книги из ГПНТБ / Литвиненко, П. А. Слесарь по обслуживанию газового оборудования промышленных предприятий учеб. пособие

применяются газоанализаторы ПГФ. Эти приборы приспособлены для работы при температуре окружающего воздуха от 20 до 40° С с отно­ сительной влажностью до 80% и выпускаются в трех модификациях- ПГФ-2М-И1А, ПГФ-2М-ИЗГ и ПГФ-2М-И4А.

Рис. 4. Г азоанализатор П ГФ -2М -И 1А «Метан».

а — газовая схема; б — электрическая схема; в — взрывозащитное устройство.

Для определения метана широко применяется ПГФ-2М-И1А, (рис. 4), его достоинство в том, что он взрывобезопасен. Источник питания электрической схемы — две параллельно включенные ба­ тареи КБС-Л-0,5, расположенные в камере. Напряжение батарей должно быть не ниже 3,7 в. Установка прибора на нуль произво­ дится в незагазованных условиях при помощи реохорда * R5, пред-

* Реохорд — прибор, представляющий собой натянутую металлическую проволоку, по которой скользит контакт.

22

усмотренного в схеме моста. Для ограничения тока возможного короткого замыкания в цепь питания введено ограничительное со­ противление R9. Чувствительным элементом прибора является пла­ тиновая спираль — плечевой элемент моста. Для анализа высоких концентраций газа в схеме предусмотрен переключатель П2, которым вводится добавочное сопротивление R7 к гальванометру Г, позволя­ ющее снижать его чувствительность в 5 раз. Рукоятка переключателя введена с левой стороны панели и отмечена индексами П рі и Пр2,. обозначающими соответственно высокую и низкую чувствительность гальванометра. При установке переключателя Ш в положение «Анализ», гальванометр включается в измерительную диагональ моста, а при установке в положение «Контроль» гальванометр вклю­ чается через добавочное сопротивление R8 как вольтметр, измеря­ ющий падение напряжения на постоянном сопротивлении R4, что содействует установл ению необходимой силы тока в цепи моста. Гальванометр прибора имеет шкалу с 25 равномерными делениями. Реперная точка на шкале одна, рассчитана на тот газ, для которого предназначен прибор. По реперной точке устанавливается нужный ток накала. Определение метана может производиться без разбавле­ ния его чистым воздухом в пределах от 0,3 до 4,5%, а с разбавле­ нием — при концентрациях, вдвое больших. Допускаемая погреш­ ность измерения на одном пределе ±0,15%.

Для определения содержания метана и углекислоты в воздухе используют переносные шахтные интерферометры ШИ-3, ШИ-5 и прибор ОВ-2301 (контролирующий содержание метана), основан­ ные на интерференции * световых волн газовых смесей, а также ультразвуковой газоиндикатор УЗГ-1 (определяющий метан) и др.

При наладке работы газовых горелок и в процессе испытаний газовых установок применяют переносные химические газоанализа­ торы ГХП-2 и ГХП-3, ВТИ и ЦКТИ. Для определения содержания СО, С 02 и СН4 в воздухе и газовых смесях могут быть использованы автоматические оптико-акустические газосигнализаторы ОА-2102, ОА-2202 и ОА-2204, действие которых основано на поглощении га­ зами инфракрасных лучей.

Газоанализатор ВТИ состоит из семи сосудов, в которых после­ довательно поглощаются углекислый газ, тяжелые углеводороды, кислород и окись углерода. Пропуская остаток газа через нагре­ тую до 350° С трубку с окисью меди, дожигают водород и окись углерода, метан дожигают в сосуде с платиновой спиралью, раска­ ленной до 850—900° С. По разности определяют содержание азота.

§ 10. Температура тел и ее измерение

Т е м п е р а т у р о й называют степень нагретости тела или его тепловое состояние.

Чаще всего температуру тела измеряют термометрами со сто­ градусной шкалой и обозначают t °С.

* Интерференция — взаимное усиление или ослабление волн при нало­ жении их друг на друга.

23-

/

Температуру ниже —39° С измеряют спиртовыми термометрами. В технике пользуются термометрами сопротивления, манометриче­ скими термометрами, термоэлектрическими пирометрами и пиро­ метрами излучения. Например, для измерения температуры до +500° С применяют электрические пирометры сопротивления. В кот­ лах и котельных установках наиболее широко используют термо­ электрические пирометры (рис. 5, а), или термопары. Устройство и принцип работы их следующий. В точке 1 сваривают два провод­ ника из различных металлов. К другим концам проводников 2 и 3

а — термоэлектрического; б — радиационного.

присоединяют посредством медных проводов 4 милливольтметр 5. Если нагревать точку спайки 1, то в цепи образуется электрический ток, вызываемый термоэлектродвижущей силой, которая на нёспаянных концах будет повышаться по мере нагревания спайки. При этом стрелка милливольтметра будет отклоняться, показывая соответ­ ствующую температуру. Проводники термопары изолируют фарфоро­ выми трубочками 6 или бусами и закрывают защитным кожухом 7, который выполняют из стали, меди или фарфора. Свободные концы термопары заканчиваются контактными винтами, помещенными в головке термопары под крышкой.

Термопару для измерения температуры отходящих газов за кот­ лом необходимо устанавливать перед шибером так, чтобы рабочий конец ее находился внутри дымохода в центре потока газов. Отвер­ стие в кладке, через которое термопару пропускают в дымоход, надо плотно замазать глиной или заделать асбестом. Поскольку милли­ вольтметр градуируется в градусах Цельсия (°С), то чтобы избе­

24

жать погрешности в показаниях прибора, вносят поправку на тем­ пературу холодных концов термопары. Для этого обычным термо­ метром измеряют температуру в зоне нахождения концов термопары и прибавляют ее к температуре, показываемой милливольтметром. Для более точных измерений температуру холодных концов термо­ пары предварительно следует умножить на коэффициент термопары. Для копель-хромелевой термопары коэффициент составляет 1—0,78 в зависимости от измеряемой температуры.

Пирометры излучения — радиационные (рис. 5, б) применяются для измерения температур свыше 800° С, например, в топке котель­ ного агрегата. Принцип их работы основан на поглощении теплоты, излучаемой нагретыми газами. При наведении телескопа пирометра на раскаленное тело тепловые лучи с помощью линзы 1 и диафрагмы 2 концентрируются в фокусе объектива, нагревая термоэлемент 3. Между термоэлементом 3 и подвижным окуляром 5 помещается цвет­ ной или дымчатый фильтр 4. Возникший при нагревании спайки тер­ моэлемента электроток отклонит стрелку милливольтметра 6, и на шкале, градуированной в градусах Цельсия, будет показана темпе­ ратура тела.

§11. Единица тепла (теплоты). Понятие о теплоемкости

иколичестве передаваемого тепла

это работа, которую совершает постоянная сила в 1 н, на пути в 1 м, пройденном точкой приложения силы под действием и в направлении этой силы. В качестве внесистемных тепловых единиц ГОСТ 8550—61 «Тепловые единицы» допускает применение калории и килокалории.

К а л о р и я (кал) — это количество тепла, которое необходимо сообщить 1 г чистой воды, чтобы повысить ее температуру на 1° С. К и л о к а л о р и я (ккал), или большая калория, равна 1000 кало­

предельное значение теплоемкости, когда разность температур ста­ новится бесконечно малой. Чтобы охарактеризовать тепловые свой­ ства вещества, из которого состоит тело, вводится понятие у д е л ь ­ н о й теплоемкости. Для определения удельной теплоемкости с, надо количество теплоты Q разделить на массу тела т и на разность температур t 2 — t u

с= ___ 2___

т(h — h)

25

Значения удельной теплоемкости различных веществ даны в табл. 7. Теплоемкость при постоянном давлении ср больше тепло­ емкости при постоянном объеме сѵ, так как в первом случае тепло расходуется не только на увеличение температуры газа, но и на его расширение. Для идеальных газов справедливо соотношение

где с®, Су — молярные теплоемкости; А — тепловой эквивалент ра­ боты *; R — универсальная газовая постоянная **.

Таблица 7

Теплоемкость газовой смеси можно определить согласно правилу смешения, т. е.

* См. § 27. ** См. § 13.

26

§ 12. Основные способы передачи тепла

жидкого или газообразного вещества. Конвекция может быть есте­ ственной и искусственной.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь — молекулярный процесс передачи тепла внутри тела от наиболее нагретых частиц к менее нагретым. Она неодинакова. Теплопроводность накипи в 50 раз меньше тепло­ проводности стали, а теплопроводность сажи в несколько сот раз меньше теплопроводности стали. Поэтому во избежание аварии, перерасхода топлива и снижения выработки котлом горячей воды или пара необходимо содержать стенки котлов в чистоте. Для луч­ шего использования тепла питательную воду предварительно очи­ щают от солей и примесей, а газовую поверхность котельного агре­ гата обдувают паром или сжатым воздухом от налетов золы и сажи и очищают от шлама. Если необходимо ослабить интенсивность пере­ дачи тепла, применяют теплоизоляционные материалы. Паропро­ воды, баки для питательной воды покрывают снаружи тепловой изо­ ляцией.

Р а д и а ц и я , или прямая отдача, — это передача тепла луче­ испусканием. В котельных агрегатах теплообмен излучением имеет большое значение. Так, поверхность нагрева в топочной камере агрегата получает большое количество тепла излучением от раска­ ленного слоя топлива, твердых взвешенных частиц (летучей золы, сажи и горящей угольной пыли при пылевидном методе сжигания) и непрозрачных газов (сернистого и углекислого газов и водяных паров).

§ 13. Основные законы газового состояния

Большинство законов газового состояния веществ относится к так называемым идеальным газам, т. е. газам, молекулярные силы которых равны нулю, а объем самих молекул бесконечно мал по сравнению с объемом межмолекулярного пространства. Давление газа, помещенного в сосуд постоянного объема (например, в баллон), от нагревания будет повышаться, а от охлаждения — понижаться. Французский ученый Шарль в 1787 г. установил, что при постоян­ ном объеме абсолютные давления неизменной массы газа прямо про­ порциональны его абсолютным температурам

(13)

Р у Т у

где Ру, Р 2 — абсолютные давления в кгс/см2; Ту, Т 2 — абсолютные температуры газа в К.

27

Независимо один от другого, английский ученый Роберт Бойль в 1662 г. и французский физик Эдм Мариотт в 1676 г. установили,

что при постоянной температуре объемы одной и той же массы газа

Этот закон называется законом Бойля — Мариотта. Из формулы

т. е. при постоянной температуре произведение давления идеального газа на его объем есть величина постоянная.

Французский физик и химик Жозеф Луи Гей-Люссак в 1802 г. установил зависимость между температурой газа и его давлением или объемом. Опыты показывают, что при нагревании газа на 1° С под постоянным давлением объем массы газа увеличивается на по­

Закон Гей-Люссака можно сформулировать так: при постоянном давлении объемы одной и той же массы газа прямо пропорциональны

В общем случае, когда изменяют температуру, давление и объем газа, применяют объединенный закон Бойля — Мариотта и ГейЛюссака

Законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака могут быть объеди­ нены в одно общее математическое уравнение идеального газа, свя­ зывающего три величины: объем, давление и температуру газа- (уравнение Менделеева — Клапейрона). Это уравнение имеет вид

В таком виде уравнение называется уравнением Клапейрона. Если взять 1 г-моль газа, то Ѵ0 = 22,4 л, таким образом газовая постоянная 1 г-моль для всех газов будет одинаковой, и она назы­

28

Откуда

где М — молекулярная масса газа.

Согласно уравнению состояния идеального газа универсальная газовая постоянная для 1 моля может быть выражена

Итальянский физик Амадео Авогадро в 1811 г. высказал гипо­ тезу, что в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре и давлении) содержится одинаковое число молекул.

Экспериментально установлено, что при р — 760 мм рт. ст. и t =

— 0° С, грамм-молекулы различных газов занимают объем, равный 22,414 л (округлено 22,4 л). Этот объем называют молярным, или грамм-молекулярным (число Авогадро).

§ 15. Критические и приведенные параметры

Температуру, выше которой данный газ не может быть приведен

в жидкое состояние любым повышением давления, называют к р и ­

ти ч е с к о й . Давление, необходимое для сжижения газа при этой температуре, называют к р и т и ч е с к и м . Для некоторых горю­ чих газов значения критического давления приведены в табл. 8.

влению, критической температуре и критическому объему, также называют к р и т и ч е с к и м . Критические параметры газовой смеси подсчитывают по правилу смешения. Например, критическую температуру газовой смеси можно определить по уравнению

29

30

где Fi, F 2, . . Vn — объемные или массовые концентрации ком­ понентов газовой смеси в долях единицы; Гкрі, ТкРг, . . ., Гк —

критические температуры компонентов, входящих в газовую смесь. Так определяют и другие критические параметры. Подсчитанные по правилам смешения критические параметры

Приведенной температурой называют отношение абсолютной тем­ пературы газа к критической

Экспериментально установлено, что все газы при одинаковых да­ влениях и температурах имеют одинаковый объем. Эта закономер­ ность называется законом соответственных состояний.

§ 16. Отклонение законов реальных газов от законов идеальных газов

Из многих попыток дать поправки к законам газового состоя­ ния реальных газов наибольшее распространение получило уравне­ ние Ван-дер-Ваальса (1873 г.)

правка на объем, которая при допущении шарообразности молекул равна учетверенному объему самих молекул.

Уравнение (28) неприменимо к бутану, пропану и их смесям, и пользоваться им при термодинамических расчетах трудно. Удоб­ нее применять уравнение состояния идеального газа, введя в него эмпирическую безразмерную поправку: pV=zRT, откуда

Безразмерный поправочный коэффициент называют коэффициентом сжимаемости газов.

31