2610

Практическая работа №2

1. Установки сжиженного газа

Установки для использования сжиженного газа могут быть индивидуальные, групповые и резервуарные.

Индивидуальные установки имеют производительность, достаточную для обеспечения работы 4-конфорочной плиты, или проточного водонагревателя с тепловой нагрузкой при установке баллона в помещении и любом составе жидкого газа и 4-конфорочной плиты или водонагревателя с тепловой нагрузкой до 10000 ккал/ч при установке баллона на открытом воздухе в средней полосе России и заполнении баллона техническим пропаном. Поэтому расчет производительности индивидуальной баллонной установки не требуется. Без расчета для индивидуальной установки применяется также регулятор давления типа РДГ-6 и газопровод диаметром 15 мм из стальных труб или резинотканевых шлангов.

Групповые установки применяются для газоснабжения отдельных более крупных потребителей (отдельного жилого дома, небольшого предприятия и т.д.) до сооружения резервуарной установки. Суммарная емкость группы баллонов для жилых, общественных зданий и коммунально-бытовых потребителей не должна превышать 600 л при размещении баллонной установки у стен зданий и 1000 л при наличии разрывов от зданий (от 8 до 25 м), а для коммунальных и бытовых предприятий – соответственно 100 и 150 л.

Количество баллонов в групповой установке для жилых зданий определяется по номинальным расходам газа проборами по формуле

qnk0

N , (1)

QнрV

где N – количество баллонов в установке, шт.; q – номинальная тепловая нагрузка газовых приборов, установленных в одной квартире,

21

кДж/ч; n – количество обслуживаемых квартир; k0 – коэффициент од-

новременности (СНиП 2.04.08–87*); Qнр – низшая теплота сгорания

газа, кДж/нм3; V – расчетная производительность одного баллона, нм3/ч.

Количество баллонов для газоснабжения коммунальных, промышленных и сельскохозяйственных объектов определяется по суммарной номинальной тепловой нагрузке агрегатов с введением коэффициента одновременности, учитывающего возможное уменьшение нагрузки вследствие несовпадения времени работы агрегатов. Производительность одного баллона зависит от температуры наружного воздуха, принятой за расчетную, равномерности работы установки и длительности ее непрерывной работы. В соответствии с существующей практикой проектирования применяется двойной комплект баллонов – один рабочий и один резервный – и предусматривается возможность их раздельной и совместной работы. Резервный комплект должен быть всегда заполнен смесью, т.к. он рассчитан на работу в зимний период. В этом случае при расчете производительности баллона применяют среднюю температуру января.

Резервуарные установки подают газ значительному количеству потребителей по наружной газовой сети. Суммарный геометрический объем резервуаров резервуарной установки при наземном расположении составляет не более 20 м3, а при подземном не более 50 м3. Максимальный объем одного резервуара при объеме установки до 20 м3– 5 м3, при объеме установки 21–50 м3 – не более 10 м3.

Расчетный расход газа на хозяйственно-бытовые и коммунальные нужды определяется по годовым нормам расхода газа (СНиП):

где qгод – расход газа на 1 человека, кДж/год; n – количество жителей, пользующихся газом; kс – коэффициент суточной неравномерности за год (при наличии газовых плит = 1,4; при наличии газовых плит и во-

донагревателей kс=2,0); QНр – теплота сгорания газа, кДж/нм3.

Для отдельных установок и приборов расход газов определяется по номинальным расходам газа и коэффициентам одновременности. Количество резервуаров в установке

22

где v – производительность одного резервуара, определяемая по СНиП.

2. Решение типовых задач

Задача №1. Определить число баллонов емкостью 50 л в баллонной установке, предназначенной доя газоснабжения восьмиквартирного жилого дома. В кухнях всех квартир установлены 4-конфо- рочные газовые пииты. Объемный состав газа: С3Н8 –75%, С4Н10 –

25%.

Решение.

1.QНр сгорания смеси (без учета фракционности испарения):

QНр = 0,75 QНр + 0,25 QНр .

2.Номинальная теплопроизводительность плиты определяется по

[7].Производительность одного баллона составляет v = 0,2 м3/ч.

3.k0=0,27 [1] (принято для 8 квартир, в которых установлены 4-конфорочные плиты).

4.Число рабочих баллонов в установке:

С учетом резервных принимаем 10 шт.

Задача №2. Определить производительность баллонной установки объемом 50 л (d =0,3 м, h=0,9 м), заполненной сжиженным газом на 75% при tH= –5 °С, температура жидкой фазы в баллоне максимально допустимая (–30 °С). Скрытая теплота парообразования r = 90 ккал/кг.

Решение.

к = 50,2 кДж/м2 ч °С

Смоченная поверхность баллона:

FCM=0,75nd(0,5d+h)=0,75 3,14 0,3(0,15+0,9) = 0,743 м3

23

(при неизменной температуре жидкости)

(без учета теплосодержания жидкой фазы и самого баллона)

Задача №3. Определить количество испаряющегося в час сжиженного пропана в наземном резервуаре (d = 1,0 м и l = 3,3 м) при tH = = –6 °С, температура жидкой фазы tЖ = –29 °С. Резервуар наполнен жидкой фазой на 50%, FCM = 5,4 м2.

Решение.

Задача №4. Определить число подземных резервуаров объемом 5 м3 в групповой установке, предназначенной для газоснабжения 4-х жилых домов с числом жителей 500 человек и домовой кухней с суммарной тепловой нагрузкой установленных газовых приборов (q = 580 МДж/ч). В кухнях квартир установлены 4-конфорочные плиты и проточные водонагреватели. Объемный состав газа: С3Н8 – 75%; С4Н10 –

25%; =98 МДж/м3.

Решение.

Расход газа на 1 человека q=2800 МДж/год, [1] . 1. Расход газа на домовую кухню:

.

2. Расход газа на квартиры:

.

3. Расход газа на резервуары:

VР = VК + VКВ = 5,9 + 9,43 = 15,33 м3/ч.

Принимаем давление в резервуаре 0,05 МПа, остаточное содержание С3Н8=60%, температура грунта на уровне оси резервуара 0 °С, коэффициент теплопроводности грунта 2,56 Вт/(мК). Остаточный уровень сжиженного газа в емкости 35%. По номограмме [1] находим производительность одного резервуара, равную 3,0 м3/ч.

Число резервуаров в установке: N = 15,33 / 3 = 5 шт.

24

Задача №5. Определить количество подземных резервуаров емкостью 2,5 м3 в групповой установке, предназначенной для газоснабжения жилого дома со 100 квартирами, оборудованными 4-конфо- рочными плитами. Газ С3Н8, =91,14 МДж/н м3.

Производительность одного резервуара = 5,5 нм3/ч.

Контрольные вопросы

1.Каковы физико-химические свойства углеводородов в жидкой

ипаровой фазах?

2.Расчет состава двухфазной смеси углеводородов.

3.Газонаполнительные и раздаточные станции, их технологические схемы и основные сооружения.

4.Газобаллонные установки, их оборудование и расчет.

5.Групповые установки. Устройство подземных резервуаров. Установки с отбором паровой фазы и испарением жидкости внутри резервуаров.

6.Какими должны быть состав и свойства смесей паров сжиженных газов с воздухом? Область применения этих смесей.

Литература: [1, 3, 9, 12, 15, 16].

Лабораторная работа №1

ИЗУЧЕНИЕ ИНЖЕКЦИОННОЙ ГОРЕЛКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Цель работы: ознакомиться с конструкцией и принципом действия инжекционной горелки инфракрасного излучения (ГИИ); провести испытания ГИИ, определив влияние давления газа на температурный режим керамики, включая визуальное наблюдение за его состоянием.

Методические указания

25

Газовые горелки инфракрасного излучения применяются для сушки, нагрева материалов и изделий, а также отопления некоторых зданий и сооружений.

Особенности ГИИ:

1)газ сгорает без видимого факела на излучающем насадке;

2)первичный воздух должен подаваться в количестве, необходимом для полного сгорания газа;

3)большая полнота сгорания по сравнению с факельными горел-

ками;

4)передача теплоты происходит в основном (до 60 %) за счёт излучения;

5)содержание оксидов азота в продуктах сгорания значительно ниже по сравнению с факельными горелками.

Одной из важнейших характеристик горелочных устройств является коэффициент избытка воздуха α. Коэффициента избытка воздуха – это отношение действительного количества воздуха, участвующего в горении, к теоретически необходимому.

Горелки инфракрасного излучения работают удовлетворительно только при α = 1,05…1,10. Незначительные отклонения его от указанных значений резко ухудшают работу горелок. При увеличении α (до 1,25…1,4) падает температура насадки и понижается количество теплоты, передаваемое излучением. При дальнейшем увеличении α насадка становится тёмной и газ горит вытянутым неустойчивым факелом. При уменьшении α фронт пламени становится сплошным, появляются длинные жёлтые языки, насадок темнеет и количество теплоты, передаваемое излучением, резко уменьшается.

По типу излучающего насадка ГИИ можно разделить на три группы: керамические; металлокерамические; металлические.

26

Рис. 1. Газовая горелка инфракрасного излучения

Горелка состоит из инжекционного смесителя 7, насадка 3, сопла 5, пружинной рамки 1. Корпус горелки изготовлен из двух штампованных частей, соединённых контактной сваркой. В сборе он образует инжекционный смеситель 7 и распределительную камеру 4. В корпусе установлена крестовина, в которой на резьбе укрепляются сопло 5 и штуцер для подвода газа 6. Насадок 3 склеен из десяти перфорированных керамических плиток размером 65 45 12 мм. Каждая плитка имеет 1350 цилиндрических каналов 2 диаметром 1 мм. Живое сечение плитки 36%. Гидравлическое сопротивление перфорированных плиток зависит от диаметра каналов и колеблется в пределах ∆р = 1±8 Па. Это позволяет создавать инжекционные горелки низкого давления, работающие с коэффициентом избытка первичного воздуха α = 1,05±1,10. Насадок устанавливается на рамке, соединённой с корпусом. Над насадком монтируется сетка 8 из жаростойкой стали.

Подводимый к штуцеру газ вытекает из сопла 5 и инжектирует в смеситель с α=1,05. Газ горит в тонком слое поверхности керамики. Пламя на фоне раскалённой керамической поверхности не просматривается, поэтому горелки инфракрасного излучения называют иногда беспламенными.

Поверхность керамики раскаляется, достигая t = 800…900 °C, что соответствует температурам спектра инфракрасных лучей с длиной волны 27 мкм. До 65% выделяющегося тепла от раскалённой керами-

27

ки передаётся излучением, остальные 35% – конвективным путём с продуктами горения. Устойчивость горения в этих горелках в определённом интервале нагрузок обеспечивается двумя факторами:

–раскалённая керамика, поджигая смесь на выходе, устраняет срыв пламени;

–критический диаметр выходных каналов и тонкие стенки между ними обеспечивают охлаждение керамики выходящей газовоздушной смесью.

Низкая температура керамики с внутренней стороны, значительно меньше температуры воспламенения смеси, что исключает возможность проскока пламени к соплу. Изменение давления газа перед горелкой не нарушает деятельности процесса эжектирования – соотношение газа и воздуха сохраняется. Тепловая же нагрузка горелки, а следовательно, тепловое напряжение керамики и её температура из-

меняется.

Интервал изменения температуры, особенно в сторону снижения, должен быть большим. В противном случае поверхность керамики темнеет и доля тепла, передаваемого излучением, уменьшается, возрастает химический недожог газа.

На работу горелки большое влияние оказывает качество смешения газа с воздухом. Инжекционный смеситель, как правило, обеспечивает хорошее смешение и обладает важной особенностью: в определённых пределах расхода он сохраняет постоянным значение коэффициента инжекции. Такое свойство инжекционного смесителя называется автомодельностью.

Коэффициентом или кратностью инжекции называется отношение объемного количества подсасываемого воздуха к объёмному расходу газа:

где A – коэффициент инжекции; VВ – количество инжектируемого воздуха, м3/с; VГ – расход газа, м3/с.

Порядок проведения работы

1. Ознакомиться со схемой лабораторной установки, представленной на рис. 2. Лабораторная установка состоит из следующих приборов и агрегатов: 1 – счётчика для измерения объёма использованного газа; 2 – U-образного дифференциального манометра для измерения давления газа перед горелкой; 3 – лабораторного краника; 4 –

28

ГИИ; 5 – термопары для измерения температуры газа; 6 – термопар для измерения температур керамики и газовоздушной смеси; 7 – переключателя; 8 – милливольтметра; 9 – крана регулирующего.

Рис. 2. Схема лабораторной установки для исследования работы горелки

2.Произвести розжиг горелки. С помощью регулирующего крана 9 установить давление перед горелкой PГ, равное 800 Па (≈80 мм вод.

ст.).

3.После прогрева горелки, через 5–7 минут, произвести замер

расхода газа, барометрического давления Pб, замерить температуры газа перед горелкой tГ, на поверхности раскалённой керамики t1, на внутренней стороне керамики t2 и газовоздушной смеси перед керамикой t3. Результаты замеров занести в таблицу.

4. Увеличить давление газа перед горелкой до 1200 Па и 1500 Па (120 мм вод. ст. и 150 мм вод. ст. соответственно) с повторением действий, описанных в п. 3.

Результаты замеров

29

1

2

3

Обработка экспериментальных данных

1.Записать показания барометра Pб и температуру воздуха в лаборатории tВ.

2.Привести расход использованного газа к стандартным условиям, м3/с:

где а, б – начальное и конечное показания счётчика; τ – время, за которое снимали показания по счётчику, с; Pб – барометрическое давление воздуха, Па; PГ – давление газа перед горелкой, Па; tГ – температура газа перед горелкой, °С.

3. Рассчитать тепловую мощность горелки, Вт:

где QН – низшая теплота сгорания природного газа, QН=35364 кДж/м3. 4. Рассчитать тепловое напряжение керамики, Вт/cм2, при извест-

ной площади излучающей поверхности f по формуле

5.Построить графики зависимости по образцам, представленным на рис. 3, 4.

6.Представить отчет по работе, который должен содержать: основы теории, схему установки, таблицу наблюдений и расчётов, обработку опытных данных, краткие выводы по результатам опытов.

30