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

§17. Вязкость и влажность газов

Вя з к о с т ь — это свойство частиц газов или жидкостей ока­ зывать сопротивление относительному перемещению своих слоев. Она зависит от многих причин и, в частности, от давления, величины перемещающихся поверхностей, скорости перемещения и темпера­ туры. Зависимость ее от температуры определяется формулой

(30)

где ро — вязкость при 0° С в кг-с/м 2; Т — абсолютная температура

жидкости измеряется в пуазах (пз). 1 пз— это сила в 1 дину (г-см/с2),

1см/с. Отношение абсолютной вязкости ц (греческая буква «эта»),

кмассовой плотности газа или жидкости называется к и н е м а т и ­ ч е с к о й вязкостью и обозначается ѵ (греческая буква «ни»)

Кинематическая вязкость измеряется в см2/с или м2/с. 1 см2/с называется стоксом (ст).

Горючие газы в реальных условиях насыщаются водяными па­ рами за счет воды, проникающей в газопроводы, но такое насыще­ ние происходит только до предельного давления, равного упругости насыщенного водяного пара при данной температуре. Если содержа­ ние водяных паров выше этого предела, начинается их конденсация. Количество водяных паров в единице объема или массы газа назы­

н а с ы щ е н и я , газа водяным паром называют процентное отно­ шение фактического количества водяных паров к максимально воз­ можному содержанию его при данной температуре и давлении; ее выражают как в долях единицы, так и в процентах; обозначают греческой буквой ф (фи).

Температура, соответствующая полному насыщению газа водя­ ными парами, называется т о ч к о й р о с ы .

§ 18. Кристаллогидраты углеводородных газов

Углеводородные газы (метан, изобутан, к-бутан, этан, пропан) образуют гидраты при температуре значительно выше температуры образования льда. Каждый из них характеризуется максимальной температурой, выше которой никаким повышением давления не-

32

возможпо вызвать образование гидратов. Такую температуру назы­ вают к р и т и ч е с к о й т е м п е р а т у р о й г и д р а т о о б р а ­ з о в а н и я. Для метана она равна 21,5° С, пропана 5,5° С, этана 14,5° С, изобутана 2,5° С и к-бутана 1° С.

Для борьбы с образованием кристаллогидратов газ осушают перед подачей его в газопровод.

§19. Упругость паров

Уп р у г о с т ь ю насыщенных паров жидкости называют давле­ ние, при котором жидкость при данной температуре находится в рав­ новесии со своими парами. Объем газа, получающийся при испарении сжиженных углеводородов, можно определить по формуле

где G — масса сжиженного углеводорода в кг; Ѵ ^ — молекулярный объем углеводорода в м3/моль.

Объем паров, получающийся при испарении 1 м3 сжиженного

Контрольные вопросы

1. Что такое плотность тела и как ее определяют?

2.Что такое давление, каким прибором и как его определяют?

3.Как устроен и работает пружинный манометр?

4.Сформулируйте закон Бойля — Мариотта.

5.Сформулируйте закон Гей-Люссака.

6.Сформулируйте закон Авогадро.

I

3 П. А . Литвиненкэ

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ И ИХ СВОЙСТВА

§ 20. Природные и искусственные горючие газы

Горючие газы делятся на природные (естественные) * и искус-

ваемый вместе с нефтью и отделяемый от нее в специальных резер­

Искусственные газы получают на газовых заводах. К основным из них относятся: генераторный, коксовый, нефтяной (иначе его называют нефтяной пиролизный или крекинг-газ; из него получают пропан, бутан, бутйлен, пропилен и другие сжиженные газы). К по­ путным искусственным газам относится д о м е н н ы й г а з , явля­ ющийся отходом доменного процесса при выплавке чугуна из желез­ ной руды.

§ 21. Естественные горючие газы

Для добычи газа обычно бурят скважины. Добытые газы очи­ щают от вредных примесей на промысле. Очищенный и осушенный газ под давлением 55 кгс/см2 направляют по магистральным газо­ проводам потребителям.

Естественные газы не имеют запаха, за исключением газов с при­ месью сероводорода, имеющего запах тухлых яиц, и тяжелых угле­

Горючие газы, подаваемые во все населенные пункты, согласно ГОСТ 5542-50 должны отвечать следующим требованиям. Содержа­

* Газы, содержащие меньше 50 г/м3 тяжелых углеводородов, принято называть тощими, или сухими.

** Конденсат — продукт, получающийся при переходе пара в жидкое состояние; например, жидкие продукты, образующиеся при охлаждении паров нефти в процессе ее перегонки.

34

ние вредных примесей (на 100 м3) газа не должно превышать: серо­ водорода — 2 г, аммиака — 2 г, цианистых соединений в пересчете на HCN (синильную кислоту) — 5 г, смолы и пыли — 0,1 г, нафта­ лина летом ^—10 г, зимой — 5 г; содержание кислорода не должно быть более 1% об. (объема); запах нетоксических газов должен ощу­ щаться при содержании их в воздухе не более 1/5 от нижнего пре.- дела воспламеняемости, а запах токсических газов —при содержании их в воздухе в количествах, допускаемых санитарными нормами. Если содержание кислорода в горючих газах будет больше указан­ ной нормы, то может образоваться опасная газовоздушная смесь. Кроме того, кислород будет способствовать коррозии газопровода и оборудования.

§ 22. Искусственные горючие газы

Состав, свойства и теплота сгорания искусственных горючих га­ зов различны и зависят главным образом от продукта, из которого их вырабатывают, й способа переработки.

Существует два способа получения искусственных газов: 1) су­ хой перегонки и 2) «безостаточной» газификации твердого топлива.

печах без доступа воздуха. При этом из топлива выделяется летучая часть — горючий газ, который отсасывается из печи насосом экс­ гаустером. Куски же оставшейся твердой части спекаются, образуя кокс. Таким образом из 1 т каменного угля получают до 300—350 м3 коксового газа.

Горючие газы могут быть получен# также из других видов то­ плива, например из горючих сланцев в камерных вертикальных круглых печах непрерывного действия, снабженных генераторами для подогрева воздуха и газа.

Искусственный газ способом «безостаточной» газификации твер­ дого топлива получают путем подачи воздуха или смеси воздуха с водяным паром в раскаленный слой топлива в газогенераторах *. Генераторные газы могут быть получены различного состава и ка­ чества и разделяются на водяной, воздушный, паровоздушный, паро­ кислородный и др. В газовые сети их подают в составе с другими газами или используют для сжигания в стекловаренных, металлур­ гических и других печах, требующих газового нагрева.

§23. Балластные газы и вредные примеси горючих газов

Всостав горючей части газообразного топлива входят водород, окись углерода, метан и другие тяжелые углеводороды. Водород —

газ без цвета, запаха и вкуса, легче воздуха в 14,4 раза. Окись

* Газогенератор — шахта, в которую сверху подают твердое топливо, внизу имеется колосниковая решетка, под которую подводят дутье, здесь обра­ зуется очаг горения.

углерода (угарный газ) — бесцветный, без запаха и вкуса, легче воздуха, очень ядовитый. Метан (болотный газ) — бесцветный, без запаха и вкуса.

В составе природных и попутных газов содержатся и другие угле­ водороды, например: пропан — газ без цвета и запаха и бутан — также'без цвета и запаха, который при температуре —10° С и нор-

.мальном давлении превращается в жидкость.

В состав негорючей части газообразного топлива могут входить углекислый газ, азот и небольшое количество кислорода; это так называемые балластные газы. Углекислый газ — без цвета и запаха с кисловатым привкусом, не горит и не поддерживает горения, в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Кроме того, горючие газы (особенно искусственные) содержат вредные примеси: влагу, смолу, пыль, нафталин и сернистые соеди­ нения (сероводород и сернистый газ). Смола, пыль и нафталин, осаждаясь в газопроводах, уменьшают их прохоДные сечения и снижают пропускную способность. Нафталин содержится в газе в виде паров. При низких температурах он конденсируется и выпадает в виде кри­ сталлов.

§ 24. Попутные горючие газы

Попутный газ получают вместе с нефтью. В нефти содержится от 10 до 50% по весу газа. В растворенном состоянии находятся тяже­ лые углеводороды, а легкие (метан, этан и др.) — над нефтью в виде так называемой «газовой шапки». При добыче нефти газовую фрак­ цию улавливают, наиболее легкие компоненты отделяют путем сни­ жения давления выходящей из,скважины нефти и улавливают в се­ параторах или нефтяных трапах, в которые нефть поступает из сква­ жины.

§ 25. Смешанные горючие газы

Смешанным газом называют смесь природных и искусственных газов. Смешанный газ легче воздуха, бесцветный. В его составе имеется водород и окись углерода, этим он отличается от природ­ ного газа. Кроме того, в смешанных газах могут быть водяной и воз­ душный генераторные газы, газ карбюрации жидкого топлива и др. Обычно смешивают газы, имеющие сравнительно невысокую теплоту «горания (водяной газ)к, с высококалорийным газом (пропан или бутан). От смешивания водяного газа с небольшим количеством пропана (6— 7%) получается смешанный газ калорийностью 4200—4500 ккал/м3.

§ 26. Теплота сгорания

При сгорании одного и того же количества разных видов топлива выделяется неодинаковое количество тепла.

Количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 кг (или 1 м3) топлива, называют т е п л о т о й с г о р а н и я , или т е п л о ­

36

т в о р н о й с п о с о б н о с т ь ю . Теплоту сгорания обозначают латинской буквой Q и выражают в калориях или джоулях, отнесен­ ных к единице массы или объема.

Теплоту сгорания можно определить путем расчета, если изве­ стен химический состав газа, или калориметром (рис. 6). Установка

I — Предохранительное устройство для автоматического прекращения нодачи газа при недо­ статке воды; 2 , 10 — регуляторы давления газа; 3 — газовый счетчик; і — редукционный прибор, приводящий определяемую калорийность газа к 0° С и 760 мм рт. ст. в сухом виде, 5 — сборник для равномерной подачи воды в калориметр; в — водомер; 7 — самопишущий прибор; 8 — клеммы термоэлемента для электропередачи калорийности газа на прибор 9; II — холодильник; 12 — насос; 13 — резервуар; 11 — увлажнитель воздуха; 15 — газовая

горелка. ѵ

для определения теплоты сгорания состоит из калориметра, газовой горелки, газовых часов, чашечных весов для взвешивания воды, мерных сосудов, термометров со шкалой от 0 до 50° С и делениями через 0,1°. Исследуемый газ подводят к горелке, и, сжигая нагревают воду, омывающую трубки камеры сгорания. Нагретая вода посту­ пает в мерный сосуд. Измеряют температуру входящей и выходящей воды, а также охлажденных продуктов сгорания. Отсчитывают

37

38

количество газа, израсходованного на нагрев взвешенного количества воды. Теплоту сгорания газа определяют по формуле

где w — масса воды в г; £вых —tBX— разность температур воды выходя­ щей из калориметра и входящей в него в °С; Ѵ0 — объем сгорев­ шего газа, приведенный к стандартным условиям.

При сжигании газообразного топлива образуются водяные пары с большим количеством тепла (до 619 ккал на 1 кг пара), что увели­

теплоту сгорания вычисляют при условии, что водяные пары, на­ ходящиеся в продуктах сгорания, доводятся до жидкого состояния. Если же превратившийся в пар водород уходит, то скрытая теплота, содержащаяся в нем, теряется и вычитается из общего количества тепла, выделенного сгоревшей единицей газа. В этом случае полу­ чается н и з ш а я т е п л о т а с г о р а н и я <?„. Таким образом, низшая теплота сгорания не учитывает тепло водяного пара, выделяе­ мое при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, и тепло, полученное водой, охлаждающейся до 20° С. В практике сжигание горючих газов оценивается по низшей теплоте

Таблица 10

Низшая теплота сгорания некоторых топлив

39

/

сгорания, поскольку тепло, полученное в топках, не включает в себя тепло, содержащееся в водяных парах, отходящих в дымовую трубу вместе с продуктами горения. Теплота сгорания некоторых горючих газов и топлив приведена в табл. 9, 10.

§ 27. Понятие об условном топливе и топливном эквиваленте

Понятие «условное топливо» введено для удобства сравнения раз­ личных видов и сортов топлива при определении норм расхода, экономии, запасов и др. За единицу условного топлива (у. т.) при­ нимается топливо, имеющее теплоту сгорания 7000 ккал/кг (29 307 кдж/кг). Для перевода любого сжигаемого топлива в условное не­ обходимо значение его низшей теплоты сгорания разделить на 7000. Полученный результат, т.е. величина, показывающая во сколько раз теплота сгорания данного топлива меньше или больше теплоты сго­

Если теплота сгорания выражена в Мдж/кг или Мдж/м2, то для получения теплового эквивалента имеющееся значение надо разде­ лить на 29,3. Например, для нормальных физических условий те­

=1, 21.

§28. Процесс горения. Реакция и расчеты горения газа Полное и неполное сгорание газа

Горение — это химический процесс соединения горючих состав­ ных частей топлива с кислородом воздуха. Процесс совершается быстро в определенных количественных соотношениях, обусловлен­ ных химическими уравнениями реакций окисления, протекающих с выделением тепла и света. Чем меньше окислено топливо, тем выше его теплота сгорания.

Температура, при которой реакция медленного окисления горю­ чего газа переходит в самопроизвольный процесс горения, не требу­

честве, обеспечивающем полное сгорание топлива, — одно из основ­ ных условий для поддержания устойчивого процесса горения. Для правильного горения газообразного топлива топку или горелку не­ обходимо устраивать так, чтобы воздух поступал в нее в достаточном количестве и хорошо смешивался с горючим.

В горении принимает участие имеющийся в горючих газах сво­ бодный кислород, который необходимо учитывать при определении количества кислорода, требующегося для сжигания газа. Обычно пользуются упрощенными уравнениями для выражения начального и конечного состояния реакций горения газа. Обозначив углеводо­

40

В соответствии с формулой (35) приводятся реакции горения го­ рючих газов в кислороде (табл. 11) и в воздухе (табл. 12) На их основании можно определить расход кислорода и воздуха на сжига­ ние 1 м3 газа.

Таблица 11

Реакции горения горючих газов в кислороде

Практически в горении топлива участвует не чистый кислород, а атмосферный воздух. Состав сухого воздуха, без учета незначи­ тельного количества редких газов и углекислоты, почти целиком со­ стоит из азота п кислорода (в %):

или на 1 м3 кислорода приходится 7Q =*= 3,76 м3 азота.

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сжига­ ния газового топлива, равен сумме объема кислорода и соответ­ ствующего ему объема азота

41