Горючие газы, используемые в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве



Горючие газы разделяют по их происхождению на природные (естественные) и искусственные - вырабатываемые из твердого или жидкого топлива или являющиеся отходом производства (доменный и коксовый газы). В наших условиях искусственные газы применяются редко, и поэтому далее будут рассматриваться вопросы газоснабжения только с примене­нием природного газа.

Существуют два способа снабжения потребителей природным газом: непосредственный - по газопроводам и снабжение сжижен­ным газом, поставляемым потребителям в специальных баллонах.

Природные газы добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов и делятся на три группы:

1) добыва­емые из чисто газовых месторождений - сухие и состоящие в основ­ном из метана;

2) попутные, выделяющиеся из скважин нефтяных месторождений - жирные и содержащие помимо метана большое количество более тяжелых углеводородов;

3) добываемые из конденсатных месторождений и являющиеся смесью сухого газа и паров конденсата - бензина, лигроина и др.

Природные газы перед поступлением в магистральные газопро­воды очищают на специальных заводах от содержащихся в них при­месей. Присутствие влаги в газе приводит к образованию кристал­логидратов (СН4·7Н2O), которые могут полностью закупорить газо­провод, а также вызывает значительные затруднения при транспор­тировке его по газопроводам. В зимний период наличие влаги при­водит к образованию ледяных пробок; поэтому одним из основных этапов обработки газа является его осушка. Газ очищают также от сероводорода и углекислого газа, затем его одоризируют. На всем протяжении магистрального газопровода, на расстоянии примерно 150 км друг от друга, устанавливают компрессорные станции. С по­мощью компрессоров газ сжимается примерно до 75 кгс/см2, чем и обеспечивается его последующее движение по газопроводу.

В результате неравномерности расхода газа по дням и месяцам года возникает необходимость в его временном хранении. С этой целью устраивают подземные хранилища в водоносных пластах почвы или используют выработанные газовые и нефтяные место­рождения.

Сжижение газа производится на газобензиновых заводах, откуда он в железнодорожных цистернах поступает на газораздаточные стан­ции. Здесь сжиженным газом наполняют баллоны и автоцистерны. Газ в баллонах доставляют непосредственно потребителям. Из авто­цистерн заполняют сжиженным газом резервуарные установки про­мышленных, коммунальных и сельскохозяйственных потребителей.

Для коммунально-бытового потребления используют газы угле­водородные, сжиженные, топливные марок СПБТЗ (смесь пропан-бутановая техническая зимняя); СПБТЛ (смесь пропан-бутановая тех­ническая летняя); БТ (бутан технический).

В соответствии с требованиями ГОСТ 20448-80* к сжиженным газам предъявляются следующие требования:

  • суммарное объемное количество в газе пропана и бутана - не менее 75 %;
  • давление насыщенных паров при 45° С - не более 1,6 СПа;
  • содержание сероводорода и меркаптановой серы - не более 0,015%;
  • содержание свободной воды и щелочи не допускается;
  • пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при температуре 15-20 °С, об. %: нижний -1,8, верхний - 9,5;
  • низшая теплота сгорания для пропана- 93,1 МДж/м3 , для бутана- 122 МДж/м3.
  • Жаропроизводительность, °С, метана равна 2043, пропана -2110, бутана-2118, водорода - 2 235.

Количество кислорода, необходимое для горения, составляет при­мерно 1 м3 на 21 МДж

теплотворной способности газа.

В связи с тем, что в воздухе около 21 % кислорода, для сжига­ния 1 м3 метана необходимо около 10 м3 воздуха, пропана - 24 м3 , бутана - 31 м3.

Температура воспламенения, °С, водорода - 510, метана - 650, бутана - 430, пропана - 500.

Нижний предел воспламеняемости, об. %: для водорода - 4, ме­тана - 5, пропана - 2,3, бутана - 1,9; верхний для водорода - 74,2, метана - 15, пропана - 9,5, бутана - 8,5.

Плотность компонентов горючих газов приведена в табл. 1.

 

 

Таблица 1

Плотность горючих газов

Газ Химическая формула Плотность при t =0°С P =100 кПа (760 мм рт. ст.), кг/м3 Оносительная плотность по воздуху
Водород Оксид углерода Метан Пропан Бутан Кислород Углекислый газ Н2 СО СН4 С3Н8 С4Н10 О2 СО2 0,09 1,25 0,72 2,01 2,7 1,43 !.53 0,07 0,97 0,55 1,55 2,01 1,11 1,53

 

Примечание. Плотность жидкой фазы пропана составляет 585 кг/м3 , бутана - 600 кг/м3 . Жидкая фаза пропана и бутана значительно легче воды, т. е. относительная плотность пропана по отношению к воде равна 0,585, а бутана - 0,6.

Для сравнения плотности газа с другими газами или средами применяется понятие относительная плотность. Это отношение плот­ности данного газа (вещества) к плотности стандартного вещества (воздуха, воды и др.) при определенных условиях (см. табл. 1).

При относительной плотности меньше единицы газы при утеч­ках скапливаются, прежде всего в верхней зоне помещений, а газы с относительной плотностью более единицы (сжиженные) опускают­ся в каналы, подвалы и т. п. Плотность жидкой фазы с изменением давления практически не меняется. Жидкая фаза пропана и бутана име­ет большой коэффициент объемного расширения, в среднем 0,003, что в 15 раз больше, чем у воды, поэтому при изменении температуры объем жидкой фазы газа значительно увеличивается. Изменение объе­ма жидкости в зависимости от температуры вычисляется по формуле:

Vt1 = Vt2(1+k∆t)

где k - коэффициент объемного расширения;

t1, t2 - начальная и конечная температуры газа; Vt1, Vt2 - объемы жидкости при t1, t2.

Пример. Баллон объемом 50 л заполнен 45 л сжиженного газа при температуре 0°С. Что произойдет при нагревании баллона в помещении до 40°С?

Решение: Vt40 = 45 (1 + 0,003•40) = 45 • 1,12 = 54 л.

Полученный объем превышает объем баллона. Поэтому произой­дет его разрушение, что приведет к тяжелым последствиям.

       Для предупреждения случаев, приведенных в примере, баллоны заполняются не более чем на 85 % объема, не допускается перегрев баллонов, а их наполнение производится при положительных тем­пературах.

Степень изменения объема сжиженного газа при переходе из жидкого состояния в газообразное определяется по формуле

П = ρжгаз ,

где ρжгаз - плотности жидкой и газовой фаз (П = 585/2,01 = 290 -для пропана, П = 500/2,7 = 185 - для бутана).

Сжиженный газ по сравнению со сжатым обладает следующими преимуществами:

  • в баллонах одинаковой емкости сжиженного газа помещается примерно в 2 раза больше, чем сжатого;
  • сжиженный газ при сгорании выделяет теплоты в 3 раза больше, чем такое же объемное количество сжатого природного газа;
  • сжиженный газ хранят в резервуарах при давлении более чем в 10 раз меньшем по сравнению со сжатым, что снижает стоимость резервуаров и арматуры, упрощает конструкцию и повышает безо­пасность хранения.

По сравнению с природным газом сжиженный обладает рядом специфических свойств, требующих сложного оборудования для его хранения, транспортировки и использования. Основная особенность сжиженного газа состоит в том, что он хранится и транспортируется в  жидком виде, а используется в газообразном.

При незначительном понижении температуры и повышении давления этот газ превращается в жидкость, а при температуре -40 -40°С и атмосферном давлении переходите газообразное состояние.


Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 103;