Типы газораспределительных механизмов: типы, устройство и принцип работы

Типы ГРМ: плюсы и минусы

Авторемонт

Gofcar Send an email 14.10.2015

0 3 274 4 минут

В нашей сегодняшней статье речь пойдет о том, какие бывают типы ГРМ. Такие основы полезно знать каждому автовладельцу, потому что они прилично помогают при самостоятельном ремонте автомобиля.В нашей сегодняшней статье речь пойдет о том, какие бывают типы ГРМ. Такие основы полезно знать каждому автовладельцу, потому что они прилично помогают при самостоятельном ремонте автомобиля.

Содержание:

1. Типы привода ГРМ
2. Что такое распредвал
3. Типы ГРМ
   
   • Газораспределительный механизм SOHC
   • Система газораспределения DOHC
   • Система газораспределения OHV
4. Заключение

В каждом газораспределительном механизме имеется привод от коленчатого вала. Он может быть изготовлен либо в виде ремня, либо в виде шестерни от коленвала, либо в виде цепи.

Каждый привод имеет свои недостатки и преимущества.

Типы привода ГРМ

Существует три основных типа приводов, есть и другие, но они не используются на серийных автомобилях:

• Ремень обладает меньшей шумностью при работе, однако, его обрыв часто приводит к повреждению клапанов. Недостаточный натяг приводит к перескакиванию и смещению фаз, соответственно, к трудному запуску, нестабильному холостому ходу, неполной мощности двигатель и т.д.
• Цепь тоже имеет такой «грешок», однако, у нее есть натяжитель, который прикладывает значительно большее усилие, нежели на ремень. Такой привод ГРМ отличается надежностью, но он довольно шумный, поэтому автопроизводители стараются все реже его использовать.
• Привод газораспределительного механизма шестерней от коленвала применяли довольно давно, в нижневальных двигателях, то есть, когда распредвал находился прямо в блоке цилиндров, а не в головке, об этом мы поговорим в следующем подразделе.

Что такое распредвал?

Этот вал нужен для того, чтобы в определенный момент клапана открывали, после чего в цилиндр поступала рабочая смесь, выходили выхлопные газы. Это делается благодаря эксцентрикам, которые имеются на валу. Он жестко связан с коленчатым валом, поэтому, например, впускной клапан открывается только перед началом такта впуска, когда цилиндр находится в нижней мертвой точке.

Распределительный вал может находиться в головке блока, такие двигатели называются верхенвальные, неважно, сколько валов здесь установлено. Так же он может быть в блоке цилиндров, как упоминалось выше. Это называется нижневальный двигатель. В таком случае привод на клапан передается через штанги, которые проходят через весь двигатель в головку блока. Основным минусом такого механизма является медлительность и большая инерционность. Нижневальные двигатели довольно тяжело крутятся, у них высокий расход масла, в отличие от верхневальных, где практически нет недостатков.

Типы ГРМ

Сразу надо уточнить, что выше мы рассматривали типы привода газораспределительного механизма, а не сами механизмы. Так вот, сейчас посмотрим, например на отличие DOHC от SOHC. Итак, начнем.

Газораспределительный механизм SOHC

Данное название получено не случайно. Изначально такой тип назывался просто OHC. Это значит Overhead Camshaft, что переводится как «верхний распределительный вал». Позже он был переименован в SOHC, после того, как был спроектирован первый двигатель с DOHC, о нем поговорим позже. А если вы хотите начать в казино Х через зеркало (о доступных ссылках мы поговорим позднее), следует обратить внимание на внешний вид. Если ищете проверенную ссылку на зеркало это известного заведения, то вот зеркало Казино Х Когда основной сайт попадает под блокировки, то не теряйтесь, просто переходите по ссылочке и выше и продолжайте свои любимые игры и получайте выигрыши. Также посетители могут обратиться по электронной почте в саппорт казино, чтобы получить ссылку на активное зеркало.

На видео Показан принцип работы SOHC:

Так вот, такой двигатель отличается установкой одного распределительного вала в головке блока цилиндров. Система газораспределения SOHC, вопреки общим убеждениям, может комплектоваться как двумя, так и четырьмя клапанами на цилиндр.

Посмотрим, какие здесь положительные моменты, а какие отрицательные, их не так много:

• Относительная тишина работы. В отличие от DOHC, здесь всего 1 вал, а значит двигатель работает тише, хоть и совсем ненамного.
• Относительная простота. Тот же двигатель DOHC имеет 2 вала, что усложняет конструкцию.
• Один минус, пожалуй, условный. Если двигатель оснащается двумя клапанами на цилиндр, то последние хуже вентилируются, что приводит к падению мощности.
• А вот еще один минус, который точно есть во всех двигателях такого типа. Он заключается в том, что у двигателя с 4-мя клапанами на цилиндр все они приводятся в движение одним распредвалом. Это делает делать более хрупкой и подверженной нагрузкам. Кроме того, снижается угол фазы, что способствует худшему наполнению и вентиляции цилиндров.

Система газораспределения DOHC

Такой механизм выглядит почти так, как и вышерассмотренный, однако, отличается от него наличием второго распределительного вала. Таким образом, один вал приводит в движение только впускные клапана, а второй – только выпускные. У такой системы тоже есть свои недостатки и преимущества, не будем останавливаться на них более подробно. Такая система была изобретена в 80-х годах прошлого столетия и за это время практически не изменилась. Так вот, наличие второго распредвала значительно удорожает, а так же усложняет конструкцию.

На видео показано, как работает ГРМ DOHC:

С другой стороны, газораспределительный механизм DOHC отличается меньшим расходом топлива, поскольку цилиндры лучше наполняются, а затем из них выходят практически все картерные газы. Таким образом, КПД силового агрегата вышел на новый уровень с появлением DOHC.

Система газораспределения OHV

Такой механизм газораспределения был спроектирован еще в 20-х годах прошлого века. В самом начале статьи мы уже немного его затронули. Здесь распредвал в блоке цилиндров, а клапана приводятся я в движение через коромысла и рокера (коромысла). Основным преимуществом данной системы перед верхневальными является отсутствие нагромождений в головке, таких как распредвал и его постели. Особенно это актуально для V-образных двигателей, поскольку значительно уменьшается их ширина. Минусы уже были оговорены – ограниченные обороты, высокая инерционность, низкий крутящий момент и мощность. Кроме того, такая система практически исключает использование 4-х клапанов в одном цилиндре, кроме как в очень дорогих решениях. Конечно, в болидах Nascar это реализовано, но никак не в серийном автомобиле.

Работа двигателя OHV показана на видео:

Заключение

Стоит помнить, что это далеко не все типы газораспределительных механизмов. Например, в двигателях, обороты которых превышают 9000 оборотов в минуту практически невозможно использование пружин под тарелками клапанов, поскольку они должны быть очень жесткими, а это потери. Так вот, в таких двигателях один распределительный вал открывает клапан, а второй его закрывает. Такая система позволяет работать без «зависаний клапанов» на оборотах, превышающих 14000 оборотов коленчатого вала в минуту. В основном, сфера применения такой технологии ограничена мотоциклами, мощность которых переваливает за 120 лошадиных сил.

Похожие

Основные типы механизмов газораспределения

Основные типы механизмов газораспределения

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов. На поршневых четырехтактных карбюраторных двигателях впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляются клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке цилиндров (у двигателей ГАЗ-52-04, ЗИЛ-157КД), а при верхнем — в головке цилиндров (у двигателей автомобилей ЗИЛ-130, КамАЭ-5320, ГАЗ-24-10 «Волга», ВАЗ-2108 «Спутник» и др. ).

При нижнем расположении клапанов (в блоке цилиндров) усилие от кулачка (рис. 3.1, а) распределительного вала передается толкателю, а затем через регулировочный болт с контргайкой клапану, головка которого отходит от седла.

При работе газораспределительного механизма стержень клапана движется возвратно-поступательно в направляющей втулке. На нижнем конце втулки свободно устанавливается пружина, верхний торец которой упирается в блок, а нижний — в тарелку, закрепленную на конце стержня клапана сухариками. Закрытие клапана происходит под действием пружины по мере того, как выступ кулачка выходит из-под толкателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается наполнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значительно уменьшаются потери тепла с охлаждающей жидкостью.

В рядных двигателях при верхнем расположении клапанов (рис. 3.1, б) усилие от кулачка распределительного вала передается толкателю, а от него — штанге. Штанга через регулировочный винт воздействует на короткое плечо коромысла, которое, поворачиваясь на оси, нажимает своим носком на стержень клапана. При этом пружина сжимается, а клапан перемещается вниз, отходит от седла, обеспечивая в зависимости от назначения клапана впуск горючей смеси или выпуск отработавших газов. После того как выступ кулачка выйдет из-под толкателя, клапанный механизм возвращается в исходное положение под действием пружины. При работе клапанного механизма положение направляющей втулки, запрессованной в головку цилиндров фиксируется стопорным кольцом, а регулировочного винта — контргайкой. Верхний конец стержня клапана закреплен сухариками, установленными в тарелке при помощи втулки.

Рис. 3.1. Схемы газораспределительных механизмов с различным расположением клапанов:
а — нижним; б — верхним

Распределительные валы при верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, -4331, КамАЭ-5320) или на головке блока— верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей семейств ВАЗ и «Москвич»).

При верхнем расположении распределительного вала (рис. 3.2) отсутствуют толкатели и штанги, вследствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного механизма, что дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.

В двигателях автомобилей ВАЗ (с приводом на задние колеса) (рис. 3.2, а) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры). Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим — на сферическую головку болта и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины.

Рис. 3.2. Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей:
а — ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»; б — «Москвич-2140»; в — ВАЗ-2108 «Спутник», BA3-2109

В двигателях автомобилей семейства «Москвич» (рис.

3.2, б) клапаны расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами от кулачков распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт с контргайкой, который связан со сферическим наконечником.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109, верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе (рис. 3.2, в), расположенном на головке цилиндров, в которую запрессованы чугунные седла и направляющие втулки клапанов. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоот-ражательными колпачками.

Рис. 3.3. Газораспределительный механизм V-образного двигателя

Клапаны приводятся в действие непосредственно кулачками через цилиндрические толкатели без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы для регулировки зазора h в клапанном механизме.

Системы и операции газопроводов

Читатели запросили редакционный контент, демонстрирующий основные знания, общие концепции и процессы, а также непрерывное образование в области газоперерабатывающей промышленности, и Газопереработка и СПГ откликнулись.

Во второй из этой учебной серии статей автор исследует основы газопроводных систем и операций. Следите за новыми статьями «Назад к основам» в следующих выпусках журнала «Обработка газа и СПГ».

 

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

В 1859 году американский бизнесмен Эдвин «Полковник» Дрейк пробурил скважину на нефть и попутный газ недалеко от Титусвилля в Пенсильвании. Газ подавался 2-дюймовым, 9Трубопровод длиной в километр до Титусвилля, в основном для освещения. Дрейк доказал, что природный газ можно безопасно и легко транспортировать от источника к рынку, проложив путь к развитию газовой промышленности.

На сегодняшний день общая протяженность трубопроводов составляет 2,76 млн км в более чем 120 странах мира. Только в 2019 году было завершено строительство трубопроводов общей протяженностью 7 830 км, или около одной пятой окружности Земли. Эти цифры красноречиво говорят о важности трубопроводных систем в газовой промышленности.

В этой статье содержится информация о составных элементах трубопроводных систем. В нем также излагаются технические вопросы, связанные с сектором транспортировки и распределения природного газа, и то, как регулируются сезонные колебания спроса.

Магистральные и распределительные сети. Трубопроводные системы представляют собой сложную инфраструктуру, соединяющую источники энергии с конечными потребителями, которые обычно расположены далеко от точек доставки. Пункты поставки 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, а также распределительную сеть. Магистральный трубопровод представляет собой трубу высокого давления (40–80 бар изб. для наземных и до 200 бар изб. для некоторых морских применений) большого диаметра (20–48 дюймов), проложенную на большом расстоянии, часто по трансграничным маршрутам. . Он предназначен для обработки больших объемов газа, поступающего из нескольких точек входа (системы сбора, центральные очистные сооружения и другие точки приема). Как правило, точки выхода из сети передачи ограничены ответвлениями для подключения к региональным (внутригосударственным) сетям, инфраструктурам хранения и ключевым зонам потребления.

Распределительные сети предназначены для обслуживания рыночных зон. В целом эту часть системы можно отнести к региональной системе распределения, работающей при пониженном давлении (20–40 бар изб.) для снабжения газом промышленных потребителей, электростанций и местных распределительных компаний. Он получает газ из магистральных газопроводов или от местных производителей.

Местные распределительные сети получают природный газ из региональных сетей, работающих под давлением 5–15 бар изб. Это давление дополнительно снижается местными дистрибьюторскими компаниями, чтобы удовлетворить требования конечных пользователей. Например, бытовым потребителям газ подается под давлением 20–40 мбар изб.

Природный газ — товар без цвета и запаха. Чтобы сделать утечки легко распознаваемыми и снизить риски токсичности и взрыва, к природному газу в местной распределительной системе добавляется одорирующее соединение. Трет-бутилмеркаптан является наиболее используемым одорантом; 10 мг/см ³ будет достаточно.

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

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 передачи природного газа является важной статьей финансовой отчетности транспортной компании.

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

Рис. 1. Общее устройство трубопроводной системы.

Системы магистральных газопроводов изготавливаются из углеродистой стали с высоким пределом текучести и прочности на растяжение. Класс API 5L X65 и выше — наиболее популярный материал из углеродистой стали, используемый для трубопроводов высокого давления. Для морских применений в основном используется класс API 5L L450. Распределительные системы изготавливаются из различных материалов, включая чугун, сталь, медь и пластиковые трубы. Пластиковые трубы сегодня обычно устанавливаются для систем газораспределения.

Диспетчерские центры. Точки входа, доставки и выхода (включая входящие и исходящие потоки систем хранения), компрессорные станции и работы по техническому обслуживанию должны тщательно координироваться, контролироваться и контролироваться для обеспечения безопасной и эффективной работы и баланса фактического спроса. Значительные колебания спроса можно наблюдать в течение дня и в течение недели, а также в зависимости от сезона.

Данные виды деятельности осуществляются через диспетчерские центры, в основе которых лежат сети телеметрии, системы дистанционной передачи данных и централизованные системы сбора данных мониторинга, контроля и управления. Сердцем диспетчерского центра является сложная программная система диспетчерского управления и сбора данных, или SCADA. Система SCADA способна работать с сотнями тысяч фрагментов данных, поступающих из множества измерений в режиме реального времени.

Основы проектирования трубопроводов. Новый рынок природного газа формируется из ограниченной клиентской базы. Трубопровод должен быть разработан с учетом динамики обслуживаемых рынков. Это потребует оптимального сочетания диаметров трубопроводов, компрессорных станций и их расстояний по отношению к желаемым целям гибкости и расширяемости.

Для заданного диаметра и длины трубопровода стоимость транспортировки снижается с увеличением пропускной способности, поскольку отношение CAPEX/производительность снижается быстрее, чем растут затраты на сжатие, как показано на рис. 2. По мере дальнейшего роста пропускной способности наклон кривой уменьшается из-за более чем пропорционального увеличения стоимости сжатия, которое становится преобладающим справа от оптимальной точки.

Разные диаметры труб имеют разное соотношение цена/производительность; поэтому транспортные операторы должны выбрать оптимальную конфигурацию трубопровода в соответствии с прогнозируемым развитием рынка.

Рис. 2 также показывает, что трубопроводы могут обеспечить значительную экономию на масштабе: оптимальная точка уменьшается с увеличением диаметра трубы. По этой причине общепринятой практикой является строительство трубопроводной системы с большим диаметром трубы, чем необходимо изначально, но с производительностью компрессора, ограниченной текущими потребностями. Новые компрессоры могут быть добавлены позже, по мере увеличения потребности в транспортной мощности.

Рис. 2. Инвестиционные затраты в зависимости от пропускной способности трубопровода.

Когда рынок выходит за пределы оптимальной емкости, транспортные операторы сначала пытаются удовлетворить дополнительный спрос, увеличивая существующее давление нагнетания компрессора, прежде чем инвестировать в расширение. Однако такой подход дает ограниченное «пространство для маневра», так как расход увеличивается только на квадратный корень из перепада давления на линии, в то время как энергопотребление компрессоров увеличивается более чем пропорционально. После извлечения максимальной дополнительной мощности из существующей конфигурации трубопровода новый рыночный спрос может быть удовлетворен за счет чередования зацикливания существующей линии с добавлением новых компрессорных станций.

Петля – это когда один трубопровод прокладывается 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 становится одной четвертой по отношению к одиночной линии. Компрессионная станция справа от петлевой секции может поднять давление до значения, соответствующего увеличенной производительности, при сохранении желаемого давления на выходе. Циклический подход позволяет увеличить пропускную способность системы трубопроводов.

Рис. 3. Петлеобразование трубопровода.

Расстояние между двумя компрессорными станциями составляет от 100 км до 200 км. Кольцевые трубы могут увеличить расстояние между компрессорными станциями. Иногда петля используется для создания емкости для хранения, где природный газ может быть упакован в линию, чтобы увеличить поставки местным потребителям в периоды пиковой нагрузки. В дополнение к модуляции давления нагнетания и закольцовыванию, еще одним вариантом расширения пропускной способности трубопровода является установка новой компрессорной станции.

Трубопроводы подводные. При разведке и добыче газа на шельфе подводные трубопроводы используются для соединения платформ с материком. Эти трубопроводы, как правило, изготавливаются из композиционных 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 обернута многослойным покрытием из полиэтилена для защиты от коррозии. В конечном итоге навес из бетонного материала обеспечит устойчивость фундамента и защиту от внешних воздействий.

Коммерческие трубы соединяются горизонтально на палубе корабля и укладываются на морское дно в традиционной форме «S». Затем их переставляют горизонтально на морском дне. Наклонный участок трубы между морским дном и трубоукладочным судном должен быть достаточно длинным, чтобы избежать напряжения изгиба сборки.

Альтернативой форме «S» является укладка «J». Он заключается в соединении двух последовательных отрезков трубы вертикально на укладочном судне. Затем трубу опускают вертикально на морское дно. Техника «J» позволяет достигать больших глубин.

Примечание: Для небольших расстояний компрессорной станции на производственной платформе достаточно для подачи газа на береговую компрессорную станцию. Для больших расстояний компрессорное оборудование должно быть установлено на вертикальных платформах, что значительно увеличивает стоимость.

В качестве альтернативы транспортировка природного газа на большие расстояния без промежуточных компрессорных станций может быть обеспечена за счет повышения давления в трубопроводе. Трубопровод Nord Stream пересекает Балтийское море от Выборга, Россия, до Грайфсвальда, Германия, по маршруту протяженностью 1224 км без каких-либо промежуточных стояков. В условиях эксплуатации газопровода температура газа находится внутри оболочки гидрато-пробкового образования «сырого газа».

Образование пробок/гидратов может нанести ущерб целостности трубопроводной системы; поэтому перед подачей природного газа в трубопровод он должен быть обработан таким образом, чтобы в трубопроводе не образовывались ни комки жидкости, ни гидраты. На рис. 4 показаны специальные газоперерабатывающие установки, предназначенные для транспортировки газа подводными лодками без промежуточной рекомпрессии.

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

Газовые узлы. Хабы являются важными инструментами для развития товарного рынка. Это места, физические или виртуальные, где природный газ может свободно продаваться и поставляться через рыночный механизм, требующий различных источников поставок газа (включая внутреннее производство, импорт по трубопроводам и поставки СПГ за границу), хранилищ и прочной потребительской базы с конкурирующими покупательский интерес.

В идеале, лучшими физическими местами для размещения концентратора являются точки схождения различных систем трубопроводов. Объединив эти системы, природный газ можно перемещать из районов снабжения и экспортировать на основные рынки потребления. На открытых рынках регулирование играет ключевую роль, позволяя отечественным и иностранным участникам торговать и иметь свободный доступ к трубопроводам и хранилищам.

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

Управление сезонностью. Среди ископаемых видов топлива природный газ выделяется своими выраженными сезонными колебаниями спроса. Почасовые, недельные, месячные и сезонные колебания потребления являются результатом комбинации отраслевых видов использования. Промышленность, производство электроэнергии, сельское хозяйство, транспорт и жилищный сектор используют природный газ для своей деятельности. Тем не менее, каждый сектор имеет разнообразный профиль потребления.

На рис. 5 показаны профили спроса для различных секторов Италии, страны с умеренным климатом на юге Европы. Как видно, промышленный сектор имеет почти плоский профиль, который имеет тенденцию к сглаживанию общего цикла, наряду с производством электроэнергии. Однако ежедневные колебания выработки электроэнергии увеличиваются вследствие роста использования возобновляемых источников энергии. Поставка возобновляемой энергии испытывает большие и непредсказуемые колебания, требуя, чтобы газовые турбины для выработки электроэнергии питались природным газом, чтобы заполнить разрыв между спросом и предложением.

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

Для жилого сектора месячные пики спроса в три раза превышают минимумы. Рис. 5 показывает, что спрос значительно возрастает 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.

Снабжение, напротив, имеет почти плоский ход. Это обусловлено техническими и экономическими причинами. В резервуарах газ должен диффундировать через пористость субстрата; следовательно, значительные изменения в добыче газа могут нарушить добычу. Экономически нецелесообразно проектировать магистральный трубопровод на пиковую мощность всего несколько месяцев в году; следовательно, можно сделать лишь ограниченный допуск для профиля предложения, как показано синей линией на рис. 5 .

Дисбаланс между спросом и предложением можно устранить с помощью хранилищ в подземных геологических формациях. Эти буферы можно разделить на три типа:

• Площадки подземного хранения газа (ПХГ), включая выработанные резервуары, водоносные горизонты и соляные полости
• Резервуары для хранения СПГ
• Линейные пакеты.

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

Право собственности на буферы принадлежит транспортным компаниям, поскольку правила, как правило, не предусматривают выделение хранилищ из других активов в цепочке поставок природного газа. Как правило, такие объекты располагаются вблизи потребительских зон.

Природный газ, хранящийся в ПХГ под давлением около 150 бар изб., включает рабочий газ и буферный газ, как показано на рис. 6 . Первый — это газ, который можно извлекать из хранилищ для удовлетворения спроса. Рабочий газ составляет около 50 % от общего запаса (или 70 % в случае соляных каверн). Буферный газ обеспечивает тягу, необходимую на фазе подачи. Этот газ невозможно извлечь из хранилища, не нарушив работу объекта.

Рис. 6. Иллюстрация подземного хранилища газа.

Зимой, когда спрос на природный газ резко возрастает, объем, необходимый для компенсации дополнительного потребления, обеспечивается за счет рабочего газа. С весны по осень газ, поступающий из магистральных газопроводов, компримируется и закачивается в хранилища. Таким образом, обеспечивается баланс спроса и предложения.

Соляные пещеры вырезаются из геологических формаций в процессе выщелачивания, который может занять до 4 лет. Среди ПХГ соляные каверны являются самыми дорогими объектами; однако их быстрая цикличность (оборачиваемость запасов) в сочетании с реагированием на ежедневные (и даже ежечасные) изменения потребностей клиентов снижают ежегодные затраты на 1000 м ³ закачки и отбора запасов газа. Возможность оборачиваемости запасов делает соляные пещеры подходящим инструментом для снятия пиков, что оправдывает их высокие инвестиционные затраты.

Это описание относится к обычному использованию ПХГ. Однако ПХГ также могут использоваться в качестве стратегических резервов на случай непредсказуемых событий, таких как необычно холодные зимы или перебои с потоками из-за непредвиденных происшествий, саботажа или геополитических споров. Эта функция ПХГ имеет первостепенное значение для тех стран/штатов, где импорт природного газа составляет постоянную долю потребления газа. Как правило, этот рабочий газ не может быть добыт без разрешения правительства.

ПХГ также используются в спекулятивных целях. Если инвесторы ожидают повышения цены в будущем, они могут купить желаемый объем природного газа на рынке, хранить его в ПХГ и перепродать, когда цена вырастет до или выше ожидаемого значения. Разница между ценой продажи и суммой цены покупки 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 краткосрочные пиковые и колебания спроса, которые могут возникать ежедневно или даже ежечасно. В этих случаях заправка трубопровода и хранилище СПГ являются другими источниками, используемыми для дополнения поставок.

Метод линейной упаковки использует физический объем газа, содержащегося в трубопроводах. При давлении 80–100 бар изб. в магистральном трубопроводе диаметром 40 дюймов и протяженностью 1000 км содержится примерно 60 млн м ³ –100 млн м ³ . Колебания рабочего давления в трубопроводе в несколько бар обеспечивают модуляцию, ограниченную несколькими десятками мм ³ , и гибкость подачи. Эта гибкость может быть использована для удовлетворения мгновенных колебаний спроса.

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

Капиллярная диффузия магистральных и распределительных сетей, их взаимосвязь через узлы, своевременная координация точек входа, широкий спектр точек сдачи и безопасность, обеспечиваемая ПХГ, делают поставки природного газа на конечные рынки безопасными и надежными. ГП

 

 

Лоренцо Микуччи — старший директор Siirtec Nigi SpA. Он имеет более чем 30-летний опыт работы в сфере проектирования и подрядных работ, большую часть которого он провел в секторе природного газа. В 2001 году он присоединился к Siirtec Nigi в Милане, где руководил отделом проектирования и эксплуатации, а также отделом исследований и разработок. За время его работы в качестве руководителя отдела исследований и разработок компания Siirtec Nigi получила три патента, два из которых были реализованы в промышленных масштабах. В настоящее время является старшим директором департаментов технологий и маркетинга. Г-н Микуччи также работал в Saipem (Snamprogetti) в качестве проектировщика установок для комплексной газификации комбинированного цикла и установок GTL. Он имеет степень магистра в области химического машиностроения, полученную в Болонском университете в Италии, и внесен в Реестр Миланского ордена инженеров в качестве квалифицированного инженера.

Обзор модели данных газораспределения

Система газораспределения состоит из подключенных элементов, которые подают природный газ от источника, такого как регулятор или городская пограничная станция, к потребителю. Основными компонентами газовой системы являются трубы (магистральные и сервисные), устройства, контролирующие и регулирующие поток в этих трубах, фитинги, соединяющие трубы, и измерительное оборудование, измеряющее расход газа в трубах.

Магистрали – это трубы, по которым газ поступает от источника, такого как регулирующий пункт или городская пограничная станция, к точке, примыкающей к помещению потребителя. Сервисные трубы транспортируют газ от сети к местам учета. На городской пограничной станции (также называемой городскими воротами) газотранспортная система преобразуется в распределительную. Эти функции могут иметь связанные регуляторы, регулирующие счетчики, устройства избыточного давления и одоризаторы. Регулирующие станции определяют расположение одного или нескольких регуляторов давления.

Несколько типов устройств контролируют поток газа через набор труб, а также давление, при котором подается газ. Регулятор – это механическое устройство, используемое для контролируемого снижения давления в системе газораспределения. Монитор и резервные регуляторы включены в этот тип функции. Клапан работает в трубе, пропуская поток только в одном направлении или регулируя поток с помощью плоской крышки, заглушки или другого механизма для открытия или блокировки трубы. Клапаны, обозначенные как ключевые, имеют решающее значение для моделирования и анализа. К устройствам регулирования расхода относятся любые фитинги, не являющиеся регуляторами или клапанами, которые могут управлять потоком газа и приводятся в действие машиной.

Стальные трубы, закопанные в коррозионную почву, подвергаются коррозии. Покрытия из эпоксидной смолы, полиэтилена или других материалов являются распространенными методами подавления коррозии. Катодная защита — еще один метод защиты подземных металлических конструкций, таких как стальные трубы, фитинги и арматура, от коррозии.

Металлические конструкции изнашиваются по мере того, как блуждающий электрический ток, обычно присутствующий в земле, течет из относительно анодной конструкции в относительно катодную почву. Наводя небольшой электрический ток на металлические конструкции, чтобы сделать их катодными, блуждающий ток течет от почвы к конструкции, и в результате конструкция защищается.

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

Компоненты газораспределительной системы сгруппированы в три общие логические категории:

• Обзор устройств и средств

• Трубы и обзор технического обслуживания

• Обзор катодной защиты

Эти категории содержат классы объектов, которые имеют общие свойства и/или поведение. Например, устройства можно сгруппировать, поскольку они обнаруживают и/или контролируют поток газа по трубам. Некоторые устройства измеряют расход (например, счетчики), а некоторые регулируют расход газа (например, регуляторы). Установив базовую группировку объектов, вы можете определить более конкретное сходство между объектами. В процессе этого 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, и счетчики, и регуляторы имеют производителей и номера моделей. Вместо того чтобы дублировать каждое свойство в обоих объектах, вы создаете класс более высокого порядка (газовое устройство), который является абстрактным классом и содержит эти свойства. Этот класс содержит свойства, общие для всех объектов, являющихся его подклассами, и никогда не будет отдельным объектом.