Классификация горючих газов.

Курс лекций по газоснабжению

Учебное пособие

для студентов всех форм обучения направления 270800.62 – Строительство

профиля 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция

Екатеринбург 2013

УДК 681.332

Составители: Н. В. Колпакова, А. С. Колпаков

Научный редактор:  доц., канд. техн. наук Н. П. Ширяева

КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ГАЗОСНАБЖЕНИЮ: Учебное пособие по изучению материала по газоснабжению

/Н. В Колпакова, А. С. Колпаков. Екатеринбург: УрФУ, 2013. 193 с.

Учебное пособие подготовлено по программе курса «Газоснабжение» для направления 270800.62 – Строительство профиля 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция. Рекомендуется для студентов всех форм обучения. Целью издания является помощь студентам в самостоятельном изучении основ курса по газоснабжению, его фундаментальных понятий и основных направлений развития систем газоснабжения и газопотребления.

Библиогр.: назв. 9. Рис. 53. Табл. 4.

Подготовлено кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Ó Уральский федеральный университет, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Раздел 1. Газообразное топливо                                                                   7

1.1. Классификация горючих газов                                                              7

1.2. Состав газообразного топлива                                                               9

1.3. Газовые месторождения России                                                          13

1.4 Добыча и транспорт газа. Схемы промыслового и магистрального газопроводов и их сооружений                                                                        14

1.5. Очистка и одоризация газа. Требования к одорантам                       19

1.6. Физические и тепловые свойства газообразного топлива                 23

1.7. Преимущества и недостатки газа перед другими видами топлив    26

Раздел 2. Городские системы газоснабжения                                            27

2.1. Принципиальная схема газоснабжения города. Основные

сооружения. Нормы давления газа                                                              27

2.2. Классификация газопроводов. Условия присоединения газопроводов к газовым сетям                                                                                                     33

2.3. Схемы кольцевых и тупиковых систем газоснабжения, систем с двумя и несколькими ступенями давления                                                                    36

2.4. Конструкции и устройства наружных газопроводов. Подземные, надземные и наземные газопроводы                                                                38

2.5. Детали и оборудование газопроводов. Конденсатосборники.

Компенсаторы. Отключающие устройства. Места установки отключающих устройств                                                                                                            45

2.6. Материал труб, сортамент                                                                         57

РАЗДЕЛ 3. Защита газопроводов от коррозии                                                    59

3.1. Природа коррозии. Коррозия внутренних и внешних   

 поверхностей газопроводов                                                                             59

3.2. Методы защиты от коррозии. Пассивная и активная защита. Защита надземных газопроводов                                                                                    63

РАЗДЕЛ 4. Газорегуляторные пункты (ГРП) и установки (ГРУ)             69

4.1. Принципиальная схема ГРП и ГРУ, принцип работы,

основное оборудование                                                                                   69

4.2. Регуляторы давления газа. Функции регулятора давления. Классификация. Принципиальные схемы регуляторов. Выбор регулятора давления                                                                                                                 73

4.3. Предохранительные клапаны. Назначение, место установки, принципиальная схема, настройка, принцип работы. Контрольно-измерительные приборы. Фильтр. Газовые счетчики и расходомеры.

Их подбор и расчет                                                                                               75

4.4. Контрольно-измерительные приборы. Газовые счетчики и расходомеры. Их подбор и расчет                                                                                               78

4.5. Контрольно-измерительные приборы. Газовые счетчики и расходомеры. Их подбор и расчет. Подбор и расчет газовых счетчиков и расходомеров. 80

4.6. Фильтры.                                                                                                   83

РАЗДЕЛ 5. Снабжение потребителей сжиженными углеводородными

газами .                                                                                                             85

5.1. Свойства сжиженных углеводородных газов. Основные особенности. Охлаждающее действие газов                                                                             85

5.2. Хранение и транспортировка СУГ                                                         90

5.3. Индивидуальные и групповые баллонные установки                          93

5.4. Резервуары для хранения и транспортировки СУГ                              95

5.5. Газонаполнительные станции сжиженного газа                                   96

5.6. Регазификация. Испарительные установки                                           99

РАЗДЕЛ 6. Горение газообразного топлива                                               103

6.1. Реакции горения газа. Стехиометрическое соотношение. Коэффициент избытка воздуха                                                                                                  103

6.2. Условия качественного сжигания газа                                                107

6.3. Топливный эквивалент. Условное топливо                                       107

6.4. Скорость распространения пламени                                                    110

6.5. Нормальный режим горения и условия, определяющие отрыв и проскок пламени                                                                                                               113

6.6. Стабилизация газового пламени                                                         114

6.7. Диффузионный, кинетический, смешанный методы сжигания газа 116

РАЗДЕЛ 7. Газовые горелки и их основные характеристики                     121

7.1. Классификация газовых горелок. Технические характеристики

горелок                                                                                                              118

7.2. Конструкции горелок                                                                            118

7.3. Автоматизация процессов сжигания газа                                           123

7.4. Расчеты горелок                                                                                    137

РАЗДЕЛ 8. Газоснабжение зданий                                                              142

8.1. Устройство внутридомовых газопроводов                                         138

8.2. Отключающие устройства внутридомовых газопроводов. Футляр 146

8.3. Бытовые газовые приборы                                                                    150

8.4. Отвод продуктов сгорания                                                                    161

8.5. Расчет дымоходов                                                                                  166

Раздел 9. Газоснабжение промышленных предприятий и

производственных котельных. Газовое оборудование, прокладка газопроводов                                                                                                            171

РАЗДЕЛ 10. Автоматизация процессов горения. Системы телемеханики 182

10.1. Контрольно-измерительные приборы (КиП)                                   182

РАЗДЕЛ 11. Испытание газопроводов и ввод в эксплуатацию                  186

Библиографический список                                                                             192

Введение.

Положение России в мировой системе хозяйствования преимущественно обусловлено ее позициями в мировом топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) и на международных рынках сырьевой продукции. На внутреннем рынке состояние ТЭК во многом определяет ситуацию в российской экономике. В современный период предприятия ТЭК обеспечивают выпуск свыше 1/3 объемов промышленной продукции и до 40% финансовых поступлений в доход федерального бюджета. Около 50% совокупного объема экспортной валютной выручки поступает в страну за счет поставок энергоресурсов на внешние рынки. В период экономических преобразований в России результаты деятельности отраслей ТЭК отличались наибольшей стабильностью по сравнению с другими отраслями национального хозяйства.

Наиболее стабильно работающей во всем ТЭК России остается газодобывающая отрасль, что подтверждается более высокой долей использования природного газа в топливно-энергетическом балансе страны. Благодаря более интенсивной добыче природного газа были компенсированы последствия интенсивного снижения добычи нефти в период 1991-1995 гг. Учитывая также, что процесс добычи природного газа технологически менее сложный, газодобывающая отрасль меньше всего пострадала от разрыва хозяйственных связей в период распада и разрушения единого газодобывающего комплекса СССР. Все это также обусловило рост его объемов в общем потреблении первичных энергоресурсов. Приоритетность роли природного газа в топливно-энергетическом балансе и в экономике была обозначена в Программе Правительства РФ – «Основные направления энергетической политики и структурной перестройки ТЭК на период до 2010 года».

Задача газоснабжения – осуществление доставки газа потребителям, как для коммунальных нужд населения, так и для промышленной сферы и сельского хозяйства.

Газоснабжение представляет собой организованную подачу и распределение газового топлива с целью обеспечения нужд народного хозяйства. Для газоснабжения могут использоваться как природные, так и искусственные газы.

Раздел 1. Газообразное топливо.

Классификация горючих газов.

Газы – одно из агрегатных состояний вещества, в котором его частицы движутся хаотически, равномерно заполняя весь возможный объем.

Горючие газы добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов метанового ряда, предельных углеводородов –С_nH_2n+2. Природные газы не содержат водорода, окиси углерода и кислорода. Содержание азота и углекислого газа обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат в небольших количествах сероводород.

Природные газы по способу добычи можно подразделить на три группы:

1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они в основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м3. Основная составляющая – метан – СН₄ (до 98% от общего объема газа, зависит от газодобывающего месторождения), этан – С₂Н₆, пропан – С₃Н₈, бутан – С₄Н₁₀, пентан – С₅Н₁₂ и гексан – С₆Н₁₄, а также другие изомеры. Кроме углеводородов в составе природных газов могут присутствовать азот, диоксид углерода, сероводород и инертные газы.

2. Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторожденийсовместно с нефтью, часто называют попутными или нефтяными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м³) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина.

3. Газы, которые добывают из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих С₅ и выше (бензина, лигроина, керосина).

Сухие газы легче воздуха, а жирные легче или тяжелее в зависимости от содержания тяжелых углеводородов. Низшая теплота сгорания сухих газов, добываемые в России, составляет 31000 кДж/м³. Теплота сгорания попутных газов выше и изменяется от 38000 до 63000 кДж/м³.

На газобензиновых заводах из попутных газов выделяют газовый бензин и пропан-бутановую фракцию, которую используют для газоснабжения городов в виде сжиженного газа.

По способу получения газы подразделяются: на природные и искусственные.

Помимо газов, добытых из залежей земной коры, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях, а также в коммунально-бытовом секторе, используют небольшое количество искусственных газов, полученных путем переработки твердых и жидких топлив. Искусственные газы состоят из углеводородов непредельного ряда – C_nH_2n, таких как этилен – С₂Н₄, пропилен – С₃Н₆, бутилен – С₄Н₈ и др.

Искусственные газы.

Газы безостаточной газификации получают частичным сжиганием твердых топлив в потоке воздуха, кислорода или в смеси их с водяным паром. В результате такой термохимической переработки топлива углерод, содержащийся в нем, взаимодействует с кислородом и водяным паром и образует окись углерода и водород. Аппараты, в которых осуществляется газификация топлив, называются газогенераторами, а газы, получаемые таким методом, –генераторными. К ним относятся:генераторный водяной, генераторный паровоздушный, доменный, газ подземнойгазификации углей и др. Низшая теплота сгорания их не превышает 2500 ккал/м3. Существенными недостатками большинства искусственных газов являются высокая токсичность и малая теплота сгорания, объясняемая большим содержанием балластных компонентов.

По методу производства искусственные горючие газы подразделяют на две основные группы:

– газы высокотемпературной (до 1000^оC) и среднетемпературной (до 600^оC) перегонки твердых и жидких топлив;

– газы безостаточной газификации твердого топлива.

Газы первой группы, к которым относятся коксовый, сланцевый и газыпиролиза нефти, получают в термических печах и установках нагреванием твердого или жидкого топлива без доступа воздуха. При этом в процессе термического разложения горючей части исходных топлив помимо таких продуктов производства, как кокс, смолы, бензин, керосин и др., выделяются значительные количества горючих газов. Так, при переработке 1 т каменного угля можно получить 300 ÷ 350 м³ коксового газа, при переработке 1 т сланцев –350 ÷ 400 м³ сланцевого газа, а при крекинге нефти выход горючих газов достигает 200 ÷ 250 м³/т. Низшая теплота сгорания газов сухой перегонки твердых топлив 3500 ÷ 4500 ккал/м³, а газа пиролиза нефти – до 11000 ккал/м³.

При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой перегонки и генераторные газы. Как те, так и другие в настоящее время весьма редко применяют для газоснабжения городов и промышленности.