Copyright оао цкб бибком & ооо Aгентство KнигаCервис удк 621. 64
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
Москва ЭНАС 2008 К ниж на я пол Ка специалиста Эксплуатация и ремонт оборудования систем газораспределения практическое пособие для слесаря газового хозяйства кг. кязимов, в. е. гусев Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» УДК 621.64 ББК КР е цензе н т БАС около в, кандидат технических наук, доцент кафедры Энергетика высокотемпературных технологий Московского энергетического университета Кязимов КГ, Гусев В. Е. Эксплуатация и ремонт оборудования систем газораспределения практ. пособие для слесаря газового хозяйства / КГ. Кязимов, В. Е. Гусев. – М. : ЭНАС, 2008. – 288 сил. Книжная полка специалиста Приведены основные сведения о системах газораспределения, обустройстве и эксплуатации газопроводов, бытовой газовой аппаратуры, газорегуляторных пунктов. Рассмотрены техническое обслуживание, неисправности газопроводов и оборудования, способы их обнаружения и устранения, техника безопасности при эксплуатации газового хозяйства. Для подготовки и повышения квалификации слесарей газового хозяйства, обучения незанятого населения. Будет полезна также инженерно-техническим работникам, специалистами ответственным за безопасную эксплуатацию и ремонт оборудования систем газо- распределения. УДК 621.64 ББК К ЗАО Издательство НЦ ЭНАС», 2008 ISBN 978-5 -93196-873-5 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Глава 1 горЮЧие газЫ и иХ своЙства основные сведения о газообразном и жидком топливе Топливом называются горючие вещества, которые сжигаются для получения тепла. В соответствии с физическим состоянием топливо разделяют на твердое, жидкое и газообразное. К твердому топливу относят уголь, торф, горючие сланцы, дрова. К жидкому топливу относят сырую нефть, различные нефтепродукты и мазут. К газообразному топливу относят природный газа также различные промышленные газы доменный, коксовый, генераторный и пр. В зависимости от происхождения топливо разделяется на природное и искусственное. Природным называют топливо в том виде, в котором оно было получено при добыче уголь, торф, нефть, природный газ. Искусственное топливо – это продукт, полученный при технологической переработке природного топлива. Например кокс, брикеты угля, дизельное топливо, мазут, доменный, коксовый, генераторный газы. Топливо, которое по техническими экономическим соображениям невыгодно перевозить на большие расстояния из-за его низкого качества, как правило, используют вблизи места его добычи или получения, оно называется местным. К высококачественному топливу относятся каменный уголь, антрациты, жидкое топливо и природный газ. Физико-химические свойства природных газов Природные газы без цвета, запаха и вкуса. Основными показателями природных газов являются состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и давление при взрыве ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» Природные газы чисто газовых месторождений состоят в основном из метана (82–98 %) и других углеводородов. В состав природного газа входят горючие и негорючие вещества. К горючим газам относятся углеводороды (C m H n ), водород Н, сероводород (H 2 S); к негорючим – углекислый газ (СО, кислород (О, азот (N 2 ) и водяной пар (НО. После добычи газа из него извлекают токсичный газ сероводород, остаточное содержание которого должно быть не выше 0,02 г/м 3 Теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м газа. Измеряется в ккал/м 3 , кДж/м 3 газа. Различают высшую теплоту сгорания св, когда учитывается тепло, затраченное на конденсацию водяных паров, которые находятся в дымовых газах, и низшую с н Q , когда это тепло не учитывается. Поскольку температура уходящих газов в топливопитающих устройствах выше температуры, при которой происходит конденсация водяных паров, в расчетах обычно используется низшая теплота сгорания топлива. Плотностью вещества является величина, которая определяется отношением массы вещества к его объему. Единица измерения плотности кг/м 3 . Плотность природного газа зависит от его состава и находится в диапазоне с г = 0,73–0,85 кг/м 3 Важной характеристикой любого горючего газа является жаро- производительность, те. максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает химическим формулам горения, а начальная температура газа и воздуха равна нулю. Жаропроизводительность природных газов составляет примерно Сметана С. Действительная же температура горения в топках существенно ниже жаропроизводитель- ности и зависит от условий сжигания. Температура воспламенения – это такая температура топливовоздушной смеси, при которой смесь начинает гореть без источника воспламенения. Для природного газа она составляет 645–700 °С. Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, в составе которой газа находится: до 5 % – не горит; от 5 до 15 % – взрывается; больше 15 % – горит при подаче воздуха. Давление при взрыве природного газа составляет 0,8–1,0 МПа. Природный газ не имеет запаха. Для определения утечки газ одоризируют (придают ему специфический запах. Для одориза- ции используют этилмеркаптан (C 2 H 5 SH). Норма одоризации 16 г C 2 H 5 SH нам газа. Одоризация проводится на газораспреде- Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 5 лительных станциях (ГРС). При наличии в воздухе 1 % природного газа должен ощущаться его запах. Практически определено, что средняя норма этилмеркаптана для одоризации природного газа, поступающего в городские сети, составляет 16 г нам газа. Использование природного газа имеет ряд преимуществ по сравнению с твердыми жидким топливом: относительная дешевизна, обусловленная более легким способом добычи и транспорта; отсутствие золы и выноса твердых частичек в атмосферу; высокая теплота сгорания; не требуется подготовки топлива к сжиганию; облегчается труд обслуживающего персонала и улучшаются санитарно-гигиенические условия его работы; облегчаются условия автоматизации рабочих процессов. Но использование природного газа требует особых мер осторожности, так как возможна его утечка через неплотности в местах соединения газопровода и присоединения арматуры. Наличие в помещении более 20 % газа вызывает удушье, скопление его в закрытом объеме от 5 до 15 % может привести к взрыву газовоздушной смеси. При неполном сгорании образуется токсичный угарный газ СО, который даже при небольших концентрациях может привести к отравлению обслуживающего персонала. горение природного газа Горение природного газа – это сложный физико-химический процесс взаимодействия горючих его составляющих с окислителем, при котором происходит преобразование химической энергии топлива в тепло. Горение бывает полными неполным. Полное горение происходит при непрерывной подаче топлива и воздуха в достаточном количестве, хорошем перемешивании газа с воздухом, достаточной температуре в топке. Невыполнение этих условий приводит к неполному сгоранию топлива, при котором выделяется меньшее количество тепла, образуются газообразные продукты неполного сгорания – окись углерода (СО, водород (Н, метан (СН 4 ), а также сажа, оседающая на поверхностях нагрева, ухудшающая теплообмен и увеличивающая потери тепла, что приводит к перерасходу топлива и снижению КПД котла, загрязнению атмосферы. Реакция горения углеводородов с общей формулой C m H n описывается уравнением m n 2 n n 2 2 4 2 C H +(m+ )O =mCO + H O. Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» В соответствии с этим можно записать реакции горения основных компонентов природного и сжиженного газов и определить необходимое количество кислорода и воздуха: метан СН 4 + О = СО + 2Н 2 О; этан С 2 Н 6 + О = СО + 3Н 2 О; пропан С 3 Н 8 + О = СО + 4Н 2 О; бутан С 4 Н 10 + О = СО + 5Н 2 О. Согласно формуле, для сгорания 1 м метана нужном кислорода (О, который содержится в 9,52 м воздуха. Для полного сжигания природного газа воздух подают в топку с некоторым избытком. Отношение действительного расхода воздуха д в v к теоретически необходимому о в v называется коэффициентом избытка воздуха α = до в в / v v . Этот показатель зависит от конструкции газовой горелки и топки чем они совершеннее, тем меньше α. Необходимо следить, чтобы коэффициент излишка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает КПД теплоисполь- зующей установки за счет увеличения потерь теплоты с уходящими газами. Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально – по цвету и характеру пламени. горючие газы, используемые в 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 жилищно-коммунальном хозяйстве нашей страны искусственные газы применяются редко, и поэтому далее будут рассматриваться вопросы газоснабжения зданий только с применением природного газа. Существуют два способа снабжения потребителей природным газом непосредственный – по газопроводами снабжение сжиженным газом, поставляемым потребителям в специальных баллонах. Природные газы добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов и делятся натри 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 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 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 (СН 4 · НО, которые могут полностью закупорить газопровода 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/см 2 , чем и обеспечивается его последующее движение по газопроводу. В результате неравномерности расхода газа по днями месяцам года возникает необходимость в его временном хранении. С этой целью устраивают подземные хранилища в водоносных пластах почвы или используют выработанные газовые и нефтяные место- рождения. 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 Сне 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 С, об. %: нижний – 1,8, верхний – низшая теплота сгорания (для пропана – 93,1 МДж/м 3 , для бутана МДж/м 3 ). Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 8 Жаропроизводительность, Сметана равна 2043, пропана – 2110, бутана – 2118, водорода – Количество кислорода, необходимое для горения, составляет примерном на 21 МДж теплотворной способности газа. В связи стем, что в воздухе около 21 % кислорода, то для сжигания м метана необходимо около 10 м воздуха, пропана – 24 м, бутана – 31 м 3 Температура воспламенения, С, водорода – 510, метана – 650, бутана – 430, пропана – 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 – Плотность компонентов горючих газов приведена в табл. Таблица Плотность горючих газов Газ Химическая формула Плотность при t = 0 °C p = 100 кПа (760 мм рт. ст, кг/м 3 Относительная плотность по воздуху Водород Н 2 0,09 Оксид углерода СО 1,25 0,97 Метан СН 4 0,72 0,55 Пропан С 3 Н 8 2,01 1,55 Бутан С 4 Н 10 2,7 2,01 Кислород О 2 1,43 Углекислый газ СО 2 1,53 Примечание Плотность жидкой фазы пропана составляет 585 кг/м 3 , бутана – 600 кг/м 3 . Жидкая фаза пропана и бутана значительно легче воды, те. относительная плотность пропана по отношению к воде равна, а бутана – 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. При относительной плотности меньше единицы газы при утечках скапливаются прежде всего в верхней зоне помещений, а газы Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 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 враз больше чему воды, поэтому при изменении температуры объем жидкой фазы газа значительно увеличивается. Изменение объема жидкости в зависимости от температуры вычисляется по формуле t 2 1 1 , = + где k – коэффициент объемного расширения t 1 , t 2 – начальная и конечная температуры газа V 2 1 , – объемы жидкости при t 1 , Пример. Баллон объемом 50 л заполнен 45 л сжиженного газа при температуре 0 С. Что произойдет при нагревании баллона в квартире до 40 °С? Решение: V t 40 = 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 = ж / ρ газ , где ж / газ – плотности жидкой и газовой фаз ( ∏ = 585/2,01 = 290 – для пропана, ∏ = 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 враз 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 Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис» 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 Си атмосферном давлении переходит в газообразное со- стояние. В жилищном хозяйстве применяют бытовую газовую аппаратуру, использующую теплоту, получаемую от сжигания газа для бытовых нужд приготовления пищи, нагрева воды, отопления жилых помещений. В соответствии с назначением газовой аппаратуры ее подразделяют на а) приборы для приготовления пищи – многогоре- лочные напольные плиты, автономные духовые шкафы, жарочные устройства б) приборы для нагрева воды – проточные и емкостные водонагреватели в) отопительные приборы – конвекционного действия и излучатели. Значительное распространение также получили газовые холодильники. Наиболее распространенным видом газовой аппаратуры являются напольные плиты. Применяемая в коммунальном хозяйстве номенклатура газовой аппаратуры весьма разнообразна и всегда соответствует технологии данного коммунального предприятия. Так, на предприятиях общественного питания основными видами газовых аппаратов являются ресторанные плиты, кипятильники, шкафы для опаливания птиц, пищеварочные котлы и др. токсичность газового топлива и продуктов сгорания Токсичность газового топлива заключается в способности вызывать отравление человека при вдыхании вредных компонентов, содержащихся в топливе или в продуктах его сгорания. Наиболее опасным является оксид углерода (угарный газ, который выделяется при сжигании газа при недостаточном количестве воздуха. Значительное количество оксида углерода содержится в искусственных газах (доменном, коксовом). Углекислый газ при концентрации в воздухе в пределах 4–5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания, а при 10 % вызывает сильное отравление. Воздействие различных концентраций газов во вдыхаемом воздухе на организм человека приведен в табл. 2. |