И концентрационные пределы воспламенения (взрыва)



Наиболее распространенных горючих газов

 

 

 

 

 

Газ

Температура самовоспламенения, СС

Концентрационные

пределы воспламенения

газа в смеси с воздухом,

%

Газ

Температура самовоспламенения, °С

Концентрационные

пределы воспламенения

газа в смеси с воздухом,

%

нижний верхний нижний верхний
Метан 650 5 15 Пропан 500 2,37 9,5
Ацетилен 305 2,5 80 Этан 510 3,2 12- 45
Бутан 430 1,86 8,4 Водород 510 4 74,2

 

Резкое возрастание давления и быстрое расширение продуктов горения обусловливают разрушительный эффект взрыва.

Давление, возникающее при взрыве природного газа в помеще­ниях, достигает 0,8 МПа. При взрывах газовоздушной смеси в тру­бах с большими диаметром и длиной скорость распространения пла­мени может превзойти скорость распространения звука и достичь 2 000—4 000 м/с. В результате быстро движущегося взрывного вос­пламенения местное повышение давления составит 8 МПа и выше. Такое взрывное воспламенение называется детонацией.

Детонация объясняется возникновением и действием ударных волн в воспламеняющейся среде.

Перемещаясь с большой скоростью, ударная волна резко увели­чивает температуру и давление газовоздушной смеси, что вызывает ускорение реакции взрыва и увеличивает разрушительный эффект детонации. Наиболее опасны с точки зрения возможности взрыва газы с самыми низкими пределами взрываемости.

При близких величинах нижних пределов взрываемости двух газов наиболее опасен газ, у которого шире область взрываемости и ниже температура самовоспламенения.

Природные газы, состоящие в основном из метана, неядовиты. Однако при концентрации метана в воздухе, доходящей до 10 % и более, возможно удушье вследствие уменьшения количества кисло­рода в воздухе.

Основные сведения о газообразном и жидком топливе

Топливом называются горючие вещества, которые сжигаются для получения тепла.

В соответствии с физическим состоянием топливо разделяют на твердое, жидкое и газообразное.

К твердому топливу относят уголь, торф, горючие сланцы, дрова.

К жидкому топливу относят сырую нефть, различные нефтепро­дукты и мазут.

К газообразному топливу относят природный газ, а также различ­ные промышленные газы: доменный, коксовый, генераторный и пр.

В зависимости от происхождения топливо разделяется на при­родное и искусственное.

Природным называют топливо в том виде, в котором оно было получено при добыче: уголь, торф, нефть, природный газ.

Искусственное топливо - это продукт1; полученный при техно­логической переработке природного топлива. Например: кокс, бри­кеты угля, дизельное топливо, мазут, доменный, коксовый, генера­торный газы.

Топливо, которое по техническим и экономическим соображе­ниям невыгодно перевозить на большие расстояния из-за его низко­го качества, как правило, используют вблизи места его добычи или получения, оно называется местным.

К высококачественному топливу относятся каменный уголь, ан­трациты, жидкое топливо и природный газ.

Физико-химические свойства природных газов

Природные газы не имеют цвета, запаха и вкуса.

Основными показателями природных газов являются: состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и давление при взрыве.

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

В состав природного газа входят горючие и негорючие вещества. К горючим газам относятся: углеводороды (СmНn), водород (Н2), се­роводород (Н2S ); к негорючим -углекислый газ (С02 ), кислород (O2), азот (N2) и водяной пар (H2O). После добычи газа из него извлекают токсичный газ сероводород, остаточное содержание которого долж­но быть не выше 0,02 г/м3.

Теплота сгорания - это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м3 газа. Измеряется в ккал/м3, кДж/м3 газа. Разли­чают высшую теплоту сгорания Qв, когда учитывается тепло, затра­ченное на испарение воды, пары которой находятся в дымо­вых газах, и низшую Qн, когда это тепло не учитывается. Поскольку температура уходящих газов в топливопитающих устройствах выше температуры, при которой происходит конденсация водяных паров, в расчетах обычно используется низшая теплота сгорания топлива.

Плотностью вещества является величина, которая определяется отношением массы вещества к его объему. Единица измерения плот­ности кг/м3. Плотность природного газа зависит от его состава и на­ходится в диапазоне Сг = 0,73-0,85 кг/м3.

Важной характеристикой любого горючего газа является жаропроизводительность, т. е. максимальная температура, которая мо­жет быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает химическим фор­мулам горения, а начальная температура газа и воздуха равна нулю.

Жаропроизводительность природных газов составляет пример­но 2000-2100 °С, метана-2043 °С. Действительная же температу­ра горения в топках существенно ниже жаропроизводительности и зависит от условий сжигания.

Температура воспламенения - это такая температура топливовоздушной смеси, при которой смесь начинает гореть без источника воспламенения. Для природного газа она составляет 645-700 °С.

Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, в составе которой газа находится:

до 5 % - не горит;

от 5 до 15 % - взрывается;

больше 15 % - горит при подаче воздуха.

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

Природный газ не имеет запаха. Для определения утечки газ одоризируют (придают ему специфический запах). Для одоризации ис­пользуют этилмеркаптан (С2Н2SН). Норма одоризации 16 г С2Н2SН на 1 000 м3 газа. Одоризация проводится на газораспределительных станциях (ГРС). При наличии в воздухе 1 % природного газа должен ощущаться его запах. Практически определено, что средняя норма этилмеркаптана для одоризации природного газа, поступающего в городские сети, составляет 16 г на 1000 м3 газа.

Использование природного газа имеет ряд преимуществ по срав­нению с твердым и жидким топливом:

  • относительная дешевизна, обусловленная более легким спосо­бом добычи и транспорта;
  • отсутствие золы и выноса твердых частичек в атмосферу;
  • высокая теплота сгорания;
  • не требуется подготовки топлива к сжиганию;
  • облегчается труд обслуживающего персонала и улучшаются са­нитарно-гигиенические условия его работы;
  • облегчаются условия автоматизации рабочих процессов.

Но использование природного газа требует особых мер осторож­ности, т. к. возможна его утечка через неплотности в местах соеди­нения газопровода и присоединения арматуры.

Наличие в помещении более 20 % газа вызывает удушье, скопле­ние его в закрытом объеме от 5 до 15 % может привести к взрыву газовоздушной смеси. При неполном сгорании образуется токсич­ный угарный газ СО, который даже при небольших концентрациях может привести к отравлению обслуживающего персонала.

Горение природного газа

Горение природного газа - это сложный физико-химический про­цесс взаимодействия горючих его составляющих с окислителем, при котором происходит преобразование химической энергии топлива в тепло.

Горение бывает полным и неполным. Полное горение происхо­дит при: непрерывной подаче топлива и воздуха в достаточном количестве, хорошем перемешивании газа с воздухом, достаточной тем­пературе в топке. Невыполнение этих условий приводит к неполно­му сгоранию топлива, при котором выделяется меньшее количество тепла, образуются газообразные продукты неполного сгорания - окись углерода (СО), водород (Н2), метан (СН4), а также сажа, оседа­ющий на поверхностях нагрева, ухудшающая теплообмен и увеличивающая потери тепла, что приводит к перерасходу топлива и снижению КПД котла, загрязнению атмосферы.

Реакция горения углеводородов с общей формулой СmНn описывается и уравнением:

 

СmНn + (m + n/4)O2 = mCO2 + n/2H2O.

 

В соответствии с этим можно записать реакции горения основ­ных компонентов природного и сжиженного газов и определить не­обходимое количество кислорода и воздуха:

метан: СН4 + 2O2 = СO2+2Н2O;

этан: С2Н6 + 3,5O2 = 2СO2 + ЗН2O;

пропан: С3Н8 + 5O2 = ЗСO2 + 4Н2O;

бутан: С4Н10 + 6,5O2 = 4СО2 + 5Н2O.

Согласно формуле, для сгорания 1 м3 метана нужно 2 м3 кислоро­да (O2), который содержится в 9,52 м3 воздуха. Для полного сжига­ния природного газа воздух подают в топку с некоторым избытком. Отношение действительного расхода воздуха Vд к теоретически не­обходимому V° называется коэффициентом избытка воздуха α = Vд/V°. Этот показатель зависит от конструкции газовой горелки и топки: чем они совершеннее, тем меньше α. Необходимо следить, чтобы коэффициент излишка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает КПД теплоиспользующей установки за счет увеличения потерь теплоты с уходящими газами.

Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газо­анализатора и визуально - по цвету и характеру пламени.


Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 117;