|
|
1.2.8 Газоснабжение. Газоснабжение
Молярная масса М,кг/кмоль, — это отношение массы вещества к его количеству.,
Плотность ρ, кг/м3, — это масса газа, приходящаяся на 1 м3 занимаемого им объема.
Вязкость — это способность газа оказывать сопротивление взаимному перемещению частиц. В соответствии с кинетической теорией газов, молекулы соседних слоев газа перемешиваются вследствие теплового движения частиц. Происходит перенос импульса от молекул быстро движущегося слоя к молекулам более медленно движущегося слоя. В результате постепенно выравниваются скорости движения в соседних слоях движущегося потока газа.
В соответствии с кинетической теорией газов кинематическая вязкость пропорциональна коэффициенту внутренней диффузии D:
v D.
Влажностью называется содержание в газе водяного пара.
Насыщение водяными парами газа может быть только до определенного предела, который зависит от температуры и давления. Температура, при которой газ, находящийся под определенным давлением, насыщен до предела водяными парами, называется точкой росы. Охлаждение от этой точки приводит к конденсации водяных паров.
Одной из качественных характеристик влажности газа является парциальное давление, или упругость водяных паров, т. Е. давление водяных паров при условии, что им предоставлен весь объем, занятый влажным газом.
Различают абсолютную и относительную влажность газа.
Абсолютной влажностью (влагосодержанием)газа называется количество или масса водяных паров, содержащихся в единице объема газа. Единица измерения абсолютной влажности — г/м3.
Под относительной влажностью понимают процентное отношение фактического количества водяных паров к максимально возможному его содержанию при данных температуре и давлении. Относительная влажность насыщенного газа равна единице.
При относительной влажности φ > 0,6 углеводороды с водой образуют кристаллогидраты, представляющие собой белые кристаллические тела, похожие на снег или лед. Они приводят к закупорке газопроводов, клапанов регуляторов давления, запорной арматуры. Метан с водой образует гидрат СН4 · 6Н2О, этан – С2Н6 · 8Н2О, пропан – С3Н8 · 18Н2О.
Гидраты появляются при температуре, значительно превышающей температуру образования льда. Максимальная температура, выше которой ни при каком повышении давления нельзя вызвать гидратообразования. Для метана она составляет 21,5 0С, этан – 14,50С, пропана – 5,50С.
Чем тяжелее углеводородный газ, тем скорее он образует гидрат при наличии влаги.
Для предотвращения образования кристаллогидратов необходимо снижать влажность газов до φ < 0,6 при самой низкой расчетной температуре в газопроводе.
Образовавшиеся гидраты можно разложить подогревом газа, снижением его давления и вводом веществ, уменьшающих упругость водяных паров и понижающих точку росы газа. Одним из таких веществ является метиловый спирт, который надо вводить в количестве 0,26 кг на 1000 кг газа.
Тепловые свойства газов
Тепловые свойства газов определяются их теплоемкостью, теплопроводностью, теплосодержанием и теплотой сгорания.
Теплоемкостью газа называется его способность при нагревании поглощать теплоту. Теплоемкость газа С можно выразить отношением подведенного к газу количества теплоты ΔQк изменению температуры ΔT:
Теплоемкость газа представляет собой количество теплоты, необходимое для нагрева газа на 1 К. Единица измерения теплоемкости — Дж/К. Если теплоемкость отнести к количеству газа, то получим удельную теплоемкость.
Удельной теплоемкостьюназывается отношение подведенного к газу количества теплоты к произведению единицы количества газа и изменения его температуры.
В зависимости от того, что принимается за единицу количества газа, удельная теплоемкость называется массовой ст, Дж/(кг-К), молярной сM, Дж/(моль • К), объемной сV, Дж/(м3- К). Указанные теплоемкости связаны друг с другом следующими соотношениями:
ст = сM/М; cV = cM/VM; cM = cmM = cVVM,
где М—молярная масса, кг/моль; VM—молярный объем, м3/моль (для идеального газа при стандартных условиях VM
22,4∙10-3 м3/моль).
Теплопроводность газа – это его способность проводить теплоту, т.е. осуществлять молекулярной перенос энергии. Молекулы участков газа, где температура выше, обладают большей энергией и передают ее соседним молекулам, обладающим меньшей энергией. Это приводит к выравниванию температур ΔΤ, но передача теплоты не связана с переносом частиц.
Теплопроводность называется стационарной, если вызывающая ее разность температур ΔΤ сохраняется неизменной.
Теплопроводность, или молекулярный перенос энергии, характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, который показывает, какое количество теплоты передается в единицу времени через единицу поверхности, нормальной к направлению теплового потока, при изменении температуры на 1 К на единицу длины:
Теплосодержанием газа называется количество теплоты, которым он обладает при данной температуре Т:
QТ = сmmT, где
сm – удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг·К); m – масса газа, кг; T – температура газа, К.
Теплота сгорания — это тепловой эффект, который дает газ в виде количества теплоты, выделяющейся при полном сжигании единицы количества газа при нормальных условиях.
Различают высшую и низшую теплоту сгорания.
Высшей теплотой сгорания топливаQBназывается количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы количества топлива при условии конденсации водяных паров в продуктах сгорания.
Низшей теплотой сгорания топливаQHназывается количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы количества топлива при отсутствии конденсации водяных паров в продуктах сгорания, образующихся при горении.
Зависимость между высшей и низшей теплотой сгорания:
QB – QH = Gводλn,
где Gвод— содержание влаги в продуктах сгорания, кг/кг; λn—теплота парообразования, условно принимаемая равной 2,51 МДж/кг.
Теплоту сгорания природного газа определяют по ГОСТ 22667. Теплоту сгорания сухих горючих газов, представляющих собой смеси простых газов, вычисляют по объемному составу хi,и теплоте сгорания Qiих компонентов:
Qc = ∑ Qiхi
Методы расчета физических свойств природного газа установлены межгосударственными стандартами ГОСТ 30319.0 — 96 (общие положения), ГОСТ 30319.1 — 96 (определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки), ГОСТ 30319.2 — 96 (определение коэффициента сжимаемости), ГОСТ 30319.3 — 96 (определение физических свойств по уравнению состояния).
Реакции горения
Горение представляет собой быструю химическую реакцию соединения горючих компонентов топлива с кислородом, сопровождающуюся интенсивным выделением тепла с резким одновременным повышением температуры.
Реакции горения выражаются стехиометрическими уравнениями с качественным и количественным определением веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате ее.
Так, например, для метана реакция горения выглядит следующим
образом:
СН4+2О2 = СО2+2Н2О +191,6 ккал/моль
Реакцию горения углеводородных газов можно выразить общим уравнением:
CmHn+ (m+n/4)О2 = mСО2 + (n/2)H2О + Q, где
m – число углеродных атомов в молекуле углеводорода;
n – число водородных атомов в той же молекуле;
Q – тепловой эффект реакции.
В практических условиях сжигания газа кислород для горения подается с воздухом как его составная часть. Состав сухого воздуха, без учета незначительных количеств углекислоты и резких газов, принимается следующим (в процентах по объему):
По объему – О2 – 21,0
N2 – 79,0
По весу – О2 – 23,2
N2 – 76,8
Следовательно, 1м3 – О2 содержится в
^ = 4,76 м3 воздуха, или на 1м3 кислорода приходится = 3,76м3 – N2
Расчет обычно ведут на 100 м3 сухого газа, и все объемы относят к нормальным условиям.
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
C2H6 + 3,5O2 + = 2CO2 + 3H2O
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
C4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O
Определить объем воздуха:
Теоретический объем окислителя (кислорода)– это наименьшее количество окислителя, необходимое для полного сгорания единицы объема газа.
V0о2 =0,01 , м3/ м3
Коэффициент избытка окислителя(воздуха)– это отношение объема окислителя в горючей смеси Vо к теоретическому объему окислителя для данной смеси:
1.2. Объем кислорода при сжигании газа с коэффициентом избытка воздуха 
V0о2 = V0о2
1.3. Избыточное количество кислорода
Vо2изб = ( - 1) V0о2
|
|
|
Скачать 1.5 Mb.