанов ля контроля герметичности предохранительного и регулировочного клапанов газовой рампы в случае закрытия этих клапанов. В случае обнаружения утечки горелка блокируется.

Для автоматического отключения подачи газа к котлам при достижении температуры среды в помещении 100 ºС при пожаре на вводном газопроводе до электромагнитного клапана предусматривается установка термозапорного клапана КТЗ 001100/1.6(ф).

В котельной предусмотрена приточновытяжная вентиляция с естественным побуждением, обеспечивающая 3хкратный воздухообмен в час с учетом подачи приточного воздуха, необходимого для горения. Приток осуществляется через узел воздухозабора, предусмотренный в стене за колами. Удаление воздуха осуществляется вытяжными дефлекторами диаметром 500 мм, выведенными выше кровли.

Контроль присутствия в котельной природного газа (СН4) осуществляется индикаторами загазованности RGD MET LP1. В случае опасности выдается звуковой сигнал и подача газа перекрывается электромагнитным клапаном ВН4Н3. Для подключения вторичных устройств имеются дублирующие кон-такты. Сигнал «Авария» по модемной связи передается на пульт диспетчера.

Легкосбрасываемость конструкций обеспечивается за счет остекления окон.

Электроснабжение котельной предусмотрено от существующего ВРУ ко-тельной. Напряжение питающей сети 380/220 В. Электроприемники котельной по надежности относятся ко П-й категории.

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала от поражения электрическим током выполнено зануление металлических корпусов электрооборудования. Занулению подлежат все нормально нетоковедущие элементы электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции. Заземлению подлежат продувочные газопроводы и газовое оборудование, заземление которого требуется в соответствии с техническим паспортом на изделие.

Ввод газопровода в котельную осуществляется непосредственно в помещение, где расположены котлы. На вводе газопровода устанавливают общее отключающее устройство. Для снижения давления с высокого до среднего и поддержания его на заданном уровне проектом предусматривается устройство газорегуляторной установки.

Прокладка газопровода внутри котельной производится на отметке 2,500 м, с помощью опор и кронштейнов. Отключающие устройства устанавливаются на отводе к каждому котлу и у каждой горелки. В котельной предусмотрен общий продувочный газопровод из стальных электросварных труб диаметром 25х2,5 ГОСТ 1070491. Продувка котла осуществляется через кран и продувочные линии в атмосферу.

На газопроводе котла и общих газопроводах котельной предусмотрены сбросные продувочные трубопроводы (свечи), которые выводятся на высоту 1 м выше крыши и заземляются. Давление газа перед горелкой 6 кПа.

1.3 Установка утилизации диоксида углерода

1.3.1. Актуальность утилизации диоксида углерода

Научно-технический прогресс вызвал многие последствия, которые относят к экологическим. Сложилось обоснованное мнение о том, что последствием прогресса является деформация окружающей среды. Прежде всего это было замечено в отношении увеличения концентраций так называемых «парниковых» газов в атмосфере. Антропогенное воздействие деятельности человека на природу и климатическую систему превышает возможности окружающей среды по нейтрализации этого воздействия. Наблюдаемые глобальные изменения климата, рост содержания парниковых газов в атмосфере Земли можно оценить как сигнал о недопустимости роста антропогенного воздействия на окружающую среду.

Источниками малых газов, прежде всего диоксида углерода и оксидов азота, являются сжигание ископаемого топлива, биота. Диоксид углерода – не только парниковый газ. От его содержания в атмосфере зависит интенсивность фотосинтеза, и ученых беспокоит, какова она будет, если климат изменится.

Разработано большое число различных сценариев развития энергетики выбросов в атмосферу, а также последствий этих воздействий в глобальном масштабе. Наибольшее распространение получила концепция парникового стереотипа глобального потепления. Происходит существенное усиление антропогенных выбросов парниковых газов в атмосферу.

Такие меры, как повышение энергетической эффективности и использование альтернативных источников энергии, могут обеспечить снижение эмиссии парниковых газов. Однако, учитывая, что 85 % мировых потребностей в электроэнергии удовлетворяется за счет использования ископаемых видов топлива, скорый отказ от применения таких видов топлива без нанесения значительного ущерба мировой экономике вряд ли можно ожидать.

При условии внутреннего потребления Россией топливно-энергетических ресурсов из расчета 6 % ежегодного прироста ВВП по прогнозам ученых в 2010 году произойдет увеличение выбросов парниковых газов на 442,8 млн. т СО2 эквивалента, что превысит на 18,2 % уровень выброса парниковых газов в 1990 году. Такой уровень увеличения выбросов парниковых газов (в основном диоксида углерода и метана) обусловливает необходимость разработки методов утилизации этих газов.

Выделение метана происходит в результате сельскохозяйственной деятельности (животноводство, выращивание риса), а также вследствие нарушения естественного метанового фильтра (из бактерий).

Значительный объем метана попадает в атмосферу за счет утечек из газопроводов. Поэтому Всемирный банк одобрил выделение России гранта в 3,2 млн долларов на реализацию проекта по сокращению утечек природного газа из трубопроводов в атмосферу.

Диоксид углерода, основной составляющий компонент парниковых газов, образуется в результате сжигания ископаемых топлив. Данные моделирования убедительно показывают, что наиболее вероятные пределы повышения среднегодовой среднеглобальной температуры приземного воздуха при удвоении концентрации диоксида углерода составят 1,5 — 4,5 °С. Кроме того, повышенное содержание диоксида углерода в воздухе негативно сказывается на общем экологическом состоянии окружающей среды.

Ученые разных стран предлагают различные технологии по снижению выбросов диоксида углерода. Один из них – улавливание и геологическое захоронение СО2. Основная идея предлагаемых технологий заключается в улавливании диоксида углерода, образованного при сжигании ископаемых топлив, и их захоронении в естественных резервуарах на период до нескольких тысяч лет. Для хранения газа предлагается использовать естественные природные резервуары, которые имеют достаточный объем для вмещения эмиссий, накопленных за многие годы. Улавливание диоксида углерода является наиболее приемлемым способом для предприятий с большими стационарными источниками эмиссии и основывается на процессе отделения углекислого газа от газового потока, как до процесса сжигания, так и после него.

Применение предлагаемых технологий требует значительных финансовых затрат. Кроме того, хранение газа в естественных пустотах является мало-контролируемым процессом и зависит не только от герметичности окружающих пород, но и от процессов, происходящих в глубине земной коры. Диоксид углерода, подлежащий захоронению, при определенных условиях (нарушение герметичности хранилища) может стать источником экологической аварии из-за резкого увеличения концентрации СО2 в близлежащей местности. Предлагаемые технологии не применимы на небольших источниках выбросов и требуют наличия подземных естественных резервуаров недалеко от производства.

1.3.2 Хлорелла как утилизатор диоксида углерода и ценный биологический продукт

Одним из способов утилизации диоксида углерода выделяющегося при сжигании природного газа является устройство установок по выращиванию микроводоросли Chlorella vulgaris C-1.

Это микроводоросль, которая активно используется как биоактивная добавка к пище. Она богата высококачественными питательными веществами, особенно белками (65–72%) и βкаротином; содержат важные растительные пигменты, включая хлорофилл и фикоцианин, витамины группы В, железо, магний, селен, редкоземельные минералы, ферменты, нуклеотиды, линолевую и линоленовую кислоты; один из основных источников витамина В12.

Хлорелла очень активно уничтожает патогенные организмы. Сущность технологического воздействия процессов, происходящих в живой культуре хлореллы, заключается в том, что в процессе жизнедеятельности микроводорослей происходит отмирание (гибель) болезнетворных бактерий. Это установлено для всех патогенных микробов кишечной группы (возбудители брюшного тифа, паратифа А, паратифа В и всех видов дизентерии), а также для вируса полиомиелита и возбудителей туберкулеза.

Микроводоросли, выделяя в процессе фотосинтеза молекулярный кислород, обеспечивают также окисление аммонийных солей в нитриты и нитраты, которые достаточно быстро усваиваются ими для построения своих тел; благодаря этому концентрация нитратов на выходе приближается к нулю. Концентрация свободного кислорода в растворе достигает 10 мг/л.

Хлорелла активно используется для улучшения экологического состояния различных водоемов, в том числе внутренних водоемов Волгоградской области. Штаммы Clorella vulgaris BIN и ИФР № С111 обладают хорошо выраженными планктонными свойствами и проявляют антагонизм к сине-зеленым водорослям, что позволяет успешно использовать их в борьбе с так называемым «цветением» воды.

1.3.3 Патентное исследование установок по выращиванию

хлореллы

Для выяснения ситуации в области разработок установок по выращиванию хлореллы произведен патентный поиск на базе Волгоградского центра ЦНТИ. Поиск производился по архивным материалам до 1995 года и электронной базе ЦНТИ с 1995 по 2007 годы. В результате патентного поиска бы-ли исследованы следующие документы:

- патент № 2268923 Установка для выращивания микроводорослей

- патент № 2000126105 Установка биоутилизации стоков сельхозпредприятия

- патент № 2000117010 Установка метанового брожения

- патент № 99101541 Дезинтегратор хлореллы и ассоциатов молекул тяжелой и легкой воды

- патент № 2002117580 Установка для выращивания хлореллы

- патент № 2218392 Установка для выращивания хлореллы

- патент № 99105034 Симбиотенк хлореллы и бактерий

- патент № 2000117010 Установка метанового брожения

- патент № 2167831 Способ обогащения биогаза

- патент № 2163927 Установка очистки фекальнобытовых стоков

Прототипом для выращивания хлореллы является патент № 2268923 «Установка для выращивания микроводорослей». Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к технологии выращивания хлореллы.

Установка для выращивания микроводорослей, в частности хлореллы, включает размещенную на каркасе емкость для суспензии микроводорослей, в которой вертикально установлены цилиндрические стеклянные обечайки со стационарно размещенными в них лампами. Емкость снабжена вентиляторами, установленными под обечайками и служащими для подачи воздуха внутрь последних при достижении температуры суспензии, превышающей оптимальную температуру культивирования. Установка снабжена датчиком температуры суспензии, расположенным внутри емкости и связанным с ним терморегулятором, подключенным к вентиляторам. Изобретение обеспечивает регулирование температуры в процессе культивирования микроводорослей и поддерживает ее в оптимальных пределах для повышения производительности установки.

Предлагаемая установка для выращивания хлореллы имеет ряд недостат-ков:

- не рассматриваются вопросы снабжения питательным раствором необходимого для подкормки микроводорослей;

- датчик температуры расположен внутри емкости, что не позволяет регулировать температуры поступающих сред перед емкостью;

- воздух служит для охлаждения воды в резервуаре, что неэффективно;

- основной недостаток заключается в том, что автор не объясняет, каким образом хлорелла питается диоксидом углерода.

На основании исследования подготовлена заявка на патент, в которой предлагается установка для выращивания хлореллы, учитывающая недостатки предыдущих разработок.

1.3.4 Установка утилизации диоксида углерода

Для выращивания хлореллы необходимо поддерживать в объёме реактора следующие условия:

температурный режим в интервале 2536 °С;

кислотность среды рН=7±0,5;

освещённость;

концентрации углекислоты (0,5–2 % в исходных газах);

оптимальный солевой баланс.

Для получения 1 кг сухой хлореллы необходимо:

350 кВт·ч электричества при искусственном освещении;

500 г углерода (в виде 1,8 кг CO2, при этом выделяется 1,3 кг О2);

100 г азота (в форме нитратов);

400 г остальных макро и микроэлементов;

объем культиватора (реактора) 200 литров для получения 1 кг в сутки.

Установка по выращиванию хлореллы представляет собой металлическую емкость размерами 3,0х2,0х0,5 м (объем 3 м3). Принципиальная схема работы установки представлена на л. ГСН8 .Установка располагается в отдельном помещении, смежным с котельным залом ГСВ6). Освещение установки осуществляется с помощью люминесцентных ламп, расположенных над резервуаром.

Емкость заполняется водопроводной водой с помощью водопровода диаметром 40 мм, степень заполнения водой резервуара 90 %.

Для питания хлореллы микроэлементами и витаминами предусмотрено устройство питательного устройства, работающего по типу капельной установки. Подпитка питательным раствором производится непрерывно. Регулировка интенсивности поступления раствора в установку производится с помощью вентиля, установленного на трубопроводе питательного раствора. При одновременной работе блока резервуаров с хлореллой дополнительное регулирование подачи раствора производится с помощью вентилей, установленных на ответвлении к каждому резервуару.

В продуктах сгорания газа в котельных агрегатах содержится около 10 % диоксида углерода. Газоход, транспортирующий продукты сгорания с по-мощью дымососа, также подает газовую смесь к установкам. Для приведения концентрации и температуры диоксида углерода к допустимым параметрам предусматривается устройство воздуховодов, которые могут забирать воздух как с улицы, так и из помещения, где расположена установка. Регулирование соотношения «дымовые газы (диоксид углерода)/ воздух» производится с по-мощью регулирующих заслонок, установленных на газоходах и воздуховодах. Для подачи диоксида углерода и воздуха предусматривается установка вентиляторов, автоматически связанных с регулирующими заслонками. Газовоздушная смесь поступает в нижнюю часть установки по трубопроводам диаметром 20 мм. Трубопроводы образуют газораспределительную решетку с отверстиями диаметром 5 мм, через которые газовоздушная смесь поступает в раствор суспензии и барботирует, создавая условия для фотосинтеза. Барботирование раствора хлореллы газовоздушной смесь способствует лучшему перемешиванию и, соответственно, лучшему росту культуры.

Образующийся в результате фотосинтеза кислород, удаляется из верхней части установки, над которой расположен специальный зонт, и выводится за пределы помещения для рассеивания в атмосфере. Возможно также использование получаемого кислорода для организации процесса горения в газогорелочных устройствах котельных агрегатов.

Срок достижения концентрации хлореллы в растворе необходимого значения при запуске установки достигает четверо суток. Затем суспензия хлореллы может сливаться ежедневно. Слив готового продукта предусматривается через сливную воронку, установленную в днище резервуара. Для последующего размножения хлореллы в резервуаре остается около 10 % суспензии, резервуар заполняется водой, и процесс выращивания хлореллы возобновляется. При излишках полученного раствора, суспензия может высушиваться и использоваться в зимних условиях или идти на другие нужды.

При остановке работы всей системы или отдельного резервуара, а также в случае превышения объема продуктов сгорания требуемого по технологическому циклу утилизации диоксида углерода, удаление продуктов сгорания от котельных агрегатов предусматривается через газоходы и дымовые трубы, расположенные в котельном зале. В этом случае диоксид углерода, входящий в состав биогаза и подлежащий отделению от метана, также выбрасывается в атмосферу.