1.2.8 Газоснабжение. Газоснабжение
 Скачать 1.5 Mb.
|
|
ГАЗОСНАБЖЕНИЕ Содержание
Введение Природные и искусственные газы используются в качестве технологического сырья и топлива. Наиболее распространенное газовое топливо — природный газ. Преимущества природного газа: имеет низкую себестоимость добычи; транспортирование по трубопроводам, что разгружает железнодорожный и водный транспорт, снижает стоимость транспортирования на большие расстояния, освобождает от необходимости иметь топливные склады; установки, работающие на газовом топливе, обладают высоким КПД; сравнительно легко автоматизируются; сгорает газ практически без вредных выбросов, что улучшает санитарные условия и экологию; полное отсутствие затрат физического труда при обслуживании газовых топок и установок приводит к увеличению производительности труда, повышению культуры производства и удешевлению эксплуатации установок. Как топливо газ используется во всех отраслях народного хозяйства. Следовательно, имеет большое значение рациональное использование данного вида топлива, а для этого необходимо знать физико-химические свойства газов. Месторождения природного газа Основными газодобывающими странами являются Россия и США. Значительна добыча газа в Нидерландах и Канаде. Газ добывают также в Румынии, Алжире, Мексике, Венесуэле, Англии, Аргентине и Китае, но в меньших количествах. Россия занимает первое место в мире по разведанным запасам природного газа. В нашей стране сосредоточено более одной трети известных мировых запасов газа — около 50 трлн м3. Потенциальные запасы природного газа составляют 240 трлн м3. Наиболее крупные месторождения природного газа (Уренгойское, Медвежье, Ямбургское, Заполярное и др.) расположены в Западной Сибири, на севере Тюменской области. В Европейской части России добыча природного газа ведется в Оренбургской, Саратовской и Астраханской областях, Республике Коми и на Северном Кавказе. Месторождения газа есть и на Сахалине. В России эксплуатируется около 200 месторождений газа. Происхождение природного газа Существует две теории происхождения нефти и газа: минеральная и органическая. Согласно высказанной в конце прошлого столетия Д. И. Менделеевым минеральной теории происхождения нефти в результате воздействия морской воды на углеродистое железо в условиях высокой температуры и давления образовались газообразные углеводороды. Однако эта теория не получила широкого распространения, так как в составе нефти встречаются вещества несомненно органического происхождения и не доказано присутствие в недрах земли углеродистого железа. Более признанной является теория органического происхождения нефти и газа, в разработку которой огромный вклад внесли советские ученые и прежде всего академик И.М.Губкин. Наибольшей популярностью пользуется теория смешанного происхождения нефти и газа, согласно которой в образовании нефти и газа принимают участие животные и растительные остатки. Эти остатки под влиянием сложных химических и биохимических процессов превращаются в гнилистый ил, к которому могут примешиваться и остатки высокоорганизованных растений. Гнилистый ил и гумусовые вещества, погруженные в соленоидные бассейны, подвергаются дальнейшим изменениям и превращаются постепенно в смолообразные вещества. Веществом, послужившим для образования природного газа и нефти, явился органический осадок застойных водяных бассейнов, содержавший погибшие животные организмы и водоросли. При образовании из осадка нефти и газа процесс вначале носит бескислородный характер, а окислительные процессы протекают лишь за счет кислорода, содержащегося в этих органических веществах. В осадках под действием бактерий происходит разложение с образованием метана. Первую стадию называют биохимической. Вторая стадия начинается после погружения органического осадка, когда на процесс его преобразования оказывают влияние повышенные температура и давление. В этот период, по мнению многих ученых, происходит образование нефти. Третья стадия преобразования органического осадка соответствует периоду, когда осадок в результате дальнейшего опускания земной коры попадает в условия более высоких температур и давлений. На этой стадии протекает интенсивное термическое разложение жидких углеводородов с образованием природного газа. В зависимости от степени термического разложения образовавшийся газ состоит из метана или метана и некоторого количества тяжелых углеводородов (этана, пропана). Под действием различных физических и геологических факторов эти углеводороды перемещаются в земной коре, образуя залежи нефти и газа. 1. Общая характеристика топлива. Топливом называются горючие вещества, которые сжигают для получения тепла. Классификация топлива В соответствии с физическим состоянием: Твердое – древесина, уголь, сланцы, торф; Жидкое – сырая нефть, нефтепродукты и мазут; Газообразное – природный газ, промышленные газы: доменный, коксовый, генераторный и пр. В зависимости от происхождения: Природное – это топливо в том виде, в котором оно было получено при добычи: каменный уголь, древесина, торф, сырая нефть, природный газ и др. Искусственное – это продукт, полученный при технологической переработке природного топлива: кокс, брикеты, дизельное топливо, мазут, генераторный газ и др. Торф и угли — это различные стадии процесса последовательной углефикации отмершей растительной массы. Горючие сланцы — это твердые минеральные породы, пропитанные нефтеподобными органическими веществами. Нефть — это смесь органических, главным образом углеводородных, соединений, которая включает в себя некоторое количество кислородных, сернистых и азотистых соединений, растворенный парафин и смолы. Бензин, керосин — это различные фракции переработки нефтепродуктов. Оставшиеся тяжелые фракции представляют собой мазут, который используется как энергетическое топливо. Газовое топливо — это газообразные смеси углеводородов, состоящие (от 80 до 90 %) из метана и негорючих газов, содержащие примеси водяных паров, пыли и смол. Состав топлива Твердое и жидкое топливо представляет собой сложные соединения горючих элементов, молекулярное строение которых еще недостаточно изучено, и включает в себя минеральные примеси и влагу. Химический состав твердого и жидкого топлива указывают в процентах от массы. Газовое топливо представляет собой простые смеси углеводородов, водяных паров и смол. Его химический состав указывают в процентах от объема. Все виды топлива состоит из горючей массы и балласта (негорючая часть). Горючая масса включает в себя в основном четыре элемента: углерод С, водород Н, кислород О и серу S. Балласт составляют азот N, влага, зола. Влага и зола составляют внешний балласт, а азот – внутренний. От соотношения этих элементов в горючей массе и содержания в топливе балласта зависят его основные характеристики. Топливо в том виде, в каком оно поступает потребителю, называется рабочим, а вещества, его составляющие, — рабочей массой: Cp + Hp+Op+Np+SрО+K+Аp + Wp =100%. Горючими веществами в рабочей массе (верхний индекс «р» у всех составляющих) являются углерод С, водород Н, кислород О и азот N. Негорючие минеральные примеси превращаются в золу Аи влагу W. Для сравнительной теплотехнической оценки различных сортов топлив вводятся условные понятия сухой, горючей и органической массы. Рабочая масса состоит из сухой массы и влаги. Сухая масса— обезвоженная масса рабочего топлива или рабочей массы: Cc + Hc + Oc+Nc + SсО+K+Аc = 100%. Горючая масса — безводная и беззольная масса топлива: Cг + Hг+Oг + Nг+SгО+K = 100%. Органическая масса — горючая масса без колчеданной серы: C° + Hо+Оо + N° + SоО = 100%. Основные компоненты горючей массы: углерод (50…99 %), водород, кислород и сера, подразделяющаяся на органическую и колчеданную. Органическая сера SО входит в состав органических соединений, при сжигании топлива сгорает с образованием сернистого газа. Колчеданная сера SK входит в состав железного колчедана FeS2 и других сернистых соединений. При сжигании образуется сернистый газ и оксид железа: 4FeS2 + 11О2 = 2Fe2О3 + 8SО2 Сера понижает ценность топлива, особенно технологического. В газообразном топливе сера содержится в виде сероводорода H2S и сероуглерода CS2, который при наличии избытка воздуха окисляется с образованием серного ангидрида S03 и в последующем серной кислоты SО3 + Н2О = H2SО4, вызывающей сильную коррозию металлических поверхностей. При нагревании твердого топлива без доступа воздуха горючая масса разрушается и из нее выделяются летучие вещества объемом Кл, состоящие в основном из молекулярного водорода, оксидов углерода, метана и других углеводородов. Чем больше содержание в горючей массе кислорода и водорода, тем выше выход летучих веществ. Внешний балласт топлива— это негорючие минеральные примеси и влага. Своим присутствием они уменьшают содержание горючей массы в единице массы рабочего топлива. На испарение влаги затрачивается теплота, в результате чего снижается тепловой эффект и требуется дополнительное топливо для получения необходимого количества теплоты, т.е. балласт увеличивает расход топлива. Минеральные примеси в твердом топливе являются обычно внесенными. Их содержание в топливе может значительно колебаться. В процессе горения при высоких температурах в минеральных примесях топлива происходят физические и химические преобразования. Золойназывается твердый негорючий остаток, получающийся после завершения преобразований в минеральной части топлива в процессе его сжигания. Выход газифицирующей части примесей уменьшает массу золы по отношению к исходным минеральным примесям. Часть золы, расплавившаяся при высоких температурах с образованием раствора минералов, называется шлаком. При оценке зольности топлива золу относят к сухой массе. Зола образуется при кратковременном температурном воздействии. Она обладает высокой абразивностью, что вызывает сильный износ топочных поверхностей. Условное топливо и приведенные характеристики Расход топлива для тепловых устройств определенной производительности зависит от его теплоты сгорания, которая для различных топлив изменяется в широких пределах. Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов и видов топлива вводится понятие условное топливо. В качестве единицы условного топлива принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания Qусл= 29,33 МДж/кг. Пересчет расхода В данного топлива на расход Вусл(условного топлива) производится по формуле: Значения Э принимают: для нефти 1,4; кокса 0,93; торфа 0,4; природного газа 1,2. Абсолютное содержание влаги и золы не является достаточной мерой энергетической ценности топлива, так как различные виды топлива при одинаковом содержании золы и влаги могут иметь различную теплоту сгорания. Более полными характеристиками, отражающими содержание влаги и золы в топливе, являются его приведенные характеристики, т.е. отнесенные к единице низшей теплоты сгорания рабочей массы топлива. К таким характеристикам относятся: Приведенные характеристики топлива Wп,Aп, Sппоказывают, сколько на единицу теплоты сгорания приходится соответственно влаги, золы и серы в % рабочей массы топлива. 2. Физико-химические свойства газов Основные параметры газов Газообразным состояниемназывается такое состояние вещества, при котором силы, действующие между молекулами этого вещества, ничтожно малы, так же как и размеры самих молекул, по сравнению со средними расстояниями между ними. Движение молекул газа в межмолекулярном пространстве до их столкновения совершается в среднем равномерно, прямолинейно и беспорядочно. Состояние газа характеризуется его параметрами: давлением, плотностью или удельным объемом и температурой. Давление газа обусловлено ударами молекул о стенки сосуда, заполненного газом, и определяется средней силой их действия на единицу площади поверхности. Давление, отсчитываемое от абсолютного вакуума, называется абсолютным. Оно представляет собой давление газа на ограждающие его поверхности. Абсолютное давление — параметр состояния вещества. Давление, отсчитываемое от имеющегося атмосферного (барометрического), называется относительным, или избыточным. Единицей измерения давления в системе СИ служит паскаль (Па); 1 Па = 1 Н/м2 (ньютон на квадратный метр). Давление может также измеряться в миллиметрах ртутного столба (мм рт. Ст.) или водяного столба (мм вод. Ст.). Соотношение указанных единиц измерения следующее: 1 мм вод. Ст. = 1 кгс/м2 = 9,807 Па; 1 мм рт. Ст. = 133,3 Па. Плотность ρ — это масса вещества в единице объема, т.е. отношение массы вещества т к его объему V:  Объем, занимаемый единицей массы, называется удельным, или массовым, объемом и представляет собой величину, обратную плотности:  Плотность в системе СИ измеряется в кг/м3, а удельный объем — в м3/кг. Плотность газовой смеси определяется по формуле ρсм = 0,01(.ρlV1 + ρ2V2 + … + ρnVn), где ρl ρ2, ρ3 — плотность компонентов газового топлива; V1 V2,… Vn |