Для чего нужен газораспределительный механизм: Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

Содержание

Газораспределительный механизм. Назначение и устройство ГРМ

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.

Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

 

Устройство ГРМ

В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).

С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.

Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

 

Принцип работы ГРМ


Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.

Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед надеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем надевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.

При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.

Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.

В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь надевается на вал совместно со шкивом.





 



РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 




Что такое ГРМ и для чего он нужен в автомобиле? Принцип работы

Сегодня мы расскажем что такое ГРМ в устройстве двигателя автомобиля и какую функцию выполняет этот механизм. Итак. Одной из ключевых систем современного автомобиля является газораспределительный механизм. ГРМ – это система в работе двигателя автомобиля, которая своевременно обеспечивает смену выхлопных газов на воздушно-топливную смесь в цилиндрах автомобиля.

Здесь все зависит от типа двигателя и конструкции автомобиля (иногда вместо смеси в двигатель просто подается воздух). По сути, двигатель будет функционировать нормально, если его клапана и поршни будут ритмично и своевременно передвигаться.

Типы ГРМ автомобиля

Различают два основных типа привода ГРМ – ременной и цепной. Представляет он собой круглое замкнутое кольцо определённой длины, внутри которого располагаются специальные зубья, обеспечивающие максимальный уровень сцепления и минимизируйте риск проскальзывания. Важно отметить, что основным механизмом, от действий которого зависит нормальная работа всего силового агрегата, является именно ГРМ.

Принцип работы ГРМ в автомобиле

В большинстве случаев привод газораспределительного механизма представляет собой плотное изделие из резины, оснащенное с внутренней стороны специальными зубьями для обеспечения более плотного сцепления. Количество таких зубьев четко регламентировано для конкретного типа системы.

Нужно понимать, что привод ГРМ является ключевой деталью, связывающей весь рабочий механизм. Он же подвергается наибольшим нагрузкам и требует периодической замены после отработки своего ресурса, либо же в процессе выявления каких-либо, даже самых минимальных повреждений.

ГРМ обеспечивает своевременное вращение валов, отвечающих за движение впускных и выпускных клапанов. Могут иметь различное расположение и принцип действия (зависит от типа конструкции автомобиля). Но основная функция этого механизма обеспечение его постоянной синхронной работы. Благодаря ей двигатель получает возможность своевременно «дышать» и получать топливную смесь.

В большинстве типов обладает упрощенной конструкцией и возможностью быстрой замены повреждённого, либо отработавшего свой ресурс ремня. Все эти операции проводятся при очередном ТО ГРМ легкового автомобиля и не стоит этим пренебрегать.

Автомобилистам следует знать, что если привод ГРМ в процессе работы двигателя выйдет из строя, последствия могут быть очень неприятными, в частности это может стать причиной повреждения клапанов, исчезновения синхронности в работе вала и повреждения внутренней части двигателя. Иными словами, если такой ремень газораспределительного механизма лопнет, двигатель может попросту заклинить, и чтобы исправить поломку потребуется его капитальный ремонт.

Наибольшим нагрузкам ремень ГРМ подвергается в случае неправильной эксплуатации автомобиля. В частности, в случае попыток завести машину с буксира ремень получает максимальную нагрузку и вероятность его обрыва, либо соскока, очень велика. Если проанализировать возможные последствия такого сценария, то намного дешевле будет просто вызвать и подождать эвакуатор.

Именно поэтому не следует пропускать профилактические проверки всего ГРМ, и очень серьезно относится к малейшим трещинам на поверхности привода. Такие детали не ремонтируются. Их сразу меняют на новый привод.

На что обращать внимание при выборе ремня ГРМ

Каждый ремень газораспределительного механизма имеет свою собственную маркировку. Который состоит из буквенно-цифрового обозначения. Характеризует количество зубьев, шаг между ними, их параметры, а также ширину ремня.

Отдельные производители вводят не международную, а свою собственную маркировку. Поэтому при выборе ремня следует изначально определиться с таблицами их соответствия. Либо же осуществлять покупку в фирменном магазине, реализующем запчасти для вашего типа авто.

В процессе подбора нужного ремня следует внимательно изучать их характеристики. В частности обращать внимание следует на такие характеристики:

• надежность;

• прочность на разрыв;

• возможность работать в условиях повышенных температур без изменения эксплуатационных характеристик;

• возникающая наработка должна удерживать ремень ГРМ до полного его износа;

• должно быть предусмотрено допустимое удлинение даже после наработки.

Поэтому, чтобы избежать возможных неприятностей, следует использовать ремни исключительно проверенных производителей, гарантирующих качество своей продукции.

Определить причины, когда ремень ГРМ требует замены можно путем его визуального осмотра. Прежде всего, на поверхности такого ремня могут проявляться небольшие трещины и разрывы. Длительная эксплуатация без замены становится причиной выработки ремня. Вследствие чего он начинает несколько удлиняться и провисать.

Нужно также понимать, что ремешок ГРМ изготовлен из резины. За счет постоянного трения его рабочая поверхность более подвержена различного рода изменениям. Поэтому следует осматривать ее на предмет износа внутренних зубьев и плотности сцепления их с валами. В случае выявления малейших несоответствий целесообразно сразу произвести смену такого ремня.

Поделитесь информацией с друзьями:

Что нужно знать о газораспределительном механизме погрузчика?

В данной статье мы рассмотрим работу данного устройства и выясним его конструкцию и расположение внутри спецтехники. Исходя из названия, можно понять, что газораспределительный механизма погрузчика отвечает за своевременную подачу топлива. Также, он исключает возможность скопления выхлопных газов, обеспечивая постоянный выпуск отработанного вещества.
На сегодняшний день, можно встретить две вариации разновидностей механизма данного типа. В первом случае, распределительный вал устанавливается в самом блоке цилиндров двигателя (нижнеклапанный тип), во втором — в головке блока. Последняя вариация именуется как верхнеклапанный газораспределительный механизм. Погрузчик, при этом, чаще всего работает на данном устройстве. Это объясняется наличием четырехтактных двигателей.

Устройство механизма и причины поломок

Верхнеклапанная система имеет стандартное, с конструкционной точки зрения, устройство. Она состоит из распределительного вала и клапанов с соответствующими приводами. Газораспределительный механизм погрузчика не вечен, однако, длительность его рабочего состояния может существенно сократиться из-за следующих причин:

  • Выработка ресурса ДВС (двигателя внутреннего сгорания). Из-за нее происходит полный износ всего перечня конструктивных элементов газораспределительной системы.
  • Игнорирование установленных правил эксплуатации устройства двигателя. Это может быть представлено в виде продолжительной эксплуатации ДВС на повышенных оборотах, использования низкокачественного бензина и масла с примесью смол. Из-за данной примеси, стержни клапана со временем начинают покрываться отложениями, которые впоследствии оборачиваются прямой поломкой механизма газораспределения.

Следует отметить, что в моделях современных погрузчиков, деформация клапанных пружин (или их ослабление), произошедших из-за возникшего резонанса, встречается не так часто, как в старых видах спецтехники.

Если газораспределительный механизм погрузчика вышел из строя, вам следует немедленно приобрести новый. В данном случае, лучше всего довериться японским производителям запчастей (Nissan, Toyota, Hyundai, Mazda), поскольку они выставляют на мировой рынок исключительно качественные и надежные комплектующие для спецтехники

Тест на знание механизма ГРМ

Дополните

1) МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ (ГРМ) ПРЕДНАЗНАЧЕН ДЛЯ_ВПУСКА СВЕЖЕГО ЗАРЯДА И ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.

Выберите номера всех правильных ответов

2. РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА:

1) шлифуют;

2) полируют;

3) хромируют;

4) закаливают;

5) окрашивают;

6) цементируют;

7) подвергают отпуску.

3. КЛАПАНЫ ОТКРЫВАЮТСЯ:

1) рычагом;

2) пружиной;

3) коромыслом;

4) давлением газа;

5) давлением масла;

6) разряжением в цилиндре;

7) кулачком распределительного вала.

4. ДЕТАЛИ ПРИВОДА ГРМ:

1) цепь;

2) валы;

3) ремень;

4) рычаги;

5) штанги;

6) клапаны;

7) шестерни;

8) пружины;

9) толкатели;

10) коромысла;

11) замки пружин;

12) направляющие втулки

5. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ДЕТАЛИ ГРМ:

1) цепь;

2) валы;

3) ремень;

4) рычаги;

5) штанги;

6) клапаны;

7) шестерни;

8) пружины;

9) толкатели;

10) коромысла;

11) замки пружин;

12) направляющие втулки.

6. ДЕТАЛИ КЛАПАННОЙ ГРУППЫ:

1) цепь;

2) валы;

3) ремень;

4) рычаги;

5) штанги;

6) клапаны;

7) шестерни;

8) пружины;

9) толкатели;

10) коромысла;

11) замки пружин;

12) направляющие втулки.

Установите правильную последовательность

7. РАБОТА ГРМ (РИС. 3.1):

1)  шкив 14

2)  клапан 8;

3)  штанга 2;

4) о кулачок 16;

5)  толкатель 1;

6)  коромысло 5;

7)  регулировочный болт 3.

Рис. 3.1. Газораспределительный механизм двигателя ЗМЗ-4025.10

Выберите номера всех правильных ответов

8. САЛЬНИК 12 (РИС. 3.1)

1) смазывает стержень клапана;

2) фиксирует пружины 11;

3) предотвращает прорыв газа из камеры сгорания;

4) предотвращает проникновение масла в камеру сгорания.

9. ШЕСТЕРНЯ 17 (РИС. 3.1) ПРИВОДИТ В ДЕЙСТВИЕ:

1) масляный насос;

2) топливный насос;

3) распределительный вал;

4) прерыватель-распределитель зажигания.

10. ФЛАНЕЦ 15 (РИС. 3.1):

1) крепится к шестерне 14\

2) крепится к блоку цилиндров;

3) фиксирует вал от осевого смещения;

4) имеет шлифованную внутреннюю поверхность.

11. КРЕПЛЕНИЕ ПРУЖИН 11 (РИС. 3.1) НА КЛАПАНЕ ДОСТИГАЕТСЯ ЗА СЧЕТ:

1) болта 3;                    4)тарелки 10,

2) втулки 6;                    5) коромысла 5.

3) сухарей 9;

12. ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В КЛАПАННОМ МЕХАНИЗМЕ (РИС. 3.1) РЕГУЛИРУЕТСЯ:

1) болтом 3

2) толкателем 1;

3) на горячем двигателе;

4) на холодном двигателе;

5) между носком коромысла и стержнем клапана;

6) между болтом 3 и коромыслом 5.

13. УВЕЛИЧЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В КЛАПАНАХ ПРИВОДИТ К:

1) стуку клапанов;

2) улучшению газообмена;

3) ухудшению газообмена;

4) увеличению мощности.

5) уменьшению мощности;

6) неплотному закрытию клапанов;

7) прогоранию кромок головок клапанов.

14. НЕДОСТАТОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В КЛАПАНАХ ПРИВОДИТ К:

1) стуку клапанов;

2) улучшению газообмена;

3) ухудшению газообмена;

4) неплотному закрытию клапанов;

5) прогоранию кромок головок клапанов.

15. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ ТЕПЛОВЫХ ЗАЗОРОВ:

1) требуют регулировки;

2) не требуют регулировки;

3) работают на любом масле;

4) работают от давления масла;

5) требуют синтетического масла;

6) автоматически «выбирают» зазор при пуске двигателя.

Дополните

16. МОМЕНТЫ ОТКРЫТИЯ И ЗАКРЫТИЯ КЛАПАНОВ, ВЫРАЖЕННЫЕ В УГЛАХ ПОВОРОТА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА НАЗЫВАЮТСЯ _______ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ.

17. УГОЛ (РИС. 3.2) НАЗЫВАЕТСЯ _____________ КЛАПАНОВ.

Рис. 3.2. Диаграмм фаз газораспределения

Выберите номера всех правильных ответов

18. ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСЯТ ОТ:

1) диаметра головок клапанов;

2) длины стержней клапанов;

3) величины теплового зазора в клапанах;

4) профиля кулачков распределительного вала;

5) взаимного расположения кулачков распределительного вала;

6) взаимного расположения коленчатого и распределительных валов.

19. ПОЯСОК СЕДЛА КЛАПАНА (РИС. 3.3) ИМЕЕТ ПЕРЕМЕННОЕ СЕЧЕНИЕ ДЛЯ:

1) улучшения газообмена;

2) надежного уплотнения;

3) снижения стука клапана;

4) снижения нагарообразования;

5) обеспечения проворачивания клапана.

Рис. 3.3. Профиль седла клапана

20. МАТЕРИАЛ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛАПАНОВ:

1) серый чугун;

2) низкоуглеродистая сталь;

3) хромистая среднеуглеродистая сталь;

4) качественная конструкционная сталь;

5) хромоникелевая среднеуглеродистая сталь.

21. ПРОВОРАЧИВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ ВОКРУГ ЕГО ОСИ НЕОБХОДИМО ДЛЯ

1) вращения штанги;

2) предотвращения неравномерного износа.

ДОСТИГАЕТСЯ

3) вибрацией двигателя;

4) смещением кулачка относительно оси толкателя;

5) конической поверхностью кулачка распределительного вала.

           
ОТВЕТЫ

Зачем нужен ремень ГРМ в автомобиле, где он находится и 5 признаков износа ремня

Привод ГРМ недорогая и простая на вид деталь авто, которая выполняет серьезную функцию. От его качества зависят работоспособность двигателя и системы зажигания. Порыв детали ведет к серьезной поломке деталей мотора. Давайте более детально разберемся в вопросе назначения, замены и износа важной детали механизма газораспределения

Содержание статьи:

Для чего в машине ремень ГРМ

Ремень ГРМ нужен в машине, чтобы синхронизировать работу системы зажигания с тактом поршней и клапанов. Крутясь на шкивах коленчатого и распределительного валов, он приводит в действие водяной насос.

Читайте обязательно: Что делать если машина не заводится или заводится не с первого раза

Эта деталь имеет сложную многослойную структуру. Для ее изготовления используют резину и нейлон. Нормальное натяжение ремня обеспечивается особым роликом.

Разрыв детали ведет к серьезной поломке двигателя. Ее сложность и последствия зависят от того, в каком положении были клапаны и поршни в момент обрыва.

5 признаков, что пора сменить ремень газораспределения

Своевременно обнаружить и заменить привод ГРМ, значит предотвратить серьезную поломку. На некоторых моделях машин доступ к ремню затруднен кожухами, которые при диагностике состояния ремня нужно демонтировать.

Периодически нужно проверять состояние привода ГРМ.

Деталь нужно срочно заменить, если при визуальном осмотре обнаружено, что:

  1. Задняя сторона детали покрылась трещинами;
  2. Боковые края изделия утратили ровность и гладкость, на них видны оборванные нити корда;
  3. На внутренней стороне между зубцами появились растрескивания;
  4. Зубья расслаиваются;
  5. Кожух и соприкасающиеся с ремнем детали покрыты черным резиновым порошком.

Не все автовладельцы в состоянии самостоятельно произвести демонтаж защитного кожуха, чтобы осмотреть состояние ремня.

Автомобилисты могут понять, что привод пора менять по следующим признакам:

Износ изделия из-за длительной эксплуатации. Производители советуют менять привод через каждые 50-120 тысяч километров пробега. Даже когда машина мало ездила, ремень требуется менять не реже одного раза в 5 лет.

Резина, из которой он сделан, теряет свои свойства, грубеет, утрачивает эластичность. Когда машина куплена с рук, сразу следует заменить привод ГРМ. Не известно, сколько лет назад деталь была установлена прежним владельцем.

Падение мощности, мотор заводится с перебоями. Двигатель стал заводиться хуже, чем прежде, машина на дороге с трудом набирает скорость. Изношенный ремень ГРМ растягивается, начинает перескакивать через несколько зубцов. В результате нарушения в его работе, происходит сбой системы зажигания.

При движении чувствуются провалы в тяге, вибрации двигателя. Если не устранить неполадку, возникнут несколько дополнительных поломок деталей системы зажигания и мотора.

Дым из выхлопной трубы. Когда работа двигателя и системы зажигания не синхронизирована, горючая смесь сгорает в моторе не полностью. По этой причине происходит разрушение катализатора.

При попадании части топлива из двигателя в систему выпуска, происходит повышение температуры выше допустимой нормы. Выхлоп из трубы может сопровождаться хлопками, дым окрашен в черный цвет. Причиной такого нарушения может стать неисправность (провисание) ремня ГРМ.

Тикающий звук от мотора. Привод ГРМ при сильном износе начинает трескаться, провисать, разлохмачиваться. Из-под кожуха во время движения машины исходят всевозможные клацающие, щелкающие звуки. Их характер зависит от скорости движения авто. Чем она выше, тем сильнее и чаще раздается стук.

Подобные звуки может издавать не только привод, похожие симптомы у неисправного ролика водяной помпы. В любом случае, появление посторонних звуков под капотом, это сигнал автовладельцу, что машину нужно срочно показать мастеру.

Появление маслянистых пятен на деталях, расположенных рядом с ремнем ГРМ. Течь из-под защитного кожуха могут масло или антифриз. Попадая на привод, агрессивные жидкости разъедают его поверхность.

Под их воздействием ремень может начать трескаться. Перед заменой привода нужно найти и устранить причину течи.

Через сколько километров нужно менять ремень ГРМ

В инструкции по эксплуатации автомобиля указаны рекомендуемые сроки эксплуатации каждой детали. Замену ремня нужно производить не по прописанному регламенту, а по факту его износа.

Это полезно знать: Нужна ли обкатка нового автомобиля и как правильно её сделать

К примеру, некоторые отечественные производители указывают в руководстве, что ремень на изделиях автопрома рассчитан на 180 тыс. км. пробега. Автомобилист с большим опытом усомнится в правдивости таких данных.

Срок эксплуатации авто детали зависит от нескольких факторов:

  1. Качества дорог;
  2. Марки ремня;
  3. Модели машины.

Так, привод ГРМ от известных производителей, установленный на автомобиле Renault при эксплуатации в России, подлежит замене после пробега 60 тыс. км., а при езде по дорогам Европы, через 120 тыс. км.

Важно! Производить замену детали рекомендуется вместе с натяжным роликом, шкивами и водяной помпой.

Что будет, если ГРМ порвется

Когда ремень порвался, стартер работает без прежнего напряжения, но двигатель при этом не заводится. Причиной отсутствия компрессии становится загиб клапанов. В момент порыва часто происходит их столкновение с поршнями. Вал во время выхода привода из строя останавливается, а поршни продолжают движение.

Когда клапаны замирают в «полностью открытом положении», удара поршнями по ним не избежать. Вместо замены недорогой детали автовладельцу приходится чинить двигатель. Расходы тем больше, чем дороже авто. Кроме клапанов, может быть поврежден и поршень.

Реально ли заменить газораспределительный механизм своими руками

Самостоятельно произвести ремонт газораспределительного механизма можно только в том случае, когда автовладелец знаком с устройством авто, имеет необходимые инструменты, приспособления. Сложность процесса замены ремня ГРМ зависит от модели машины.

Во время замены привода, нельзя сбивать настроенные фазы газораспределения.

Для правильной работы системы совмещают метки:

  • на шестернях;
  • маховике коленвала;
  • корпусе двигателя.

Работа производится по стандартной схеме.

Мастер действует по порядку:

  1. Демонтирует узел;
  2. Снимает изношенный привод;
  3. Осматривает детали, соприкасающиеся с ремнем;
  4. Чистит внутреннюю полость от загрязнений;
  5. Устанавливает новый ремень ГРМ и ролик;
  6. Проверяет и регулирует натяжение.

Если человек не знаком с устройством машины и не владеет нужными навыками, замену ремня лучше доверить специалисту. Сделать это нужно заблаговременно, не дожидаясь, когда разрыв резинового изделия станет причиной поломки двигателя.

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для осуществления в определенной последовательности выпуска продуктов сгорания и впуска свежего заряда. Газораспределительный механизм состоит из впускных и выпускных органов и деталей, передающих к ним движение от коленчатого вала.

Классификация и конструктивный обзор газораспределительных механизмов

В зависимости от конструкции органов и приводов газораспределительные механизмы классифицируются согласно схеме, изображенной на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема классификации газораспределительных механизмов

Бесклапанные ГРМ могут быть: золотниковыми и гильзовыми. На рис. 2.2 приведена схема гильзового ГРМ, предложенная Чарльзом Найтом в 1907 г.

Рис. 2.2. Схема гильзового ГРМ Чарльза Найта:

1 – коленчатый вал, 2 – гильзы, 3 – шатуны привода гильз, 4 – распредвал

Золотниковые механизмы газораспределения, несмотря на ряд преимуществ – возможность обеспечения больших проходных сечений впускных и выпускных отверстий, лучшие условия охлаждения и возможность в связи с этим некоторого повышения степени сжатия в бензиновых двигателях, бесшумность работы, не получили распространения из-за конструктивной сложности и дороговизны изготовления и ремонта в четырехтактных ДВС. Поэтому золотниковые механизмы газораспределения рассматриваться не будут.

В двухтактных ДВС часто в качестве золотника используется поршень. Такое газораспределение может быть названо золотниковым, хотя собственно механизм газораспределения в случае щелевой продувки отсутствует и его заменяет кривошипно-шатунный механизм.

В четырехтактных автотракторных двигателях широкое распространение получили клапанные механизмы газораспределения.

В некоторых двигателях с целью обеспечения надежной работы на высоких оборотах применяются беспружинные механизмы газораспределения с принудительным открытием и закрытием клапанов, или так называемые десмодромные механизмы (рис. 2.3). Принудительное открытие и закрытие клапанов осуществляется от самостоятельных кулачков или электромагнитами с очень большими ускорениями, что позволяет значительно увеличить коэффициент наполнения двигателя.

Рис. 2.3. Десмодромный газораспределительный механизм

Наиболее широкое распространение в автотракторных двигателях получили пружинные клапанные механизмы газораспределения, конструктивный обзор которых, в зависимости от расположения клапанов, положения и привода распределительного вала, рассматривается ниже.

Расположение клапанов

В дизелях возможно только верхнее расположение клапанов, так как относительно малый объем камеры сгорания, получающийся при высоких значениях степени сжатия, не позволяет разместить клапаны сбоку цилиндра. В бензиновых двигателях возможно как верхнее, так и нижнее расположение клапанов.

При верхнем расположении клапанов камера сгорания получается более компактной, с относительно малой поверхностью охлаждения, вследствие чего уменьшаются потери в систему охлаждения и увеличивается индикаторный КПД двигателя.

Компактность камеры сгорания уменьшает опасность детонации и позволяет при том же октановом числе бензина увеличить степень сжатия примерно на пол-единицы по сравнению с двигателями, имеющими нижние клапаны, что также оказывает положительное влияние на увеличение индикаторного КПД. Все это вместе взятое, а также применение высокооктанового бензина позволяет в настоящее время достигнуть высокой топливной экономичности автомобильных бензиновых двигателей, приближающейся к экономичности дизелей с разделенными камерами сгорания.

Простая форма впускного канала с малым гидравлическим сопротивлением, а также возможность увеличения площади проходного сечения клапанов за счет увеличения числа клапанов или расположения их под углом к оси цилиндра повышают коэффициент наполнения на 5–7%, что создает более широкие возможности для форсирования двигателя по числу оборотов.

К недостаткам верхнего расположения клапанов следует отнести усложнение механизма газораспределения при нижнем расположении распределительного вала или усложнение привода к нему при верхнем расположении последнего, а также увеличение высоты головки цилиндра, что при вертикальном расположении цилиндров приводит к увеличению высоты, а при горизонтальном – ширины двигателя. В короткоходных двигателях последний недостаток сказывается меньше вследствие небольшой высоты блока и картера.

При нижнем расположении клапанов высота головки цилиндров и двигателя в целом уменьшается, а механизм газораспределения и привод к распределительному валу упрощаются. Однако из-за менее компактной формы камеры сгорания экономические показатели таких двигателей ниже, а невозможность обеспечить высокие значения коэффициента наполнения при высоком числе оборотов ограничивает степень форсирования. Ограничивается также возможность увеличения степени сжатия: при степени сжатия более 7.5 уже возникают трудности в компоновке камеры сгорания.

Нижнее расположение клапанов применяется в настоящее время редко в двигателях со сравнительно низкой степенью сжатия и небольшим числом оборотов, для которых основным требованием является простота конструкции, технологии изготовления и ремонта.

Нижние клапаны (рис. 2.4) размещаются с одной стороны блока цилиндров в один ряд и приводятся в действие через толкатели от общего для всех клапанов блока распределительного вала.


Рис. 2.4. Нижнее расположение клапанов (SV)
Чередование впускных и выпускных клапанов может быть принято различным. Попарное расположение одноименных клапанов дает возможность уменьшить число каналов в блоке и упростить трубопроводы, но при таком расположении увеличивается неравномерность износа цилиндра по окружности из-за термических деформаций. Поэтому в настоящее время применяют смешанное чередование клапанов, при котором рядом могут располагаться как одноименные, так и разноименные клапаны соседних цилиндров (рис. 2.5).

Если рядом расположены впускные клапаны соседних цилиндров, то их каналы могут быть объединены; каналы выпускных клапанов делаются индивидуальными, чтобы обеспечить лучшее охлаждение клапанов.


Рис. 2.5. Смешанное чередование клапанов
Верхние клапаны могут иметь различное расположение, выбор которого связан с формой камеры сгорания и конструкцией механизма газораспределения.
Два клапана в цилиндре могут быть расположены в один ряд вдоль оси блока или в два ряда. При расположении в один ряд клапаны (рис. 2.6) обычно чередуются так же, как и клапаны при нижнем расположении. В бензиновых двигателях оба трубопровода, как правило, размещаются с одной стороны головки, что обеспечивает подогрев впускного трубопровода и более интенсивное испарение топлива.

Рис. 2.6. Расположение двух верхних клапанов в один ряд
В дизелях трубопроводы часто располагаются по обе стороны головки, при этом уменьшается подогрев воздуха, что повышает коэффициент наполнения.
Привод клапанов может быть осуществлен или непосредственно от верхнего распределительного вала, расположенного над ними (рис. 2.7), или от нижнего вала, размещенного в блоке или в верхней половине картера через толкатели, штанги и коромысла (рис. 2.8).
Последний вариант находит широкое применение в двухрядных V-образных двигателях, в которых от одного распределительного вала, расположенного в развале блоков, приводятся в движение клапаны всех цилиндров.

При расположении в два ряда впускные и выпускные клапаны размещаются в различных рядах. Соответствующие коллекторы располагаются с разных сторон головки (рис. 2.9).


Рис. 2.7. Верхнее расположение клапанов, верхнее положение распредвала (OHС)

Рис. 2.8. Верхнее расположение клапанов, нижнее положение распредвала (OHV)
В двигателях с воздушным охлаждением при таком расположении клапанов имеются большие возможности для оребрения выпускных патрубков.
Однако расположение клапанов в два ряда затрудняет размещение форсунки в цилиндре и доступ к ней, в связи с чем в дизелях с жидкостным охлаждением такое расположение, как правило, не применяется.
Привод к клапанам при двухрядном их расположении усложняется. Для непосредственного привода требуются два верхних вала на блок, помещаемых над клапанами (рис. 2.10). При одном верхнем вале нужна система рычагов (рис. 2.11). В случае нижнего расположения вала приходится применять систему рычагов (рис. 2.12) или приводить каждый из рядов клапанов от отдельных валов, располагая их по обе стороны блока.

 


Рис. 2.9. Расположение двух верхних клапанов в два ряда

Рис. 2.10. Верхнее расположение клапанов, верхнее положение 2 распредвалов (2ОHC)

 


Рис. 2.11. Верхнее расположение клапанов, верхнее положение распредвала (OHC)

Рис. 2.12. Верхнее расположение клапанов, нижнее положение распредвала (OHV)

Четыре клапана в цилиндре устанавливают для увеличения площади их проходных сечений и уменьшения размеров клапанов. Последнее обстоятельство способствует увеличению их жесткости и обеспечивает лучшее охлаждение. В дизелях причетырех клапанах форсунка может быть расположена по оси цилиндра, что при неразделенной камере сгорания имеет большое значение для равномерного распределения топлива по ее объему. Одноименные клапаны могут располагаться в двух рядах (рис. 2.13)или в отдельных рядах (рис. 2.14).


Рис. 2.13. Расположение одноименных клапанов в двух рядах

Рис. 2.14. Расположение одноименных клапанов в отдельных рядах

В первом случае имеется возможность уменьшить число каналов в головке блока и расположить оба трубопровода с одной стороны, что в ряде случаев оказывается удобным для V-образных и горизонтальных двигателей. Однако при этом стержень выпускного клапана, расположенного со стороны трубопровода, обтекается также отработавшими газами соседнего клапана, что увеличивает его тепловую напряженность. Вследствие этого чаще применяется расположение одноименных клапанов в отдельных рядах.

Кроме непосредственного привода от двух верхних валов (рис. 2.15),при первом расположении клапанов привод их может осуществляться от одного верхнего вала с помощью поперечных траверс (рис. 2.16),обеспечивающих одновременное открытие обоих одноименных клапанов. При размещении одноименных клапанов в одном ряду привод осуществляется с помощью продольных траверс (рис. 2.17) или трехплечных рычагов.

Рис. 2.15. Открытие клапанов с помощью двух распредвалов

При установке трех клапанов в цилиндре – одного большого и двух меньшего размера (рис. 2.18) – может быть увеличена относительная площадь клапанов даже по сравнению с четырьмя клапанами. Выпускным может быть большой клапан (рис. 2.18а) или два меньших (рис. 2.18б). При наличии трех клапанов в головке цилиндра размещение форсунки затруднено.

В первом случае обеспечивается лучшее наполнение цилиндров, во втором – снижение температуры выпускных клапанов.


Рис. 2.16. Открытие клапанов с помощью поперечных траверс

Рис. 2.17. Открытие клапанов с помощью продольных траверс

Иногда применяется смешанное расположение клапанов (рис. 2.19) – один верхний, один нижний. При таком расположении клапанов конструкция механизма газораспределения усложняется, но имеется возможность сильно увеличить проходные сечения клапанов и обеспечить высокое форсирование двигателей по числу оборотов. Смешанное расположение клапанов применяется в высокооборотных двигателях.

а б

Рис. 2.18. Расположение трех клапанов в цилиндре

Для улучшения наполнения цилиндров, снижения температуры выпускных клапанов и уменьшения массы движущихся деталей механизма газораспределения, приходящихся на один клапан, в двигателях большой мощности устанавливают пять клапанов (рис. 2.20) – три впускных и два выпускных. В этом случае открытие клапанов осуществляется двумя верхними распредвалами.


ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ (ГРМ)

Все о газораспределительном механизме — ГРМ — устройство, функции, ремонт

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

Газораспределительный механизм обеспечивает наполнение цилиндров двигателя горючей смесью и выпуск отработавших газов в соответствии с принятым для двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. К деталям механизма относятся: распределительный вал, клапаны и направляющие втулки, пружины с деталями крепления, рычаги привода клапанов. Газораспределительный механизм состоит из:
• распределительного вала,
• рычагов,
• впускных и выпускных клапанов с пружинами,
• впускных и выпускных каналов.
Распределительный вал располагается в большинстве случаев в верхней части головки блока цилиндров. Существуют двигателя с различным расположением распределительного вала и с двумя распределительными валами. Составной частью вала являются его кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Иными словами, над каждым клапаном расположен свой кулачок. Именно эти кулачки, при вращении распределительного вала, обеспечивают своевременное, согласованное с движением поршней в цилиндрах, открытие и закрытие клапанов.
Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью цепной передачи или зубчатого ремня. Натяжение цепи привода регулируется специальным натяжителем, а ремня — натяжным роликом.

Как же устроен и работает газораспределительный механизм?

Клапанный механизм- состоящий из клапана, направляющей втулки клапана, впрессованной в тело головки блока цилиндров, седла клапана, маслоотражательного колпачка, надетого на шток клапана и предназначенного для предотвращения попадания масла в цилиндр двигателя, две клапанные пружины, опирающиеся на верхнюю и нижнюю тарельчатые шайбы. В верхней шайбе установлены сухари, конической формы. Сухари входят в зацепление с канавками , имеющимися в верхней части штока клапана и удерживают клапан от самопроизвольного выпадения.
Пружины принудительно удерживают клапан в закрытом состоянии, в целях равномерного распределения нагрузки витки пружин направлены в разные стороны. В случае поломки одной из пружин клапанный механизм продолжает функционировать, хотя и с меньшей эффективностью.
На пружины надет свободно перемещающийся стакан с регулировочной шайбой, обеспечивающей необходимый тепловой зазор в механизме.
Для чего нужен тепловой зазор? Тепловой зазор между кулачком распредвала и штоком клапана необходим для правильной работы газораспределительного механизма. Как известно при нагревании предметы расширяются. Это происходит и с деталями газораспределительного механизма двигателя. Если между штоком клапана и кулачком распредвала не будет зазора, то при нагреве деталей кулачок всё больше и больше будет нажимать на шток клапана и клапан будет открываться, а это значит, что в цилиндре двигателя не будет создаваться необходимое давление (компрессия) и двигатель будет работать с перебоями, и на определённом этапе совсем перестанет работать. Кроме этого отсутствие теплового зазора в клапанном механизме приводит к сгоранию самого клапана. При слишком большом тепловом зазоре в клапанном механизме наблюдается стук ,падение мощности двигателя. Большой тепловой зазор препятствует своевременному и полному открытию клапана, что приводит к плохому наполнению цилиндра горючей смесью и плохой вентиляции цилиндра во время такта выпуска отработанных газов. Тепловые зазоры для различных типов двигателей рассчитываются с учётом коэффициента расширения материалов, используемых в двигателе.
Величины тепловых зазоров клапанного механизма для двигателя вашего автомобиля указаны в руководстве по его эксплуатации.

Основные неисправности газораспределительного механизма двигателя.

Стуки в газораспределительном механизме появляются по причине увеличенных зазоров в клапанном механизм, износе подшипников или кулачков распределительного вала, рычагов, а также из-за поломки пружин клапанов.
Для устранения стуков необходимо отрегулировать тепловой зазор, а изношенные детали и узлы следует заменить.
Повышенный шум цепи привода распределительного вала появляется вследствие износа шарнирных соединений звеньев цепи и ее удлинения, а также поломки деталей натяжителя цепи.
Следует отрегулировать натяжение цепи, а при чрезмерном ее износе — заменить на новую.
Потеря мощности двигателя и повышенная дымность выхлопных газов происходят при нарушении теплового зазора в клапанном механизме, неплотном закрытии клапанов, износе маслоотражательных колпачков.
Зазор следует отрегулировать, изношенные колпачки поменять, а клапаны »притереть» к седлам.
Как это сделать?
1 Можно поехать на станцию техобслуживания, откуда вы вернётесь без денег
2 Можно и нужно научиться делать это самостоятельно!
1 Поиск неисправностей
Прежде, чем устранять надо найти.
Если двигатель работает неустойчиво, глохнет на малых оборотах, не тянет, перегревается, дымит из выхлопной трубы- одной из причин может быть поломка в газораспределительном механизме (ГРМ)
Начнём с самой простой причины и постепенно будем переходить к более сложным в устранении с технической точки зрения.
Самое простое- нет теплового зазора в клапанном механизме
Сложнее- механическая поломка деталей ГРМ
Как устранить? Необходимо отрегулировать зазор. Попутно будем осматривать детали ГРМ
Для того, чтобы это сделать вам понадобятся : набор гаечных ключей, отвёртки ,набор торцевых ключей, плоский щуп, свечной ключ. Если у вас есть возможность приобрести специнструмент для регулировки клапанов на вашу модель авто- покупайте. Дешевле обойдётся.
Зазор регулируется НА ХОЛОДНОМ двигателе. Порядок работы:
Отключите аккумулятор, снимите воздушный фильтр, отсоедините тросики дроссельной и воздушной заслонок от карбюратора, отсоедините топливопровод от карбюратора и закройте его пробкой чтобы топливо не вытекало, снимите клапанную крышку. Соблюдайте осторожность- не уроните мелкие детали в карбюратор- обычно туда падают гайки и потом их тяжело доставать.
Теперь мы видим распредвал и часть клапаннного механизма, а также нам видна цепь привода и звёздочка распредвала. Осмотрите все видимые детали на предмет явных механических повреждений, проверьте натяжение цепи-цепь не должна болтаться ,но и не должна быть натянута как струна. Под нажимом рукой цепь должна немного прогнуться. На звёздочке не должно быть отколотых зубьев, сама звёздочка не должна болтаться. Распредвал должен иметь равномерный износ по всей поверхности кулачков, не допускаются сколы и трещины на рабочих поверхностях вала. Посмотрите нет ли кусочков металла ,стружки, поступает ли к распредвалу смазка- распредвал не должен быть сухим.

Регулировка клапанов

Прежде, чем приступить к регулировке клапанов необходимо установить такое положение распредвала, когда оба клапана регулируемого цилиндра закрыты.Это достигается путём проворачивания заводной рукояткой коленвала двигателя до необходимой точки. Обычно на всех двигателях имеются установочные метки. Используйте метку на звёздочке распредвала- обычно это насечка или сверление ,хорошо различимые на корпусе звёздочки. На головке блока цилиндров или на корпусе распредвала должна быть метка в виде выступа или прилива . Совместите эти метки. Если метки совмещены правильно клапана первого цилиндра будут закрыты.Нумерация цилиндров двигателя всегда начинается от его передней части(там где ремень генератора и вентилятора)
Что делать если нет или не нашёл меток, или не уверен, что это те метки ?
Выкрутите свечу первого цилиндра, возьмите тонкую отвёртку и вставьте её в свечное отверстие, понемногу проворачивайте коленвал двигателя и поймайте момент, когда поршень будет находиться в верхней мёртвой точке, возьмите высоковольтный провод, который был подключен к свече этого цилиндра и пройдите по нему до крышки распределителя зажигания, запомните в какое гнездо вставлен провод, осторожно снимите крышку и посмотрите положение бегунка- если он смотрит контактом на нужное гнездо ,значит сейчас вы установили клапана первого цилиндра в положение для регулировки, если бегунок смотрит в противоположную сторону проверните коленвал на один полный оборот. Проворачивайте по часовой стрелке. Если нет заводной рукоятки двигатель можно провернуть при помощи гаечного ключа, надетого на болт крепления звёздочки распредвала или рукой за шкив генератора или вентилятор(чтобы было легче крутить выньте свечи). Не перепутайте провода!
Регулировка

Вставьте плоский щуп в зазор между кулачком распредвала и регулировочной шайбой или коромыслом (в зависимости от устройства ГРМ) и проверьте зазор. Если зазор регулируется при помощи регулировочной шайбы, то подберите шайбу нужной толщины. Если зазор регулируется при помощи регулировочного болта, то ослабьте контргайку и вращением болта установите необходимый зазор и затяните контргайку .
Повторите процедуру со всеми цилиндрами двигателя, проворачивая коленвал перед регулировкой следующего цилиндра на 90 градусов. Цилиндры регулируются по порядку их работы. На большинстве двигателей порядок работы 1-3-4-2. На некоторых 1-2-4-3. Порядок работы двигателя можно увидеть по надписи в виле прилива на головке блока цилиндров или проследить по высоковольтным проводам, зная провод первого цилиндра и направление вращения бегунка распределителя зажигания. Направление указано стрелкой на крышке распределителя или на его корпусе.
После регулировки установите снятые детали на место, заведите двигатель, проверьте не подтекает ли масло из под клапанной крышки, послушайте как работает двигатель , нет ли стука в его верхней части. Глухой стук в районе распредвала говорит об износе опорных подшипников распредвала, щёлкающий- большой зазор в клапанном механизме, дребезжащий в передней части двигателя- слабая цепь, повреждение натяжителя цепи.
_______________________________________
Без газообмена, при котором в цилиндры поступает горючая смесь, а продукты сгорания удаляются, работа двигателя невозможна в принципе. Это аксиома. Далеко не последнюю роль в газообмене играют клапаны — впускной и выпускной.
________________________________________
Время и сечение. В теории газораспределения эти два параметра идут, что называется, рука об руку. Именно характеристика «время-сечение» служит для оценки пропускной способности клапана. Чем больше значение «время-сечение», тем эффективнее работает газораспределительный механизм.
Однако существует несколько основополагающих причин, по которым самые простые способы увеличения пропускной способности клапана не могут быть реализованы. Мощность, отдаваемая двигателем, напрямую зависит от числа рабочих тактов, совершенных за единицу времени. Следовательно, чтобы повысить отдачу мотора, необходимо увеличивать частоту вращения коленчатого вала. Поэтому время, отводимое на впуск свежего заряда и выпуск отработанных газов, сокращается. Расширить этот промежуток, открывая клапаны раньше и закрывая позднее, можно, но при этом наверняка станет больше период перекрытия, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. В результате часть горючей смеси, не дождавшись воспламенения, вслед за отработанными газами покинет цилиндр. Какая уж тут эффективность?
Остается увеличивать геометрическое сечение впускного и выпускного отверстий. Но тогда клапан становится массивнее, а это силы инерции, обуздать которые при высоких оборотах двигателя совсем непросто. Примечательно, что как раз поломки клапанных пружин, не выдерживающих инерционные нагрузки от тяжелых клапанов, натолкнули инженеров на светлую мысль поставить вместо одного клапана два — меньших размеров. Попутно, поскольку суммарное сечение пары клапанов оказалось больше, был решен коренной вопрос газообмена в отношении лучшего наполнения цилиндров горючей смесью и своевременного удаления выхлопных газов.
Что дает многоклапанное газораспределение, можно судить из представленной таблицы. Данные приведены для автомобилей 1995 года выпуска, потому что 10 лет назад двигатели DOHC (или Twin Cam) еще можно было рассматривать как разновидность обычных моторов с двумя клапанами на цилиндр. Сейчас положение изменилось: каждый из указанных типов силовых агрегатов занимает собственную нишу, в большей или меньшей степени отягощен технологиями, напрямую не связанными с количеством клапанов, поэтому их сравнение теперь не вполне корректно.
Как видим, при очевидном преимуществе многоклапанных двигателей в мощности и крутящем моменте они практически не уступают моторам с двумя клапанами на цилиндр и по потреблению горючего. Однако тут надо заметить, что долгое время потенциал «многоклапанников» оставался невостребованным. Характеристики двигателей улучшались, но другими методами. Почему?
Как известно, бесплатным бывает только сыр в мышеловке да ветер в камышах. За все надо платить. В многоклапанных моторах платить приходилось за дополнительные клапаны и еще один распредвал с деталями, предназначенными для его привода, сложную конструкцию головки цилиндров, что вкупе значительно увеличивало стоимость производства. Опять же, усложнилось обслуживание и затраты на него, ухудшилась надежность (не ломается только та деталь, которой нет, а тут их в два раза больше). Пришлось ждать, когда плюсы перевесят минусы. Час «многоклапанников» пробил во второй половине 1980-х, когда более простые способы улучшения двигателей были уже исчерпаны, а электроника представлялась еще экономически нецелесообразной.
И пошло-поехало. Появились схемы с пятью клапанами. Maserati этого показалось мало, и она разработала двигатель, в котором каждый цилиндр обслуживался шестью клапанами. Известная выдумщица разных технических хитростей Honda и вовсе представила «аппарат» с восемью клапанами и овальными поршнями в придачу. На счастье механиков всего мира, этот двигатель оказался только концептуальным. И, как обычно бывает, маятник, качнувшись в одну сторону, начал поступательное движение назад.
Выяснилось, что увеличение числа клапанов свыше четырех не дает существенных результатов, так как компенсируется увеличением потерь на трение в клапанном механизме. Более того, даже наличие двух выпускных клапанов не всегда хорошо. Чтобы снизить эмиссию токсичных веществ, полезно оставлять в цилиндрах некоторое количество отработанных газов. Два выпускных канала имеют большую площадь, через которую из-за теплообмена выхлопные газы теряют температуру и энергию. А они могли бы пригодиться для разогрева катализатора или более эффективной работы турбонаддува. И наконец, из-за обилия клапанов просто не осталось места, чтобы в головке разместить другие детали, не имеющие к газораспределению отношения.
В итоге многие производители отказались от двух выпускных клапанов в пользу одного и остановились на компромиссном трехклапанном варианте, не лишенном некоторых недостатков, но сочетающем достоинства первых двух схем. Тем самым вопрос, сколько же клапанов надо двигателю, остается открытым.

Система газораспределения

— EPCM Holdings

1 Введение в систему газораспределения

Газ — это вещество (элементы или состав), находящееся в свободном расширяющемся состоянии для заполнения всего контейнера. Это означает, что газ будет свободно расширяться, чтобы заполнить форму любого контейнера, в котором он хранится. Различные элементы и соединения, включая кислород, азот, водород, монооксид углерода, диоксид углерода, углеводородный газ (метан, этан, пропан…), существуют в газообразном состоянии.

Углеводороды — это органические соединения, полностью состоящие из углерода и водорода.В этой статье EPCM делает упор на углеводородный газ (природный газ).

1.1 Газораспределительная система: природный газ

Природный газ — это природный углеводородный газ, состоящий в основном из метана и может содержать различное количество других высших алканов, небольшой процент сероводорода, диоксида углерода и гелия. Природный газ образуется, когда органические материалы (растения и животные), находящиеся глубоко в земной коре, подвергаются интенсивному воздействию тепла и давления в течение длительного периода лет.

Природный газ — это источник энергии, используемый для производства электроэнергии, приготовления пищи, отопления и т. Д.

Природный газ в обработанном состоянии существует в газообразном состоянии, однако он может быть преобразован в жидкое состояние (это называется сжиженным природным газом. или СПГ)

1.1.1 Газообразное состояние

Природный газ в природе существует в газообразном состоянии, если он не обработан и не кондиционирован для существования в жидком состоянии. Природный газ не имеет цвета и запаха, транспортируется в газообразном состоянии по трубопроводам, специально построенным трубам / резервуарам для хранения, установленным на грузовиках и судах.

1.1.2 Жидкое состояние

Природный газ можно перерабатывать и доводить до жидкого состояния, называемого СПГ (сжиженный природный газ). Его можно сжижить, охладив газ до температуры –260 ° F (–162 ° C). При этой температуре газ превращается в жидкость. Природный газ в больших количествах транспортируется в сжиженном состоянии (1/600 его первоначального объема газа) на большие расстояния с использованием специально построенных судов для перевозки СПГ. Природный газ нельзя использовать в сжиженном состоянии, поэтому в пункте назначения сжиженный газ переводится в газообразное состояние путем нагревания газа в процессе, называемом регазификацией.

1.2 Газораспределительная система: способы транспортировки природного газа

Природный газ в газообразном или жидком состоянии может транспортироваться между объектами или потребителям судами / судами, специальными грузовыми автомобилями и по трубопроводам.

1.2.1 Судно / морские суда

Суда могут использоваться как для транспортировки природного газа в сжатом состоянии (сжатый природный газ CNG), так и в его сжиженном состоянии (сжиженный природный газ (СПГ).

Однако транспортировка сжатого природного газа) Использование Ship не так популярно, как использование Ship для транспортировки СПГ из-за финансовых последствий.

Суда в основном используются для перевозки больших объемов сжиженного газа (СПГ) на большие расстояния, особенно при отсутствии трубопроводов. Природный газ нельзя использовать в жидком состоянии, поэтому сжиженный газ переводится обратно в газообразное состояние в месте назначения. Сжиженный газ подается в регазификационную установку, установленную на корабле или установке поблизости. В процессе регазификации сжиженный газ переводится в газообразное состояние перед транспортировкой газа по трубопроводам или грузовикам к конечным пользователям.

1.2.2 Грузовые автомобили

Это влечет за собой транспортировку природного газа в жидком или газообразном состоянии по дорогам с использованием специальных грузовиков. Этот метод транспортировки подходит для транспортировки небольшого объема газа на короткие расстояния по сравнению с транспортировкой газа с использованием судов / кораблей и трубопроводов. Сосуды под давлением специального назначения (изо-контейнеры / специальные трубы), установленные на грузовиках, используются для транспортировки газа к объектам конечного пользователя.

Когда газ транспортируется в сжиженном состоянии, емкость для хранения должна иметь возможность поддерживать температуру СПГ ниже температуры фазового перехода природного газа.

Когда газ транспортируется по трубам для хранения, установленным на грузовиках, он транспортируется в сжатом состоянии (при высоком давлении и низкой температуре), называемом сжатым природным газом CNG. СПГ может транспортироваться под давлением более 200 бар, поэтому трубы для хранения сделаны из высокопрочных стальных материалов и толщиной, способной безопасно удерживать газ.

Компримирование газа осуществляется на установке, принимающей природный газ из трубопроводов, газ подается в сушильную установку, где удаляется водяной пар.

Из осушителя газ подается в компрессор или ряд компрессоров, где газ сжимается, увеличивая, таким образом, давление газа.

Газ выходит из компрессора в накопительные баллоны, которые соединены с раздаточным устройством. Раздаточное устройство выгружает газ из баллонов для хранения в трубки для хранения для дальнейшей транспортировки на объект потребителя.

Газоохладитель встраивается в систему после компрессора, в первую очередь для обеспечения хранения и распределения большего объема газа.

На объекте потребителя сжатый природный газ подается в установку, которая сбрасывает давление газа и повышает температуру до значения, которое может поддерживаться потребителями газа. СПГ подается в теплообменник, где температура газа постепенно повышается. Газ выходит из теплообменника и поступает в узел понижения и измерения давления, где давление газа снижается перед поступлением в потребительский объект.

GNSL, дочерняя компания Axxela Group, в настоящее время управляет 5.2MMSCFD Базовая станция сжатого природного газа (CNG) в Лагосе, Нигерия. На основной станции природный газ сжимается в мобильные трубы, которые транспортируются грузовиками для дальнейшей доставки к клиентам (https://axxelagroup.com/operations/gas-network-services-limited/)

Рисунок 1: Сжатый природный газ Трубы на грузовиках

1.2.3 Трубопроводы

Это наиболее эффективный и безопасный способ транспортировки природного газа.

Некоторые из преимуществ использования трубопровода для транспортировки газа:

  • Непрерывная доставка газа потребителям без сбоев.На доставку не влияет большинство факторов окружающей среды.
  • Трубопроводы можно проложить так, чтобы сократить путь к месту назначения, что сокращает время транспортировки по сравнению с другими видами транспорта.
  • Транспортируется большой объем газа
  • Трубопроводный транспорт — самый безопасный и надежный способ транспортировки газа

Несколько трубопроводов транспортировки и распределения транспортируют природный газ в пределах городов, стран, в другие страны или в пределах городов.

Западноафриканский газопровод (WAGP), управляемый West Africa Gas Pipeline Company (WAPCo), транспортирует газ из Нигерии в три страны Западной Африки (Республика Бенин, Того и Гана. По трубопроводу газ поступает из трубопровода Эскравос — Лагос в точке Экспортный терминал природного газа Итоки в Нигерии, принадлежащий Нигерийской газовой компании. Газопровод в Западную Африку спроектирован таким образом, чтобы первоначально доставить объем 170 млн. Куб. Футов в сутки, а на более поздних этапах — мощность 460 млн. Куб. / wapco-pipeline)

Gaslink (GNL), дочерняя компания Axxela Group.Совместно с Nigerian Gas Marketing Company (NGMC) управляет сетью газораспределительных трубопроводов протяженностью более 100 км в Лагосе, Нигерия, с пропускной способностью 140 миллионов кубических футов в сутки и максимальной загрузкой около 70 миллионов кубических футов в сутки (https://axxelagroup.com/operations/gaslink-nigeria-limited /).

Есть несколько трубопроводов, по которым газ транспортируется через разные страны Европы и Америки.

2 Газопроводная система

Газопроводная система — это соединение различных объектов, оборудования, арматуры, предназначенное для эффективной доставки газа конечным потребителям.

2.1 Газораспределительная система: Типы Трубопроводы

Трубопроводы могут быть отнесены к любой из следующих категорий:

2.1.1 Отводные трубопроводы

Отводные трубопроводы используются для транспортировки текучей среды (газа или жидкости) от скважин к хранилищам или перерабатывающим предприятиям. Технологическая установка может быть предназначена для предварительной обработки жидкости. Жидкость, транспортируемая по отводной линии, не является чистой, поэтому отводная линия должна быть спроектирована так, чтобы обрабатывать жидкость в ее естественном состоянии. Вытяжные трубопроводы обычно имеют небольшой диаметр (от 2 до 4 дюймов), однако, в зависимости от производительности скважины, размер может быть больше.

Рисунок 2: Устье скважины с подключенными двойными выкидными линиями

2.1.2 Сборные трубопроводы

Эти трубопроводы транспортируют текучие среды от различных объектов обработки и хранения к общему магистральному трубопроводу. Магистральные трубопроводы могут быть больше отводных.

2.1.3 Трубопроводы передачи

Как определено в ASME B31.8, раздел 803.2, линия передачи — это сегмент трубопровода, установленный в системе передачи или между полями хранения. Хотя система передачи представляет собой один или несколько сегментов трубопровода, обычно соединенных между собой, чтобы сформировать сеть, которая транспортирует газ из системы сбора, выхода газоперерабатывающего завода или месторождения хранения в систему распределения высокого или низкого давления, крупный заказчик или другое хранилище.

2.1.4 Система газораспределения

Согласно ASME B31.8, раздел 803.3 магистраль или магистраль распределения — это сегмент трубопровода в системе распределения, установленный для транспортировки газа к отдельным линиям обслуживания или другим магистралям. Распределительные трубопроводы транспортируют газ к генерирующим объектам, фабрикам, промышленным предприятиям, жилым квартирам, газораспределительным станциям и т. Д.

Система распределения газопровода может иметь различные распределительные линии, исходящие от городских ворот, и все линии соединены с распределительным коллектором.Трубопровод может состоять из стальных труб, труб из чугуна с шаровидным графитом, пластиковых труб или комбинации различных материалов в зависимости от философии проекта.

3 Система газораспределения

Система газораспределения — это совокупность установленных объектов, оборудования и арматуры, предназначенная для эффективной транспортировки / распределения газа конечным потребителям.

3.1 Компоненты газораспределительной трубопроводной системы

Газораспределительная система может содержать любые из нижеперечисленных компонентов.

3.1.1 Городские ворота

Городские ворота — это интерфейс между линией электропередачи и газораспределительной системой. Перечисленное ниже оборудование может быть установлено в городских воротах.

  • Газораспределительный коллектор
  • Система понижения и измерения давления
  • Индикаторы и датчики давления
  • Указатели и датчики температуры
  • Газоочиститель
  • Блок одуризирования газа
  • Блок отбора проб газа (газовый хроматограф)
  • Система обнаружения пожара и газа
  • Изолирующая арматура трубопровода (изолирующее соединение, комплект изоляции фланца)
  • Клапаны аварийного отключения
  • Обратные клапаны
  • Запорные клапаны линии
  • Система катодной защиты
3.1.2 Газораспределительный коллектор

Распределительный коллектор, установленный в основном над землей, разделяет поток газа на разные распределительные линии. Городские ворота — это центральное место, откуда берут начало разные распределительные линии, эти линии могут быть разного размера в зависимости от спроса на газ на каждой оси распределительной сети. Все распределительные линии связаны в коллектор, расположенный у городских ворот. На каждой линии, подключенной к коллектору, установлены запорные клапаны, функция клапана — обеспечить отключение любой линии независимо от других линий.Коллектор должен иметь соответствующий размер, чтобы доставлять количество газа, необходимое текущим конечным потребителям и предполагаемым будущим потребителям.

3.1.3 Система понижения и измерения давления

Блоки понижения давления устанавливаются в газораспределительной сети для регулирования давления газа до уровня, который может поддерживаться нижним распределительным трубопроводом, встроенными компонентами и потребителями газа. Внутри блока PRMS установлен газовый счетчик для измерения количества газа, протекающего через оборудование.

PRMS разработаны с учетом требований заказчика к газу и в соответствии с философией проекта, т.е. разработаны с учетом диапазона давления, с которым он будет работать. Обычно на городских воротах устанавливается блок понижения давления, чтобы снизить давление в линии электропередачи до заданного значения. Пониженное давление может быть не давлением, требуемым потребителями, а давлением, необходимым для транспортировки газа по сети. Внутри сети могут быть установлены другие узлы понижения давления, называемые «узлы понижения и измерения давления в районе» (DPRMS).DPRMS дополнительно снижает давление в трубопроводе до уровня, с которым можно справиться с помощью «Потребительской системы понижения давления и дозирования (CPRMS)». CPRMS устанавливается на линии обслуживания клиентов, предпочтительно на объекте заказчика, перед газовой турбиной / генератором и т. Д. CPRMS снижает давление газа, подаваемого из главной распределительной линии, до требуемого диапазона давления, требуемого заказчиком. Давление на входе большинства газогенераторов ниже 2 бар, в некоторых случаях оно составляет всего 0,2 бар изб., Поэтому CPRMS, установленный на трубопроводе, подающем газ к генераторам, должен быть спроектирован так, чтобы регулировать давление в соответствии с требованиями к давлению генераторного газа.

Следует отметить, что необходимо снизить давление на городских воротах, поскольку высокое давление подразумевает более высокую толщину стенки трубопровода, более высокий класс давления встроенных компонентов, следовательно, более высокие затраты на материалы и установку. Следует также отметить, что пониженное давление должно удовлетворять гидравлическим требованиям для удобной транспортировки газа всем потребителям, поэтому проводится тщательный гидравлический анализ для определения давления, требуемого вдоль трубопровода и в месте нахождения потребителя.

Рисунок 3: Установленный узел понижения давления и измерения давления

3.1.4 Индикаторы и датчики давления

Указатели давления должны быть установлены до и после узла понижения давления и измерения давления на городских воротах и ​​на территории заказчика, все линии исходят из городские ворота (распределительный коллектор). Если система является автоматизированной, датчики давления могут использоваться для передачи измеренного полевого давления в диспетчерскую.

3.1.5 Индикаторы и датчики температуры

Индикаторы температуры должны быть установлены в линию на распределительном коллекторе у городских ворот.Данные о температуре могут быть считаны на дисплее полевого прибора или переданы в диспетчерскую в автоматизированной системе.

3.1.6 Газоочистители

Газоочистители удаляют капли жидкости или следы капель жидкости из газовых потоков для защиты оборудования, установленного после скруббера, от повреждений и отказов. В системе скруббера природного газа используются фильтры, коалесцеры, сетчатые прокладки и другие устройства для удаления загрязняющих веществ из газового потока.

Газоочистители устанавливаются на входе каждого генератора / турбины для удаления капель жидкости и, в зависимости от характеристик газа, могут быть установлены на городских воротах в трубопроводной сети.

Рисунок 4: Газоочиститель, установленный на входе в генератор

Рисунок 5: Газоочиститель, установленный на трубопроводе

3.1.7 Устройство одуризации газа

Природный газ не имеет запаха и очень взрывоопасен, поэтому его важно использовать разместить средства обнаружения утечки газа. Одуризация газа является обязательной для системы распределения природного газа, как указано в разделе 856.1 стандарта ASME B31.8. Метод обнаружения утечек в газопроводе состоит в том, чтобы ввести в газ должным образом отмеренное количество сильно пахнущего вещества.Соединения меркаптана широко используются для одоризации природного газа.

3.1.8 Блок отбора проб и анализа газа (газовый хроматограф)

Газовый хроматограф установлен у городских ворот для анализа компонентов природного газа. Это используется для подтверждения состава газа, указанного в Соглашении о купле-продаже газа (GSPA). Газовый хроматограф подключается к газопроводу через трубы небольшого диаметра из нержавеющей стали или других материалов. Хроматограф забирает газ из трубопровода, анализирует газ, разделяет газ на различные компоненты, отправляя газ через хроматографический канал.Устройства рассчитывают состав каждого компонента и отправляют отчет в систему отображения.

Рисунок 6: Установленный газовый хроматограф Rosemount

3.1.9 Система обнаружения пожара и газа

Система обнаружения пожара и газа должна быть установлена ​​у городских ворот, полевые приборы обнаруживают утечки газа путем измерения концентрации газа в атмосфере. Установленные датчики температуры должны обнаруживать возможные возгорания. Когда объекты автоматизированы, система обнаружения пожара должна вызвать отключение газовой сети и активировать систему пожаротушения.

3.1.10 Газопроводы или ответвления

Ответвления — это ответвления от главной распределительной линии, по которой газ транспортируется к каждому потребителю. Эти трубопроводы могут быть изготовлены из углеродистой стали, пластмассовых материалов, высокопрочного чугуна и т. Д. Ответвительные трубопроводы представляют собой трубопроводы низкого давления, поскольку давление, требуемое потребителями газа, значительно ниже давления в распределительной магистрали. Если давление, подаваемое по ответвлению на расход газа, превышает требуемое, на входе в объект потребителя устанавливается регулятор давления.

3.1.11 Газокомпрессорная станция.

Газоперекачивающая установка должна быть установлена ​​вдоль трубопровода, если давление в трубопроводе не может транспортировать газ к месту нахождения потребителя, удовлетворяя давление, требуемое потребителями. Фактическое расположение компрессорной станции необходимо указать на основании гидравлического анализа. Также на городских воротах может быть установлена ​​установка компримирования газа для повышения давления газа в трубопроводе.

Типичная компрессорная станция содержит:

  • Газоочистители и фильтры, удаляющие капли жидкости или следы капель жидкости из газа и других примесей
  • Узел клапана перед и после блока сжатия газа для изоляции и технического обслуживания
  • Компрессор Агрегат, который может содержать один или несколько компрессоров в зависимости от требований конструкции.
  • Система аварийного отключения

Компрессоры делятся на две группы: компрессоры прямого вытеснения и динамические компрессоры.

В компрессорах прямого вытеснения входной объем природного газа ограничен определенным пространством (цилиндром) и сжимается за счет уменьшения этого замкнутого пространства или объема газа. Сжатый газ выпускается в трубопровод под более высоким давлением. Наиболее распространенными примерами компрессоров прямого вытеснения являются поршневые или поршневые компрессоры и винтовые компрессоры.

Работа динамических компрессоров основана на увеличении количества движения газа при его прохождении через компрессоры и преобразовании энергии в давление.Центробежные и осевые компрессоры являются основными типами динамических компрессоров.

3.1.12 Клапаны

Для надлежащей изоляции, технического обслуживания или ремонта, продувки / вентиляции и продувки клапаны предусмотрены при эксплуатации системы газораспределения. Клапаны могут быть приварными, фланцевыми или резьбовыми, в зависимости от класса давления, однако приварные клапаны обеспечивают лучшую герметичность системы. Все клапаны, устанавливаемые в газораспределительной системе, должны соответствовать любым нормам, указанным в разделе 831.1 ASME B31.8 или в соответствии с другими применимыми нормами и стандартами. Все клапаны должны быть установлены в легкодоступном месте и в соответствии с нормами и стандартами, такими как ASME B31.8. На газораспределительных сетях может быть установлена ​​любая из перечисленных ниже арматур.

3.1.12.1 Клапаны аварийного отключения

Клапан аварийного отключения (ESDV) / Запорные клапаны должны быть установлены на линии передачи газа к городским воротам или на входных распределительных линиях в зависимости от философии проекта.Клапан может быть установлен над или под землей в зависимости от расположения клапана и требований конструкции. Электрозащита обеспечивает надежную изоляцию городских ворот от непредвиденных условий эксплуатации.

Использование клапана автоматического отключения не является обязательным, как указано в разделе 846.2 ASME B31.8, однако, когда используются клапаны автоматического отключения, клапаны должны быть оснащены соответствующими контрольно-измерительными приборами и системой управления, чтобы клапан закрылся, когда

  • Скачок давления сверх установленного значения.
  • Повышение температуры сверх установленного значения.
  • Пожар обнаружен противопожарно-газовой системой, установленной на объекте.

Рисунок 7: Клапан аварийного отключения

3.1.12.2 Секционные / отсечные клапаны

Секционные или отсечные клапаны должны быть установлены по длине трубопровода в районе, где были выявлены основные проблемы (населенные пункты и т. Д.), На ответвлениях ответвляется от распределительной магистрали перед оборудованием для понижения давления и измерения.Клапаны секционирования должны устанавливаться в соответствии с требованиями раздела 846 ASME B31.8 или других применимых норм и стандартов. Такое расположение полезно для ограничения потерь газа при утечке или разрыве трубопровода, а также во время обслуживания любого участка трубопровода. Расположение должно быть таким, чтобы минимальное количество потребителей было отключено от газоснабжения во время технического обслуживания.

Секционные клапаны можно приваривать непосредственно к трубопроводу, чтобы свести к минимуму возможность утечки газа через фланцевые соединения или резьбовые соединения.Они могут управляться вручную, или может быть предусмотрено автоматическое срабатывание.

Клапаны секционирования могут быть установлены под землей, над землей или в хранилище. В любом из вышеупомянутых положений установки все приводы клапанов должны быть легко доступны для работы и защищены от повреждений. Когда клапанные устройства устанавливаются в подземных хранилищах, хранилища должны быть спроектированы в соответствии с разделом 847 ASME B31.8

Расположение точек секционирования может состоять из следующих

  • Клапан секционирования магистрали

Эти клапаны должны иметь тот же размер, что и В главном распределительном трубопроводе клапаны могут быть непосредственно приварены к трубопроводу, чтобы свести к минимуму возможность утечки в трубопроводной системе, или быть фланцевыми.Для автоматизированной системы клапан должен быть оборудован соответствующими приборами для облегчения дистанционного управления.

Байпасная система может включать два шаровых клапана (для перекрытия) и два шаровых клапана (для дросселирования). Их следует использовать при необходимости обслуживания или ремонта любого участка трубопровода. Они расположены для разгерметизации сегментов трубопровода, а также для вывода сегментов трубопровода в оперативный режим во время процесса пуска после технического обслуживания или ремонта участка трубопровода.

Вентиляционные линии в основном используются для вентиляции и продувки при эксплуатации трубопровода. Эта линия используется для сброса давления на любом участке линии, где требуется техническое обслуживание. Вентиляционные линии должны располагаться вдали от общественных мест. В конце линии следует установить шаровой кран для обеспечения плотного перекрытия. Может быть установлена ​​постоянная вентиляционная система или предусмотрено место для временной мобильной вентиляционной системы.

3.1.12.3 Обратные клапаны

Обратные клапаны должны быть установлены после редуктора давления и измерительной системы, как указано в ASME B31.8 стандартный раздел 848.3. Обратные клапаны защищают PRMS от противодавления, если существует более низкое давление перед PRMS из-за отказа трубопровода или любого другого события.

3.1.13 Система газораспределения: система катодной защиты

Необходимо, чтобы все стальные трубы, проложенные под землей, имели внешнее покрытие для предотвращения внешней коррозии. Трубопроводы подземного газораспределения могут иметь внешнее покрытие трехслойным полиэтиленовым покрытием (3LPE), любым другим материалом в соответствии с ISO 21809-1 или другими нормами и стандартами.Однако во многих случаях повреждение внешнего покрытия приводит к сильной коррозии трубопровода. В сочетании с защитой 3LPE все подземные стальные трубопроводы должны иметь катодную защиту. Суть защиты — исключить коррозию. Направленный ток является предпочтительным средством защиты подземных трубопроводов.

Направленный ток влечет за собой подачу тока, генерируемого трансформаторным выпрямительным блоком (TRU), подключенным к заземляющему основанию анода, в подземный трубопровод, ток используется для предотвращения процесса коррозии, тем самым защищая трубопровод.Типичные компоненты системы катодной защиты включают трансформаторный выпрямительный блок, заземляющий слой анода, кабели катодной защиты и контрольные точки катодной защиты, установленные вместе со всей сетью стальных трубопроводов.

Рисунок 8: Установленный трансформаторный выпрямительный блок

3.1.14 Изолирующие фитинги трубопровода (изолирующее соединение или комплект для изоляции фланца)

Основная функция изолирующего соединения или комплекта для изоляции фланца — электрическая изоляция различных секций газораспределительной системы .Требование к гальванической развязке четко прописано в разделе 861.1.3 ASME B31.8

. городские ворота, подключения клиентов снаружи окрашены, следовательно, снаружи защищены от коррозии. Обязательно изолировать подземную секцию, защищенную катодной защитой (CP) и внешним покрытием, от надземной секции. Это достигается путем установки изоляционных соединений или комплекта для изоляции фланца в точке перехода от поверхности земли к земле.

Изолирующие соединения / фланцы трубопровода также должны быть установлены в указанном месте, чтобы минимизировать или исключить утечки тока на сторонние объекты, которые могут быть прямо или косвенно связаны с распределительной сетью. Изолирующие муфты могут устанавливаться в местах прокладки трубопровода параллельно воздушной линии электропередачи.

Следует отметить, что утечки тока происходят только на участке трубопровода из металла, неметаллические участки газораспределительной системы не требуют установки изолирующего стыка.

Рисунок 9: Установленные изоляционные соединения трубопровода

3.1.15 Станция управления.

В зависимости от желаемого уровня автоматизации газораспределительная система может быть полностью автоматизированной или полуавтоматической.

Функция станции управления заключается в надзоре за всей трубопроводной сетью и всем подключенным оборудованием. Станция управления принимает сигналы от полевых приборов, таких как индикаторы и датчики давления, индикаторы и датчики температуры, приборы для измерения расхода и т. Д.Станция управления также может иметь возможность закрыть любой клапан на газораспределительном трубопроводе.

4 Соображения по проектированию и эксплуатации газораспределительной системы

На различных этапах проектирования газораспределительного проекта (от концептуализации до рабочего проекта) должны быть проанализированы различные аспекты, включая потребителей газа, объем газа, выбор материалов, маршруты трубопроводов, размер линии.

4.1.1 Потребители газа

Потребители газа являются ключевым определяющим фактором при планировании системы газораспределения

Перед концептуализацией газопровода должны быть доступны потребители для использования газа, который будет транспортироваться.Количество клиентов, местонахождение клиентов, количество газа, которое будет закуплено всеми потребителями, предполагаемые будущие клиенты должны быть проанализированы, чтобы определить осуществимость проекта.

4.1.2 Объем газа

Это важный фактор, который следует учитывать при планировании газораспределительной сети. Объем газа необходимо проверять как со стороны спроса, так и со стороны предложения. После определения всех потребителей суммируется объем газа, необходимый всем потребителям. Общий доступный газ сравнивается с общим потреблением газа.Следует отметить, что лучше иметь одного потребителя большого объема газа (например, электростанции), чем иметь множество потребителей с низким объемом потребления.

4.1.3 Требования к поставке газа

Это ключевой фактор, который следует анализировать при планировании газораспределительной сети. Требования клиентов к газу, такие как давление подачи и температура, варьируются, поскольку газ будет использоваться для различных целей. Давление, необходимое для газовых двигателей, варьируется, поэтому блок понижения давления, устанавливаемый на каждой линии обслуживания, может быть разным.Это означает, что стоимость PRMS в дистрибьюторской сети будет варьироваться для разных клиентов.

4.1.4 Моделирование процесса

Это влечет за собой определение параметров процесса вместе с распределительной сетью. В предварительном анализе используются предполагаемые данные, включая отметку трассы, фитинги и т. Д., Однако по мере продвижения проекта от концептуальных исследований до детального проектирования для гидравлического анализа должны использоваться фактические данные изысканий. Гидравлическое моделирование технологического процесса имеет решающее значение, поскольку результаты моделирования показывают характеристики газа (давление и температуру) в каждом местоположении клиента и вместе с сетью.Смоделированное давление в месте нахождения заказчика будет использоваться для определения PRMS, которая будет установлена ​​в случае необходимости.

4.1.5 Философия изоляции трубопровода

Это очень важно при планировании газораспределительной сети. Обычно сеть должна быть спроектирована таким образом, чтобы минимальное количество клиентов было затронуто во время технического обслуживания. Обычно это достигается путем правильного размещения запорных клапанов в стратегически важных местах.

4.1.6 Размер линии

Размер линии выполняется инженером-технологом.Выбор размера трубопровода влечет за собой определение оптимального размера трубы, которая может транспортировать желаемый объем газа к потребителю. Размер линии должен учитывать будущее расширение газораспределительной сети. Очень важно правильно выбрать размер линии, особенно когда предусмотрены будущие клиенты. Это необходимо для обеспечения того, чтобы линия могла транспортировать количество газа, необходимое всем потребителям.

4.1.7 Расположение городских ворот

Расположение городских ворот очень важно для любой газораспределительной сети.Городские ворота должны быть расположены таким образом, чтобы значительно сократить протяженность линии электропередачи и распределительной сети. При размещении городских ворот необходимо должным образом проанализировать расположение источников газа, таких как перерабатывающий завод или экспортный трубопровод. Подробный гидравлический анализ необходим для проверки свойств газа (давления, температуры) до и после городских ворот.

4.1.8 Материалы труб

Трубопровод состоит из соединенных труб и других встроенных компонентов.Как указано в разделе 812 стандарта ASME B31.8, трубопровод может быть изготовлен из стали, высокопрочного чугуна, пластмасс или комбинации материалов. Однако большинство газораспределительных трубопроводов выполнено из стальных труб.

Выбор материала очень важен при планировании газораспределительной сети. Стальные трубы более подвержены коррозии по сравнению с трубами из чугуна с шаровидным графитом и пластиковыми трубами. Пластиковые трубы не подвержены коррозии, однако они обладают самой низкой прочностью по сравнению со стальными трубами и трубами из высокопрочного чугуна.Ковкий чугун имеет низкую свариваемость по сравнению со стальными трубами, что требует применения других методов соединения. Поэтому при выборе материалов для газораспределительной сети следует внимательно изучить преимущества и недостатки любого выбранного материала.

Стальные трубы, изготовленные в соответствии со следующими стандартами API 5L, ASTM A53 / A53M, ASTM A106 / A106M, ASTM A134 и другими стандартами, указанными в разделе 814.1.1, могут использоваться для трубопроводов.

Как указано в разделе 14.1.2 ASME B31.8 труб из высокопрочного чугуна, изготовленных в соответствии с ANSI A21.52 под названием «Трубы из высокопрочного чугуна, центробежно-литые, для газа», могут использоваться в газопроводах.

Раздел 814.3 раздела 814.3 стандарта ASME B31.8 разрешает использование пластиковых труб. Могут использоваться пластиковые трубы и компоненты, изготовленные в соответствии с любым из нижеперечисленных стандартов.

Можно использовать

Полиэтиленовые трубы, изготовленные в соответствии со стандартом D2513 (полиэтиленовые (PE) газонапорные трубы, трубки и фитинги).

Трубы из полиамида-11 (PA-11), изготовленные в соответствии с ASTM D2517 (полиэтиленовые (PE) газовые напорные трубы, трубки и фитинги), ASTM D2517, армированные эпоксидной смолой, напорные трубы и фитинги для газа, могут использоваться в газораспределительной сети

Могут использоваться термопластичные трубы, трубки, фитинги и цемент, соответствующие ASTM D2513, однако они должны изготавливаться в соответствии с программой внутризаводского контроля качества, рекомендованной в Приложении A3 спецификации

4.1.9 Маршрут газопровода

Распределительная сеть должна быть проложена таким образом, чтобы газ можно было экономично и эффективно транспортировать к потребителям газа. Трубопровод следует прокладывать таким образом, чтобы трубопровод был близок к потребителям. Кроме того, маршрутизация должна учитывать будущих клиентов.

4.1.10 Разрешительные и нормативные требования

Разрешение является важным фактором при планировании газораспределительного трубопровода. Процедуры выдачи разрешений различаются в зависимости от страны. Разрешение — это удостоверяющий документ, подтверждающий, что трубопровод может быть проложен по спроектированной трассе в соответствии с указанным стандартом.Например, в Нигерии разрешения на трубопроводы выдаются Департаментом нефтяных ресурсов (DPR). Разрешительная процедура проводится в соответствии с Законом о нефтепроводах.

Перед началом строительных работ должны быть получены все разрешения от государственных органов, в том числе от Министерства транспорта (для пересечения трубопроводных дорог и железнодорожных переходов), водных путей (для пересечения трубопроводов через реки) и т.д.

4.1.11 Трубопроводная арматура

При планировании газораспределительной сети должен быть выполнен критический анализ арматуры, которая будет использоваться.Некоторые требования к фитингам поясняются ниже:

Отводы

Указанные отводы трубопровода должны соответствовать требованиям к давлению, температуре, толщине и изгибу

Главная распределительная линия может быть снабжена скребками в зависимости от требований клиента и норм. При очистке трубопроводов скребками все изгибы должны соответствовать требованиям предлагаемых инструментов для очистки скребков. Некоторым инструментам для чистки скребков требуются изгибы 5D для легкого прохождения инструмента, поэтому изгибы должны соответствовать радиусу изгиба 5D.

Тройник с зазубриной

Тройники с зазубринами используются на магистральных линиях, прокладываемых через скребок.Указанный тройник с решеткой должен соответствовать требованиям к температуре, давлению и очистке скребками. Тройник с решеткой должен быть установлен на всех ответвлениях от магистрали, чтобы гарантировать, что инструмент для очистки не находится на складе на соединениях ответвлений.

Фланцы

Фланцы — это ключевые соединительные элементы, используемые в газораспределительной сети. Когда фланцы используются в газораспределительной системе, они являются самым слабым звеном, где могут возникнуть утечки газа. Указанный класс фланца должен соответствовать требованиям линии по давлению и температуре.

4.1.12 Глубина заглубления трубопровода

Трубопровод, по которому транспортируется газ, должен быть заглублен на соответствующей глубине в соответствии с проектными нормами и стандартами, такими как раздел 841.1.11 ASME B31.8. Кроме того, местные директивы являются обязательными и заменяют любые требования международных стандартов. Фактическая глубина заглубления трубопровода должна быть определена после критического исследования трассы трубопровода с учетом безопасности трубопровода и других соображений.

4.1.13 Оценка целостности трубопровода

Оценка целостности трубопровода обеспечивает безопасную эксплуатацию трубопровода.На концептуальной стадии проекта должен быть проанализирован предполагаемый метод оценки. Существует несколько методов оценки целостности, таких как ультразвуковой контроль, очистка скребками с помощью интеллектуальных инструментов и т. Д.

Трубопроводы, планируемые для очистки скребками, должны иметь все фитинги и клапаны, удовлетворяющие требованиям очистки скребками

4.1.14 Стоимость строительства газораспределительной сети

Надлежащая стоимость оценка должна быть выполнена при проектировании газораспределительной системы для определения осуществимости проекта.Капитальные затраты (CAPEX) и операционные расходы (OPEX) должны быть проанализированы, чтобы определить, осуществим ли проект. CAPEX — это категория расходов, которая возникает от стадии проектирования проекта до стадии ввода в эксплуатацию, в то время как эксплуатационные расходы покрывают затраты, которые будут понесены при эксплуатации газораспределительной системы.

5 Заключение

Природный газ может транспортироваться в газообразном состоянии (NG или CNG) или в жидком состоянии (LNG). Природный газ может транспортироваться морскими судами / кораблями, специальными трубами / сосудами под давлением, установленными на грузовиках и трубопроводах.

Выбор способа транспортировки газа и состояния транспортировки газа требует критической оценки доступной транспортной инфраструктуры, количества газа, необходимого конечным пользователям, общих капитальных и операционных затрат проекта.

6 Ссылки

ASME B31.8 — 2016: Системы трубопроводов для передачи и распределения газа

ISO 21809-1: Нефтяная и газовая промышленность. Наружные покрытия для подземных или затопленных трубопроводов, используемых в системах трубопроводного транспорта. Часть 1: Полиолефиновые покрытия ( 3-слойный PE и 3-слойный PP).

Западноафриканский газопровод: https://www.wagpco.com/the-project/wapco-pipeline

Axxela Group: https://axxelagroup.com/operations/gaslink-nigeria-limited/

Axxela Group: https://axxelagroup.com/operations/gas-network-services-limited/

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: Распределение природного газа

Сеть трубопроводов природного газа США

Источник: EIA

В Соединенных Штатах имеется обширная система трубопроводов природного газа, по которым можно быстро и экономично распределять природный газ практически в любое место в 48 штатах с низкими ценами.Газ распределяется по магистральным трубопроводам длиной 305 000 миль (см. Карту), а еще 2,2 миллиона миль по распределительным трубам транспортируют газ в пределах зон коммунальных услуг. Система распределения также включает тысячи точек доставки, получения и соединения; сотни складских помещений; и около 50 пунктов экспорта и импорта природного газа.

В дополнение к распределению через разветвленную сеть трубопроводов страны, возобновляемый природный газ (ГСЧ) может подаваться на производственных площадках, таких как свалки или очистные сооружения с возможностью очистки и повышения качества биогаза (газообразный продукт разложения органических веществ. ).Как и обычный природный газ, ГСЧ может быть сжат или сжижен для использования в транспортных средствах.

Распределение сжатого природного газа

Подавляющая часть поставок сжатого природного газа (КПГ) в стране распределяется через установленную систему распределения природного газа.

Большинство заправочных станций природного газа заправляют КПГ, который обычно сжимается на месте. КПГ используется в автомобилях малой, средней и большой грузоподъемности.

Чтобы найти это топливо, см. Расположение заправочных станций КПГ.

Распределение сжиженного природного газа

Сжиженный природный газ, или СПГ, необходимо переохлаждать и хранить в жидкой форме при температуре -260 ° F перед обратным преобразованием в газ. СПГ должен быть в газообразной форме, прежде чем он попадет в внутреннюю трубопроводную систему распределения и в конечном итоге будет доставлен конечному пользователю. СПГ можно использовать в транспортных средствах, хотя автомобили, работающие на СПГ, более распространены.

В то время как большинство заправочных станций природного газа в США заправляют КПГ, доступно ограниченное количество заправочных станций СПГ.Многие пользователи СПГ — это автопарки, которые имеют частную заправочную инфраструктуру для своих транспортных средств; однако в последние годы открылись также многочисленные общественные заправочные станции СПГ. Крупные предприятия по сжижению природного газа обеспечивают СПГ-топливо для транспортировки по всей стране, и СПГ необходимо доставлять на станции грузовиками.

Чтобы найти это топливо, см. Расположение заправочных станций СПГ.

»Распределение природного газа NaturalGas.org

Распределение природного газа

Распределение — это последний шаг в доставке природного газа потребителям.В то время как некоторые крупные промышленные, коммерческие и электроэнергетические потребители получают природный газ напрямую из межгосударственных и внутригосударственных трубопроводов большой мощности (обычно заключаемые через маркетинговые компании природного газа), большинство других пользователей получают природный газ от своей местной газовой компании, также называемой местной распределительной компанией. (LDC). НРС — это регулируемые коммунальные предприятия, занимающиеся поставкой природного газа потребителям в определенной географической зоне. Есть два основных типа газовых компаний: компании, принадлежащие инвесторам, и государственные газовые системы, принадлежащие местным органам власти.

Установка распределительной трубы малого диаметра
Источник: Duke Energy Gas Transmission Canada

Местные распределительные компании обычно транспортируют природный газ из точек доставки, расположенных на межгосударственных и внутригосударственных газопроводах, в домохозяйства и предприятия по распределительным трубам малого диаметра на тысячи миль. Пункт доставки, где природный газ перекачивается из магистрального трубопровода в местное газовое предприятие, часто называют «воротами города», и он является важным рыночным центром для ценообразования на природный газ в крупных городских районах.Как правило, коммунальные предприятия получают природный газ в собственность у городских ворот и поставляют его на счетчик каждого отдельного потребителя. Для этого требуется разветвленная сеть распределительных труб малого диаметра. Управление по безопасности трубопроводов и опасных материалов Министерства транспорта США сообщает, что в США протяженность распределительных трубопроводов составляет чуть более 2 миллионов миль, включая городские магистрали и служебные трубопроводы, которые соединяют каждый метр с магистралью.

Из-за наличия транспортной инфраструктуры, необходимой для транспортировки природного газа множеству разнообразных потребителей на достаточно обширной географической территории, затраты на распределение обычно составляют около половины затрат на природный газ для домашних хозяйств и потребителей небольшого объема.В то время как крупные трубопроводы могут снизить удельные затраты за счет транспортировки больших объемов природного газа, распределительные компании должны доставлять относительно небольшие объемы во многие другие места. По данным Управления энергетической информации (EIA), затраты на передачу и распределение составляли примерно половину ежемесячных счетов за газ в 2009 году типичного потребителя природного газа, а вторую половину составляли затраты на сам природный газ.

Доставка природного газа

Компоненты цен на природный газ для жилых домов
Источник: Управление энергетической информации-2008

Доставка природного газа до точки конечного использования распределительным предприятием во многом схожа с транспортировкой природного газа, описанной в разделе «Транспортировка».Однако распределение включает перемещение меньших объемов газа при гораздо более низком давлении на более короткие расстояния большому количеству индивидуальных пользователей. Труба меньшего диаметра также используется для транспортировки природного газа от городских ворот к отдельным потребителям.

Природный газ периодически сжимается для обеспечения потока в трубопроводе, хотя местные компрессорные станции обычно меньше, чем те, которые используются для транспортировки между штатами. Из-за меньших объемов перемещаемого природного газа, а также из-за того, что используется труба малого диаметра, давление, необходимое для перемещения природного газа по распределительной сети, намного ниже, чем давление в магистральных трубопроводах.В то время как природный газ, проходящий по межгосударственным трубопроводам, может быть сжат до 1500 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм), для природного газа, проходящего через распределительную сеть, требуется всего 3 фунта на квадратный дюйм, а давление составляет всего фунта на квадратный дюйм на счетчике потребителя. Раздаваемый природный газ обычно сбрасывается у городских ворот или рядом с ними, а также очищается и фильтруется (даже если он уже был обработан перед распределением по межгосударственным трубопроводам) для обеспечения низкого содержания влаги и твердых частиц.Кроме того, меркаптан — источник знакомого запаха тухлых яиц в природном газе — добавляется коммунальным предприятием перед распределением. Это добавлено, потому что природный газ не имеет запаха и цвета, а знакомый запах меркаптана значительно упрощает обнаружение утечек.

Распределительная компрессорная станция
Источник: Duke Energy Gas Transmission Canada

Традиционно для строительства распределительных сетей использовались жесткие стальные трубы.Однако новая технология позволяет использовать гибкие пластиковые и гофрированные трубы из нержавеющей стали вместо жестких стальных труб. Эти новые типы труб обеспечивают снижение затрат, гибкость установки и упрощают ремонт как для местных распределительных компаний, так и для потребителей природного газа.

Еще одним нововведением в распределении природного газа является использование электронных систем считывания показаний счетчиков. Природный газ, потребляемый одним клиентом, измеряется местными счетчиками, которые, по сути, отслеживают объем природного газа, потребляемого в этом месте.Традиционно, чтобы правильно выставлять счета клиентам, необходимо было направить персонал для снятия показаний счетчиков для учета этих объемов. Однако новые электронные системы считывания показаний счетчиков способны передавать эту информацию непосредственно коммунальному предприятию. Это приводит к экономии затрат для коммунального предприятия, которые, в свою очередь, передаются потребителям.

Установка системы распределения электроэнергии в жилых домах
Источник: Duke Energy Gas Transmission Canada

Установка газораспределительной трубы требует того же процесса, что и для больших трубопроводов: рытье траншей, в которую укладывается труба.Однако новые методы рытья траншей позволяют устанавливать распределительную трубу с меньшим воздействием на надземное окружение. Системы управляемого бурения используются для выкапывания подземной скважины, в которую может быть вставлена ​​труба, и могут привести к значительной экономии при выемке грунта и восстановлении. Это особенно важно в многолюдных городских условиях и в живописных сельских районах, где установка газораспределительной трубы может стать серьезным неудобством для жителей и владельцев бизнеса.

Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), подобные тем, которые используются крупными трубопроводными компаниями, также используются местными распределительными компаниями. Эти системы могут интегрировать контроль и измерение расхода газа с другими системами бухгалтерского учета, выставления счетов и контрактов, чтобы обеспечить комплексную систему измерения и контроля для местной газовой компании. Это позволяет коммунальному предприятию использовать точную и своевременную информацию о состоянии распределительной сети, чтобы обеспечить эффективное и действенное обслуживание в любое время.

Регулирование распределения природного газа

Традиционно местным газовым компаниям были предоставлены исключительные права на распределение природного газа в определенной географической зоне, а также на выполнение таких услуг, как выставление счетов, проверка безопасности и обеспечение подключения природного газа для новых клиентов. Как и межгосударственные трубопроводы, коммунальные предприятия исторически рассматривались как естественные монополии. Из-за высокой стоимости строительства распределительной инфраструктуры нерентабельно прокладывать несколько избыточных распределительных сетей в одной области, в результате чего только одно коммунальное предприятие предлагает распределительные услуги.Из-за своего положения естественных монополий в данной географической зоне распределительные компании исторически регулировались таким образом, чтобы не допускать злоупотребления монопольной властью и чтобы потребители природного газа не становились жертвами чрезмерно высоких затрат на распределение или неэффективных систем доставки.

Государственные комиссии по коммунальному хозяйству отвечают за надзор и регулирование деятельности местных газовых компаний, находящихся в собственности инвестора. Коммунальные предприятия, принадлежащие местным органам власти, обычно управляются местными правительственными агентствами, чтобы гарантировать, что потребности и предпочтения клиентов удовлетворяются экономически эффективным образом.Государственное регулирование местных распределительных компаний преследует множество целей, включая обеспечение адекватного снабжения, надежного обслуживания и разумных цен для потребителей, а также обеспечение адекватной нормы прибыли для коммунальных предприятий, принадлежащих инвестору. Государственные регулирующие органы также несут ответственность за надзор за строительством новых распределительных сетей, включая утверждение мест установки и предлагаемых дополнений к сети. Нормативные приказы и методы надзора варьируются от штата к штату. Чтобы узнать больше о регулировании распределения природного газа в вашем штате, щелкните здесь, чтобы посетить Национальную ассоциацию уполномоченных по регулированию коммунальных предприятий (NARUC).

Исторически местные распределительные компании предлагали только «пакетные» услуги; то есть они объединили расходы на транспортировку, распределение и сам природный газ в одну цену для потребителей. Однако, начиная с 1990-х годов, программы жилищного «выбора потребителя» стали предлагаться как часть движения к розничному «разделению» продаж природного газа. Многие штаты в настоящее время предлагают программы, в которых клиенты могут выбрать поставщика, у которого будет приобретать природный газ отдельно, и использовать газовое предприятие просто для обслуживания и доставки этого газа.Программы выбора клиентов действуют более чем в 20 штатах и ​​в округе Колумбия. Чтобы узнать больше о статусе государственных программ выбора потребителей, посетите EIA.

Хотя большинство бытовых и небольших коммерческих потребителей по-прежнему склонны покупать «пакетный» природный газ у коммунальных предприятий, все более важная роль маркетологов природного газа, а также инновации, подпитываемые растущей конкуренцией на рынке, приводят к инновационным способам поставка природного газа мелким потребителям, а также новых опций комплексных услуг, таких как системы домашней безопасности.Посетите наш раздел, чтобы узнать больше о маркетинге природного газа на жилищном рынке.

Распределение и безопасность

Местные распределительные компании, такие как крупные межгосударственные и внутригосударственные трубопроводы, поддерживают высочайшие стандарты безопасности, чтобы избежать предотвратимых аварий и своевременно устранять проблемы с распределительной сетью. Многие программы безопасности, поддерживаемые коммунальными предприятиями, очень похожи на программы межгосударственных трубопроводных компаний.Меры безопасности на местном уровне включают:

  • Оборудование для обнаружения утечек — Коммунальные предприятия имеют сложное оборудование для обнаружения утечек, предназначенное для обнаружения утечек природного газа из распределительной сети. Коммунальные предприятия также добавляют одоранты в природный газ, чтобы облегчить обнаружение утечки.
  • Образовательные программы по безопасности — Коммунальные предприятия обычно проводят семинары по безопасности природного газа в школах, общественных центрах и через другие организации, чтобы убедиться, что клиенты хорошо разбираются в процедурах безопасности природного газа и знают, что делать в случае утечки или чрезвычайной ситуации.
  • Дежурные технические специалисты по телефону — Коммунальные предприятия обслуживают целые группы технических специалистов по вызову 24 часа в сутки, семь дней в неделю, чтобы реагировать на проблемы и опасения клиентов.
  • Готовность к чрезвычайным ситуациям — Коммунальные предприятия участвуют в общественных и местных программах готовности к чрезвычайным ситуациям, обучая и готовясь к чрезвычайным ситуациям, таким как стихийные бедствия.
  • Системы единого вызова — Предоставляет клиентам, подрядчикам и экскаваторам единый номер телефона, по которому можно позвонить перед началом земляных работ или строительства, чтобы гарантировать, что трубопроводы и другие подземные сооружения не будут повреждены.В 2008 году был принят национальный телефонный номер «811», позволяющий «позвонить, прежде чем копать», при поддержке коммунальных служб, местных сообществ, аварийно-спасательных служб и государственных чиновников.
Группа реагирования на чрезвычайные ситуации в сообществе — проверка счетчиков газа
Источник: Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям

Это лишь некоторые из мер безопасности, применяемых местными распределительными компаниями.Просвещение потребителей особенно важно для безопасного распределения природного газа, особенно в густонаселенных районах. Обучая пользователей природного газа безопасному использованию природного газа, действиям в чрезвычайной ситуации и обнаружению утечек, распределительные компании гарантируют, что распределение природного газа останется одним из самых безопасных способов передачи энергии. Для получения дополнительной информации о безопасности природного газа в вашем районе обратитесь в свою газовую компанию. Для получения информации о трубопроводах природного газа, в том числе, посетите Управление безопасности трубопроводов Министерства транспорта.

Газопроводные системы и эксплуатация

Читатели требовали редакционных материалов, демонстрирующих основные знания, общие концепции и процессы, а также непрерывное образование в газоперерабатывающей промышленности, и компания Gas Processing & LNG откликнулась. Во второй части этой обучающей серии статей автор исследует основы газопроводных систем и эксплуатации. Следите за новыми статьями «Назад к основам» в следующих выпусках журнала Gas Processing & LNG.

В 4 веке до нашей эры китайский историк Чанг Цюй описал странный «воздух огня», который использовался для освещения комнат и для производства соли путем кипячения рассола. Чанг также сообщил об изобретательной бамбуковой системе, запечатанной битумом, которая использовалась для транспортировки природного газа из трещины в открытой сельской местности в деревни; якобы он описал первый известный трубопровод.

В 1859 году американский бизнесмен Эдвин «полковник» Дрейк пробурил скважину с нефтью и попутным газом недалеко от Титусвилля в Пенсильвании.Газ доставлялся в Титусвилл по 2-дюймовому трубопроводу длиной 9 км, в основном для освещения. Дрейк доказал, что природный газ можно безопасно и легко транспортировать от источника к рынку, проложив путь для развития газовой промышленности.

Сегодня общая протяженность трубопроводов составляет 2,76 млн км в более чем 120 странах мира. Только в 2019 году было завершено строительство трубопроводов общей протяженностью 7830 км, или около одной пятой окружности Земли. Эти цифры красноречиво говорят о важности трубопроводных систем в газовой промышленности.

Эта статья дает представление о составных элементах трубопроводных систем. В нем также излагаются технические вопросы, связанные с сектором транспортировки и распределения природного газа, и то, как обрабатываются сезонные колебания спроса.

Магистральные и распределительные сети. Трубопроводные системы — это сложные инфраструктуры, соединяющие источники энергии с конечными пользователями, которые обычно расположены далеко от точек доставки. Пункты доставки обычно соответствуют узлам учета на производственных объектах, где природный газ передается от производителя к отправителю, или узлам учета на границах стран-импортеров.

Транспортная система содержит передающие сети или магистральные линии вместе с распределительной сетью. Магистральный трубопровод представляет собой трубу высокого давления (40–80 бар изб. Для береговых сооружений, до 200 бар изб. Для некоторых морских применений) и трубы большого диаметра (20–48 дюймов), проходящие на большие расстояния, часто по трансграничным маршрутам. . Он предназначен для обработки больших объемов газа, поступающего из нескольких точек входа (системы сбора, центральные технологические объекты и другие точки приема). Как правило, точки выхода из сети передачи ограничиваются боковыми линиями для подключения к региональным (внутригосударственным) сетям, инфраструктурам хранения и ключевым зонам потребителей.

Распределительные сети предназначены для обслуживания рынков. В целом, эту часть системы можно отнести к категории региональной распределительной системы, работающей при пониженном давлении (20–40 бар изб.) Для подачи газа промышленным потребителям, электростанциям и местным распределительным компаниям. Он получает газ от магистральных трубопроводов или от местных производителей.

Местные распределительные сети получают природный газ из региональных сетей, работающих под давлением 5–15 бар. Это давление дополнительно снижается местными распределительными компаниями, чтобы удовлетворить потребности конечных пользователей.Например, газ поставляется бытовым потребителям под давлением от 20 до 40 мбар.

Природный газ — продукт без цвета и запаха. Чтобы сделать утечки легко обнаруживаемыми и снизить риски токсичности и взрыва, в природный газ в местной системе распределения добавляется ароматизирующий состав. Трет-бутилмеркаптан является наиболее часто используемым одорирующим веществом; 10 мг / см 3 будет достаточно.

Компрессорные станции. Природный газ, протекающий по линиям электропередачи, подвержен потерям давления из-за трения.В результате расширение газа снижает пропускную способность трубопровода в ущерб транспортной экономике. Компрессорные станции должны быть установлены вдоль магистрального трубопровода, чтобы ограничить скачок плотности газа. Как показывает практика, максимально допустимый перепад давления между двумя последовательными компрессорными станциями составляет примерно 25–30% от давления нагнетания на вышестоящих станциях.

Большая компрессорная станция может включать до 12 компрессоров (центробежных или поршневых). Эти компрессоры обычно приводятся в действие газовой турбиной с потребляемой мощностью до 60 МВт.Счет за электроэнергию для транспортировки природного газа является важным элементом финансовой отчетности транспортной компании.

Общая конфигурация системы трубопроводов показана на Рис. 1 . Некоторые крупные пользователи получают питание напрямую от магистральной линии, чтобы они могли справляться с переходными процессами нагрузки. В самом деле, низкое давление в распределительной сети не обеспечило бы большой емкости хранилища, на которую можно было бы положиться в переходных условиях.

Рис.1. Общее устройство трубопроводной системы.

Трубопроводные системы для транспортировки природного газа изготовлены из углеродистой стали, имеющей высокий предел текучести и предел прочности. Класс API 5L X65 и выше является наиболее популярным материалом из углеродистой стали, используемой для трубопроводов высокого давления. Для морских применений в основном используется класс L450 по API 5L. Распределительные системы были построены из множества различных материалов, включая чугун, сталь, медь и пластмассовые трубы.Пластиковые трубы сегодня широко используются в газораспределительных системах.

Диспетчерские центры. Пункты входа, доставки и выхода (включая входящие / исходящие потоки систем хранения), компрессорные станции и работы по техническому обслуживанию должны тщательно координироваться, контролироваться и контролироваться, чтобы гарантировать безопасную и эффективную работу и сбалансировать фактический спрос. Значительные колебания спроса наблюдаются в течение дня и недель, а также по сезонам.

Эта деятельность осуществляется через диспетчерские центры, в основе которых лежат телеметрические сети, системы удаленной передачи данных и централизованные системы мониторинга, наблюдения и контроля сбора данных.Сердцем диспетчерского центра является сложная программная система диспетчерского управления и сбора данных, или SCADA. Система SCADA способна обрабатывать сотни тысяч данных, поступающих из множества измерений в режиме реального времени.

Основы проектирования трубопроводов. Новый рынок природного газа формируется из-за ограниченной клиентской базы. Трубопровод должен быть спроектирован с учетом динамики обслуживаемых рынков. Это потребует оптимального сочетания диаметров трубопроводов, станций сжатия и расстояний до них в зависимости от желаемой гибкости и расширяемости.

Для данного диаметра и длины трубопровода транспортные расходы снижаются с увеличением пропускной способности, поскольку отношение капитальных затрат к пропускной способности уменьшается быстрее, чем возрастают затраты на сжатие, как показано на рис. 2. По мере того, как пропускная способность продолжает расти, наклон кривой уменьшается. из-за более чем пропорционального увеличения стоимости сжатия, которое становится преобладающим справа от оптимальной точки.

Трубы разного диаметра имеют разные профили стоимости; поэтому транспортные операторы должны выбрать оптимальную конфигурацию трубопроводов в соответствии с прогнозируемым развитием рынка.

Рис. 2 также показывает, что трубопроводы могут принести значительную экономию на масштабе: оптимальная точка уменьшается с увеличением диаметра трубы. По этой причине общепринято строить трубопроводную систему с большим диаметром трубы, чем требовалось изначально, но с ограничением мощности компрессора текущими потребностями. Новые компрессоры могут быть добавлены позже, когда возрастет потребность в транспортных мощностях.

Рис.2. Инвестиционная стоимость по сравнению с пропускной способностью трубопровода.

Когда рынок выходит за пределы оптимальной мощности, транспортные операторы сначала пытаются удовлетворить дополнительный спрос, увеличивая давление подачи существующего компрессора, прежде чем вкладывать средства в расширение. Однако этот подход допускает ограниченное «пространство для маневра», поскольку поток увеличивается только пропорционально квадратному корню из перепада давления вдоль линии, в то время как потребление энергии компрессорами увеличивается более чем пропорционально.После извлечения максимальной дополнительной мощности из существующей конфигурации трубопроводов, новый рыночный спрос может быть удовлетворен путем чередования кольцевания существующей линии с добавлением новых компрессорных станций.

Зацикливание — это когда один трубопровод проложен параллельно между двумя компрессорными станциями, образуя две линии из одной, как показано на Рис. 3 . Для заданной производительности перепад давления между двумя последовательными станциями замкнутой системы составляет одну четверть по сравнению с одиночной линией.Компрессионная станция справа от кольцевой секции может поднять давление до значения, соответствующего увеличенной производительности, при сохранении желаемого давления в точке выхода. Петлевой подход позволяет увеличить пропускную способность трубопроводной системы.

Рис. 3. Обводка трубопровода.

Расстояние между двумя компрессорными станциями составляет от 100 км до 200 км. Петлевые трубы могут увеличивать расстояние между компрессорными станциями.Иногда замораживание используется для создания емкости для хранения, где природный газ может быть упакован в трубопровод, чтобы увеличить поставки местным потребителям в периоды пиковой нагрузки. Помимо регулирования давления нагнетания и создания петель, еще одним вариантом увеличения пропускной способности трубопровода является установка нового компрессорного оборудования.

Подводные трубопроводы. При морской разведке и добыче газа подводные трубопроводы используются для соединения платформ с материком. Эти трубопроводы обычно изготавливаются из композитных материалов.Сердечник представляет собой трубу из углеродистой стали, рассчитанную на высокое давление. В зависимости от конфигурации системы трубопроводов внутренняя поверхность этих труб может быть покрыта покрытием, обычно материалом на основе эпоксидной смолы, для уменьшения трения. Снаружи металлическая часть трубы окутана многослойным полиэтиленовым покрытием для защиты от коррозии. В конечном итоге навес из бетонного материала обеспечит фундаментальную устойчивость и защиту от внешних воздействий.

Коммерческие трубы соединяются горизонтально на палубе судна и скользят по дну в традиционной S-образной форме.Затем их переставляют горизонтально на морском дне. Наклонный участок трубы между морским дном и трубоукладочным судном должен быть достаточно длинным, чтобы избежать изгибающего напряжения сборки.

Альтернативой S-образной формации является J-образная прокладка. Он заключается в соединении двух последовательных отрезков трубы вертикально на судне-укладчике. Затем трубу вертикально опускают на морское дно. Техника «J» позволяет достигать больших глубин.

Примечание: На небольших расстояниях компрессорной станции на производственной платформе достаточно для доставки газа на береговую компрессорную станцию.На большие расстояния компрессорное оборудование необходимо устанавливать на стояках, что требует значительного увеличения затрат.

В качестве альтернативы, транспортировка природного газа на большие расстояния без промежуточных компрессорных станций может осуществляться за счет повышения давления в трубопроводе. Трубопровод Nord Stream пересекает Балтийское море от Выборга, Россия, до Грайфсвальда, Германия, протяженностью 1224 км без промежуточных стояков. В условиях эксплуатации трубопровода температура газа падает внутри оболочки образования гидратов и пробок «сырого газа».”

Образование пробок / гидрата может нанести ущерб целостности трубопроводной системы; поэтому перед подачей природного газа в трубопровод его необходимо обработать так, чтобы в трубопроводе не могли образоваться куски жидкости или гидраты. На рис. 4 показаны специальные газоперерабатывающие агрегаты, предназначенные для подводной транспортировки газа без промежуточной рекомпрессии.

Рис. 4. Газоперерабатывающий завод для международной транспортировки газа.Фото любезно предоставлено Siirtec Nigi SpA.

Хабы для природного газа. Хабы — важные инструменты для развития товарного рынка. Это места, физические или виртуальные, где можно свободно торговать природным газом и поставлять его через рыночный механизм, требующий разнообразных источников поставки газа (включая внутреннюю добычу, импорт трубопроводов и отгрузку СПГ за границу), хранилищ и сильной потребительской базы среди конкурирующих компаний. покупательский интерес.

В идеале, лучшие физические места для размещения концентратора — это точки схождения различных систем трубопроводов. Объединив эти системы, можно перемещать природный газ из районов поставки и экспортировать на основные рынки потребления. На открытых рынках регулирование играет ключевую роль в разрешении отечественным и иностранным участникам торговли и свободного доступа к трубопроводам и хранилищам.

Хенри Хаб — один из самых известных хабов. Расположенный в Эрате, штат Луизиана, Henry Hub соединяет девять межгосударственных и четыре внутриштатных трубопроводных системы, а также имеет возможность подключения к газовым хранилищам.

Управление сезонностью. Среди ископаемых видов топлива природный газ отличается заметными сезонными колебаниями спроса. Почасовые, еженедельные, ежемесячные и сезонные колебания потребления являются результатом сочетания отраслевых видов использования. Промышленность, электроэнергетика, сельское хозяйство, транспорт и жилищный сектор используют природный газ для своей работы. Тем не менее, каждый сектор имеет разнообразный профиль потребления.

Рис. 5 показывает профили спроса для различных секторов в Италии, стране с умеренным климатом на юге Европы.Как можно видеть, промышленный сектор имеет почти плоский профиль, который имеет тенденцию сглаживать общий цикл наряду с производством электроэнергии. Однако ежедневные колебания выработки электроэнергии увеличиваются вследствие роста использования возобновляемых источников энергии. Предложение возобновляемой энергии подвержено резким и непредсказуемым колебаниям, в результате чего газовые турбины для выработки электроэнергии должны питаться природным газом, чтобы заполнить разрыв между спросом и предложением.

Рис.5. Структура спроса на газ по секторам в Италии.

В жилом секторе месячные пики спроса в три раза превышают минимальные. Рис. 5 показывает, что спрос значительно увеличивается с ноября по апрель и падает с конца апреля по октябрь. В целом тенденция спроса на природный газ представляет собой последовательность пиков и спадов со значительной амплитудой колебаний.

Предложение же, напротив, почти ровное.Это по техническим и экономическим причинам. В резервуарах газ должен диффундировать через пористость субстрата; поэтому значительные колебания в добыче газа могут нарушить добычу. Не имеет экономического смысла проектировать трубопровод для максимальной мощности, рассчитанный всего на несколько месяцев в году; поэтому для профиля подачи можно сделать только ограниченный допуск, как показано синей линией на рис. 5 .

Несбалансированность спроса и предложения может быть устранена с помощью складских помещений в подземных геологических формациях.Эти буферы можно разделить на три типа:

  • Объекты подземного хранения газа (ПХГ), включая истощенные резервуары, водоносные горизонты и соляные полости
  • Емкости для хранения СПГ
  • Линейные пакеты.

Более 80% ПХГ — это истощенные резервуары, которые относительно легко преобразовать в хранилища. Водоносный горизонт подходит для хранения природного газа, если водоносная осадочная порода перекрыта непроницаемой покрывающей породой.Это требование ограничивает использование водоносных горизонтов в качестве хранилищ газа.

Право собственности на буферы принадлежит транспортным компаниям, поскольку нормативные акты обычно не предусматривают выделение хранилищ из других активов в цепочке поставок природного газа. Как правило, эти объекты расположены рядом с потребительскими районами.

Природный газ, хранящийся под давлением примерно 150 бар изб. В ПХГ, включает рабочий газ и буферный газ, как показано в Рис. 6 . Первый — это газ, который можно добывать из хранилищ для удовлетворения спроса.Рабочий газ составляет около 50% от общего количества (или 70% в случае соляных пещер). Амортизирующий газ обеспечивает тягу, необходимую в фазе подачи. Этот газ невозможно извлечь из хранилища без нарушения работы объекта.

Рис. 6. Иллюстрация подземного хранилища газа.

Зимой, когда спрос на природный газ резко возрастает, объем, необходимый для компенсации дополнительного потребления, обеспечивается рабочим газом.С весны до осени поступающий из магистральных трубопроводов газ сжимается и закачивается в хранилище. Таким образом обеспечивается баланс спроса и предложения.

Соляные пещеры вырезаны из геологических образований в результате процесса выщелачивания, который может длиться до 4 лет. Среди ПХГ соляные пещеры — самые дорогие сооружения; тем не менее, их способность к быстрой смене циклов (оборачиваемость запасов) в сочетании с реагированием на ежедневные (и даже ежечасные) изменения потребностей клиентов снижает годовые затраты на 1 000 м 3 запасов газа, закачиваемых и забираемых.Возможность оборота запасов делает соляные каверны подходящим инструментом для снятия пиков, что оправдывает их высокие инвестиционные затраты.

Это описание относится к обычному использованию UGS. Однако площадки ПХГ могут также использоваться в качестве стратегических резервов для решения непредсказуемых событий, таких как не по сезону холодные зимы или перебои в потоках из-за непредвиденных происшествий, саботажа или геополитических споров. Эта функция ПХГ имеет первостепенное значение для тех стран / государств, где импорт природного газа составляет постоянную долю потребления газа.Как правило, этот рабочий газ нельзя добывать без разрешения правительства.

ПХГ также используются в спекулятивных целях. Если инвесторы ожидают повышения цен в будущем, они могут купить желаемый объем природного газа на рынке, хранить его в ПХГ и перепродать, когда цена вырастет до или выше ожидаемой стоимости. Разница между продажной ценой и суммой покупной цены и стоимости хранения должна составлять безубыточность или прибыль.

В конце концов, ПХГ из истощенных резервуаров предоставляет поставщикам ограниченное пространство для маневра, чтобы справиться с временными потрясениями спроса.Тем не менее, система распределения должна быть способна удовлетворять краткосрочный пиковый спрос и колеблющийся спрос, которые могут происходить ежедневно или даже ежечасно. В этих случаях другие источники, используемые для пополнения запасов, — это линейная насадка и хранилище СПГ.

Метод линейной упаковки использует физический объем газа, содержащийся в трубопроводах. При давлении 80–100 бар в магистральном трубопроводе диаметром 40 дюймов и длиной 1000 км находится примерно 60 млн. М 3 –100 млн. М 3 . Вариации рабочего давления в трубопроводе на несколько бар обеспечивают модуляцию — ограниченную несколькими десятками ммм 3 — и гибкость подачи.Эту гибкость можно использовать для удовлетворения мгновенных колебаний спроса.

В отличие от систем распределения других сырьевых товаров, роль, которую играет сектор добычи и переработки природного газа, выходит далеко за рамки взаимосвязи спроса и предложения. Системы газопроводов позволяют повсеместно использовать природный газ в основных секторах современной экономики и могут быстро реагировать на неблагоприятные события, тем самым обеспечивая непрерывность поставок.

Капиллярная диффузия магистральных трубопроводов и распределительных сетей, их взаимосвязь через узлы, своевременная координация точек входа, большое количество точек доставки и безопасность, предлагаемая ПХГ, делают поставки природного газа на конечные рынки безопасными и надежными. GP

Лоренцо Микуччи — старший директор Siirtec Nigi SpA. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в машиностроительной и подрядной отраслях, большая часть из которых была потрачена в секторе природного газа. В 2001 году он присоединился к Siirtec Nigi в Милане, где руководил отделом технологического проектирования и эксплуатации, а также отделом исследований и разработок. За время работы в качестве руководителя отдела исследований и разработок Siirtec Nigi было выдано три патента, два из которых были реализованы в промышленных масштабах.В настоящее время он является старшим директором департаментов технологий и маркетинга. Г-н Микуччи также работал в Saipem (Снампроджетти) в качестве проектировщика заводов с комбинированным циклом комплексной газификации и GTL. Он имеет степень магистра химического машиностроения в Болонском университете в Италии и внесен в Реестр Миланского ордена инженеров в качестве квалифицированного инженера.

онлайн-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курса.»

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации. «

Стивен Дедак, П.Е.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным.Я многому научился и их было

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова. Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по вашей роте

имя другим на работе.»

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком.

с деталями Канзас

Авария City Hyatt «

Майкл Морган, P.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель.Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Нашел класс

информативно и полезно

на моей работе «

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. You

— лучшее, что я нашел ».

Рассел Смит, П.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал. «

Jesus Sierra, P.E.

Калифорния

«Спасибо, что позволили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле,

человек узнает больше

от сбоев.»

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения. «

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т.е. позволяете

студент, оставивший отзыв по курсу

материала до оплаты и

получает викторину.»

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «

Mehdi Rahimi, P.E.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курса.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

обсуждаемых тем »

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к» реальному миру «и имеют отношение к моей практике, и

не на основании какой-то неясной секции

законов, которые не применяются

по «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

организация. «

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с большим упором на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

а онлайн-формат был очень

доступный и удобный для

использовать. Большое спасибо. «

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Joseph Frissora, P.E.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает напечатанная викторина во время

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

Предоставлено фактических случая «

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.Модель

Тест потребовал исследований в

документ но ответы были

в наличии. «

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Я эффективно использовал свое время. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, П.Е.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курса со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курса. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены путешествовать. «

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от. «

Кристен Фаррелл, П.Е.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теории. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

по ваш промо-адрес электронной почты который

пониженная цена

на 40%. «

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

регламентов. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

Сертификация . «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценены! «

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предоставляет удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким и

хорошо организовано. «

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна. «

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на номер

.

обзор где угодно и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Поддерживаю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, никакой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное. «

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили этот курс

поможет по телефону

работ.»

Рики Хефлин, П.Е.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, П.Е.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличный освежитель ».

Luan Mane, P.E.

Conneticut

«Мне нравится, как зарегистрироваться и читать материалы в автономном режиме, а затем

вернуться, чтобы пройти викторину «

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использовать в реальных жизненных ситуациях »

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы позволить мне

успешно завершено

курс.»

Ира Бродский, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайтом легко пользоваться, вы можете скачать материал для изучения, а потом вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобный а на моем

собственный график. «

Майкл Глэдд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат

. Спасибо за изготовление

процесс простой. »

Fred Schaejbe, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

часовой PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилось загружать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея для оплаты

материал

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об EE для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, требующий

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в онлайн-викторине и получение сразу

Свидетельство

. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

многие различные технические зоны за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Газопроводов — Управление энергетической информации США (EIA)

Сеть газопроводов США представляет собой высоко интегрированную сеть, по которой природный газ транспортируется по всей континентальной части Соединенных Штатов. Сеть трубопроводов насчитывает около 3 миллионов миль магистральных и других трубопроводов, которые соединяют районы добычи и хранилища природного газа с потребителями. В 2019 году по этой газотранспортной сети было доставлено около 28.3 триллиона кубических футов (трлн фут3) природного газа примерно 76,9 миллионам потребителей.

Что составляет эту транспортную сеть?

  • Системы сбора, в основном состоящие из трубопроводов малого диаметра и низкого давления, перемещают неочищенный природный газ от устья скважины на завод по переработке природного газа или к соединению с более крупным магистральным трубопроводом.
  • Установки по переработке природного газа отделяют жидкие углеводородные газы, неуглеводородные газы и воду от природного газа перед подачей природного газа в магистральную транспортную систему.
  • Межгосударственные газопроводы большого диаметра и высокого давления, пересекающие государственные границы, и внутригосударственные газопроводы, работающие в пределах государственных границ, транспортируют природный газ от мест добычи и переработки к хранилищам и распределительным центрам. Компрессорные станции (или насосные станции) в трубопроводной сети обеспечивают движение природного газа по трубопроводной системе.
  • Местные распределительные компании поставляют природный газ потребителям по трубопроводам малого диаметра с низким давлением.

Нажмите для увеличения

Газопроводы природного газа

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Как эта передающая и распределительная сеть стала такой большой?

Около половины существующей магистральной сети передачи природного газа и большая часть местной распределительной сети были проложены в 1950-х и 1960-х годах, поскольку потребительский спрос на природный газ после Второй мировой войны увеличился более чем вдвое.Распределительная сеть продолжала расширяться, обеспечивая газоснабжение новых коммерческих объектов и жилых домов.

В период с 2003 по 2008 год цены на природный газ существенно выросли. Повышение цен дало производителям природного газа стимул к расширению разработки существующих месторождений и началу разведки ранее неосвоенных месторождений природного газа. Достижения в области бурения и добычи привели к увеличению добычи из сланца и других плотных геологических формаций.Это увеличение производства способствовало общему снижению цен на природный газ с 2009 года, что, в свою очередь, способствовало увеличению спроса на природный газ для производства электроэнергии и в промышленности. Следовательно, были построены новые магистральные трубопроводы и строятся другие, чтобы связать расширенные и новые источники производства с большим количеством потребителей по всей стране, особенно на северо-востоке.

Последнее обновление: 3 декабря 2020 г.

Обзор модели газораспределения

Система газораспределения состоит из подключенных устройств, которые транспортируют природный газ от источника, такого как регулятор или городская пограничная станция, к потребителю.Основными компонентами газовой системы являются трубы (магистральные и вспомогательные), устройства, которые контролируют и регулируют поток в этих трубах, фитинги, соединяющие трубы, и измерительное оборудование, которое измеряет поток газа в трубах.

Магистрали — это трубы, по которым газ подается от источника, такого как регулятор или городская пограничная станция, к точке, прилегающей к помещению потребителя. По трубопроводам газ транспортируется от магистралей к точкам учета. На городской пограничной станции (также называемой городскими воротами) передача газа преобразуется в систему распределения.С этими функциями могут быть связаны регуляторы, регулирующие счетчики, устройства избыточного давления и одоранты. Станции регулирования определяют расположение одного или нескольких регуляторов давления.

Несколько типов устройств регулируют поток газа через набор труб, а также давление, при котором газ подается. Регулятор — это механическое устройство, используемое для контролируемого снижения давления в газораспределительной системе. В этот тип функции включены контрольные и резервные регуляторы. Клапан работает в трубе, чтобы позволить потоку только в одном направлении или регулировать поток с помощью плоского, крышки, заглушки или другого механизма, чтобы открыть или заблокировать трубу.Клапаны, обозначенные как ключевые, имеют решающее значение для моделирования и анализа. Устройства управления потоком включают любой фитинг, который не является регулятором или клапаном, который может управлять потоком газа и приводится в действие машиной.

Стальные трубы, находящиеся в коррозионных почвах, подвержены коррозии. Покрытия из эпоксидной смолы, полиэтилена или других материалов являются обычными методами предотвращения коррозии. Катодная защита — это еще один метод защиты подземных металлических конструкций, таких как стальные трубы, фитинги и клапаны, от коррозии.

Металлические конструкции изнашиваются, поскольку паразитный электрический ток, обычно присутствующий в земле, течет из относительно анодной конструкции в относительно катодную почву. Путем наведения небольшого электрического тока на металлические конструкции, чтобы сделать их катодными, паразитный ток течет от почвы к конструкции и, как следствие, конструкция защищается.

Защищенные части распределительной системы должны быть электрически отделены от незащищенных частей. Это часто достигается с помощью изолированной арматуры, такой как изолированные фланцы или изолированные компрессионные муфты.

Компоненты газораспределительной системы сгруппированы в три общие логические категории:

Эти категории содержат классы пространственных объектов, которые имеют общие свойства и / или поведение. Например, устройства могут быть сгруппированы вместе, поскольку они обнаруживают и / или контролируют поток газа по трубам. Некоторые устройства измеряют расход (например, счетчики), а некоторые регулируют поток газа (например, регуляторы). После создания базовой группировки объектов вы можете определить более конкретные сходства между объектами.Во время этого процесса группирования вы можете определять новые классы (называемые подклассами) и объединять некоторые классы (подтипы). Конечным результатом является набор корневых абстрактных классов, промежуточных абстрактных классов, конечных классов и отношений.

Когда вы начинаете определять свойства каждого конечного класса, появляются общие свойства. Например, у счетчиков и регуляторов есть производители и номера моделей. Вместо того, чтобы дублировать каждое свойство в обоих объектах, вы создаете класс более высокого порядка (Gas Device), который является абстрактным классом, чтобы содержать эти свойства.Этот класс содержит свойства, общие для всех объектов, являющихся его подклассами, и никогда не будет отдельным объектом. Этот процесс обобщения свойств приводит к набору промежуточных классов, которые представляют или моделируют систему газоснабжения.

Модели данных, включая физические и логические модели газораспределения, можно загрузить с веб-сайта Schneider Electric-GIS. Они предоставляются в формате Visio.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.