Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Г. П. Комина

 

 

Основные свойства газообразного топлива

(с примерами расчета)

 

Учебное пособие

 

Исправления 2018 год

 

Санкт-Петербург

2008

 

 

УДК 662.69.004.12

 

Комина Г. П.

Основные свойства газообразного топлива (с примерами расчета) / СПб. гос. архит.-строит. ун-т. – СПб., 2008. – 81 с.

 

В учебном пособии рассматриваются виды газообразного топлива и их физико-химические свойства. Приведены составы, ГОСТы и определения основных свойств природных, искусственных, сжиженных углеводородных газов и биогазов. Приведены формулы и методы расчета для выполнения курсовой работы с примерами расчета.

В Приложении приведены составы газов для индивидуальных заданий расчетов на практических занятиях или для заданий на курсовую работу.

Учебное пособие предназначено для студентов III и IV курсов специальности ТГВ.

 

Табл. . Ил. . Библиогр.: назв.

 

ã Г. П. Комина, 2008

ã Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет, 2008

 

 

Горючие газы

Газообразное топливо можно разделить по происхождению на природные – ПГ,  метан угольных пластов или шахтный газ- ШГ, сжиженный природный газ СПГ, искусственные – ИГ, сжиженные углеводородные газы – СУГ и биогазы – БГ. Энергетические и физико-химические характеристики газов обусловлены составом горючих компонентов, наличием негорючих компонентов – балласта и вредных примесей.

Природный газ – ПГ представляет собой смесь горючих углеводородов, в основе своей содержащих метан СН₄ (80–99%). ПГ не содержит водорода, оксида углерода и кислорода. В газах некоторых конденсатных и нефтяных месторождений в незначительных количествах (3–4%) присутствует сероводород H₂S.

Запасы природного газа в России оцениваются в 48 трил. м³. Основными месторождениями считаются: Ямбургское, открытое в 1986 году. Запасы газа в нем составляют 10% мировых запасов газа.

Еще можно назвать такие крупные месторождения как Оренбургское конденсатное месторождение, открытое в 1958 году. Запасы газа -2 трил. м³, Уренгойское месторождение, открытое в 1986 году, запасы газа 10 трил. м³. Протяженность магистральных газопроводов составляет 155 тыс. км.

 

Природные газы должны соответствовать ГОСТ 5542-2014 - Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. Взамен ГОСТ 5542-87*.

ГОСТ 5542-2014:

«Газ горючий природный промышленного и коммунально-бытового назначения» Условное обозначение ГГП

Технические требования

1. По физико-химическим показателям ГГП должен соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.

 

2 Условное обозначение ГГП: "Газ горючий природный промышленного и коммунально-бытового назначения, ГОСТ 5542-2014".

 

Таблица 1

Сжиженные углеводородные газы – СУГ

представляют собой смеси тяжёлых углеводородов – пропана С₃Н₄ и бутана С₄Н₁₀. Их получают из ПГ нефтяных и конденсатных месторождений, содержащих значительное количество тяжелых углеводородов, или на нефтеперерабатывающих заводах. При незначительном повышении давления или понижении температуры пропан и бутан сжижаются, уменьшаясь в объеме примерно в 250 раз.

СУГ также легко регазифицируются, т. е. испаряются за счет тепла окружающей среды, увеличиваясь в объеме примерно в 250 раз. Возможны три состояния СУГ: в виде жидкости (жидкая фаза); в виде насыщенных паров (паровая фаза), находящихся совместно в жидкой фазой в резервуарах или баллонах; в виде газа (газовая фаза).

Газы выпускаются согласно ГОСТ Р 52087-2003: Газы углеводородные топливные. Настоящий стандарт распространяется на углеводородные сжиженные топливные газы (далее - сжиженные газы - СУГ), применяемые в качестве топлива для коммунально-бытового потребления, моторного топлива для автомобильного транспорта, а также в промышленных целях.

В зависимости от основного компонента марки сжиженных газов приведены в таблице 2.

 

Таблица 2

Марки сжиженных газов

Марка	Наименование
ПТ	Пропан технический
ПА	Пропан автомобильный
ПБА	Пропан-бутан автомобильный
ПБТ	Пропан-бутан технический
БТ	Бутан технический

 

По физико-химическим и эксплуатационным показателям сжиженные газы должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 3.

Рекомендуемое применение различных марок сжиженного газа в зависимости от климатической зоны РФ и времени года приведено в таблице 4. Эти рекомендации даны в соответствии с температурой наружного воздуха и состава газа.

Требования безопасности

1 Сжиженные газы пожаро- и взрывоопасны. Образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,3 % до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 % до 9,1 % (по объему), при давлении 0,1 МПа (1 атм.) и температуре 15 °С - 20 ºС.

 2. Температура самовоспламенения пропана в воздухе составляет 470 ºС, нормального бутана - 405 ºС.

3.  СУГ малотоксичные, относятся к веществам 4-го класс опасности. Они действуют на организм наркотически. Признаками наркотического действия являются недомогание и головокружение, затем наступает состояние опьянения, сопровождаемое беспричинной веселостью, потерей сознания. Пары сжиженных газов при вдыхании быстро накапливаются в организме и столь же быстро выводятся через легкие, в организме человека не кумулируются.  Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (в пересчете на углерод) предельных углеводородов (пропан, нормальный бутан) - 300 мг/м³, непредельных углеводородов (пропилен, бутилен) - 100 мг/м³.

4. Все производственные помещения должны иметь вентиляцию обеспечивающей десятикратный воздухообмен в 1 ч.

В помещениях производства, хранения и перекачивания сжиженных углеводородных газов запрещается обращение с открытым огнем, искусственное освещение должно быть выполнено во взрывозащищенном исполнении, все работы следует проводить инструментами, не дающими при ударе искру.

 

Таблица 3

Примеры расчета основных физико-химических свойств

Природный газ

   

CH₄ – 93%

C₂H₆ – 3,1%

C₃H₈ – 0,7%

C₄H₁₀ – 0,6%

CO₂ – 0,1%

N₂ + редкие газы – 2,5%

 

Определение низшей теплоты сгорания

 

Q_н = 0,01(∑Q_нi × C_mH_n),

 

где Q_нi – низшая теплота сгорания отдельного компонента; C_mH_n – процентное содержание газа.      

 

Q_н = 0,01(35880×CH₄ + 64360×C₂H₆ + 93180×C₃H₈ +

+ 123600×C₄H₁₀), кДж/м³

Q_н = 0,01(35880×93 + 64360×3,1 + 93180×0,7 + 123500×0,6) =

= 36756,82 кДж/м³

 

Воздух состоит из:

 О2 » 21%

 N2 » 79%

Для 1м³ О₂ требуется 4,76 м³ воздуха.

На  1м³ О₂ приходится 3,76 м³ N₂

 

C_mH_n + (m + ) (O2 +3,76N₂) = mCO₂+ H₂O + (m + ) × 3,76 N₂

 

Определение теоретического расхода сухого воздуха необходимого для полного сгорания 1м³ газа.

 

 м³/м³

 

 (2CH₄ + 3,5C₂H₆ + 5C₃H₈ + 6,5C₄H₁₀) м³/м³

 (2×93 + 3,5×3,1 + 5×0,7 + 6,5×0,6) = 9,7 м³/м³

Определение теоретического расхода влажного воздуха необходимого для полного сгорания.

 

 м³/м³

 

= 10гр – количество водяных паров в воздухе.

 

= 9,7 + 0,00124×10×9,7 = 9,8 м³/м³.

Действительный расход:

,

где a = 1,05¸1,15,

принимаем a = 1,10, тогда

 = 9,8 ×1,10 = 10,78 м³/м³.

        

Определение плотности газа.

r_см = 0,01(Σρi×ri)

 

r_см = 0,01(0,72×93 + 1,35×3,1 + 2,01×0,7 + 2,7×0,6 + 1,977×0,1 +

+ 1,25×2,5) = 0,77 кг/м³

 

Определение относительной плотности газа:

 

.

 

Определение давления при взрыве:

 

P_o – атмосферное давление, Р_о = 0,1МПа; t_к – max температура, ; – коэффициент объемного расширения;  – коэффициент избытка воздуха, при котором происходит горение.

 

Объем продуктов сгорания влажный:

 м³/м³

 

 

, м³/м³

где – влажность газа, =10 гр., – влажность воздуха, =10 гр.,

– теоретический расход воздуха;

 

 

 

м³/м³

 

 = 1,038 + 2,14 + 7,69 = 10,87, м³/м³

 

 

Пределы воспламеняемости (взрываемости):

 

.

 

.

 

 

.

 

 

Определение верхнего и нижнего предела взрываемости газа содержащего балластные примеси – СО₂   и N₂:

 

 

CH₄ = ×100 = 95,5 %

C₂H₆ = ×100 = 3,18 %

C₃H₈ = ×100 = 0,72 %

C₄H₁₀ = ×100 = 0,6 %

 

 

 

Нижний предел воспламеняемости с балластом:

 

 

 

 

Определение времени загазованности:

 

,

где А – часовая кратность воздухообмена, принимаем двухкратный воздухообмен. А = 2.

V_заг = V_пом × L_н,

 

где V_пом – объем помещения (кухни)

 

V_пом = 15 м³.

 

V_заг = 15 × 0,0483 = 0,7245 м³.

 

V_у = 0,2 м³/час

 

 

τ^′ = τ А = 3,6× 2 = 7,2 час

 

 

Сжиженный газ

 

Бутан технический – БТ

C₂H₆ – 6%

C₃H₈ – 17%

C₄H₁₀ – 75%

C₅H₁₂ – 2%

 

Определение низшей и высшей теплоты сгорания

 

Q_н,в = 0,01(∑Q_н,вi × C_mH_n),

 

 

где Q_н,вi – низшая теплота сгорания отдельного компонента; C_mH_n – процентное содержание газа. Развернутая формула для определения Q_н. Для определения    Q_в смеси газов следует значения Q_вi для каждого газа брать из справочника или таблицы, приведенной в пособии.

 

Q_н = 0,01(64360×C₂H₆ + 93180×C₃H₈ + 123600×C₄H₁₀ +

+ 156630×C₅H₁₂), кДж/м³

 

Q_н = 0,01(64360×6+93180×17+123500×75+156630×2) =

= 115459 кДж/м³ »115,46 МДж/м³

 

Определение плотности газа:

 

r_см = 0,01(Σρ_i × r_i)

r_см =0,01(1,35×6 + 2,01×17 + 3,22×2 + 2,7×75) = 2,5 кг/м³

        

Определение относительной плотности газа:

 

 

Определение давления при взрыве:

 

где P_o – атмосферное давление, Р_о = 0,1МПа; t_K – max температура, t_K = 2000 °C ; – коэффициент объемного расширения; – коэффициент избытка воздуха, при котором происходит горение.

 

    Объем продуктов сгорания влажный:

 

м³/м³

 

,

 

где – влажность газа, =10гр.

– влажность воздуха, =10гр.

– теоретический расход воздуха;

 

 

м³/м³

 = 0,79×30,6 = 24,17 м³/м³

 

 = 3,73 + 5,12 + 24,17 = 33,02 м³/м³

 

 

Пределы воспламеняемости (взрываемости):

 

 

 

 

Определение времени загазованности.

 

 

V_заг = V_пом × L_н

 

V_пом = 15 м³

 

V_заг = 15 × 0,02005 = 0,30075 м³

V_у = 0.2 м³

 

 

t^¢ = t А = 1,5 ×2 = 3,0 час

 

Вывод

 

Сжиженный газ опаснее природного, так как у сжиженного газа нижний предел воспламенения (взрываемости) ниже: , чем у природного:  и поэтому быстрее образуется взрывоопасная смесь. За 3 часа образуется взрывоопасная концентрация в кухне при утечке СУГ и за 7,2 часа при утечке ПГ.

Относительная плотность сжиженного газа d = 1,9 больше относительной плотности воздуха d = 1,29, вследствие этого газ будет скапливаться в нижней зоне помещения, откуда и производят отбор проб на загазованность. Относительная плотность природного газа
d = 0,6 меньше, чем у воздуха, и поэтому отбор проб производят из верхней зоны помещения.

 

 

Приложение

Таблица 1

Состав природных газов

 

Таблица 2

Содержание

                                                                                           

1. Горючие газы…………………………………………………….

2. Физико – химические характеристики горючих газов……..

3. Физико-химические и горючие свойства БГ……………….

4. Примеры расчета основных физико-химических

свойств………………………………………………… 

Приложение………………………………………………………

 

Основные свойства газообразного топлива

 

Составитель Галина Павловна Комина

 

 

Г. П. Комина

 

 

Основные свойства газообразного топлива

(с примерами расчета)

 

Учебное пособие

 

Исправления 2018 год

 

Санкт-Петербург

2008

 

 

УДК 662.69.004.12

 

Комина Г. П.

Основные свойства газообразного топлива (с примерами расчета) / СПб. гос. архит.-строит. ун-т. – СПб., 2008. – 81 с.

 

В учебном пособии рассматриваются виды газообразного топлива и их физико-химические свойства. Приведены составы, ГОСТы и определения основных свойств природных, искусственных, сжиженных углеводородных газов и биогазов. Приведены формулы и методы расчета для выполнения курсовой работы с примерами расчета.

В Приложении приведены составы газов для индивидуальных заданий расчетов на практических занятиях или для заданий на курсовую работу.

Учебное пособие предназначено для студентов III и IV курсов специальности ТГВ.

 

Табл. . Ил. . Библиогр.: назв.

 

ã Г. П. Комина, 2008

ã Санкт-Петербургский государственный

архитектурно-строительный университет, 2008

 

 

Горючие газы

Газообразное топливо можно разделить по происхождению на природные – ПГ,  метан угольных пластов или шахтный газ- ШГ, сжиженный природный газ СПГ, искусственные – ИГ, сжиженные углеводородные газы – СУГ и биогазы – БГ. Энергетические и физико-химические характеристики газов обусловлены составом горючих компонентов, наличием негорючих компонентов – балласта и вредных примесей.

Природный газ – ПГ представляет собой смесь горючих углеводородов, в основе своей содержащих метан СН₄ (80–99%). ПГ не содержит водорода, оксида углерода и кислорода. В газах некоторых конденсатных и нефтяных месторождений в незначительных количествах (3–4%) присутствует сероводород H₂S.

Запасы природного газа в России оцениваются в 48 трил. м³. Основными месторождениями считаются: Ямбургское, открытое в 1986 году. Запасы газа в нем составляют 10% мировых запасов газа.

Еще можно назвать такие крупные месторождения как Оренбургское конденсатное месторождение, открытое в 1958 году. Запасы газа -2 трил. м³, Уренгойское месторождение, открытое в 1986 году, запасы газа 10 трил. м³. Протяженность магистральных газопроводов составляет 155 тыс. км.

 

Природные газы должны соответствовать ГОСТ 5542-2014 - Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. Взамен ГОСТ 5542-87*.

ГОСТ 5542-2014:

«Газ горючий природный промышленного и коммунально-бытового назначения» Условное обозначение ГГП

Технические требования

1. По физико-химическим показателям ГГП должен соответствовать требованиям и нормам, приведенным в таблице 1.

 

2 Условное обозначение ГГП: "Газ горючий природный промышленного и коммунально-бытового назначения, ГОСТ 5542-2014".

 

Таблица 1

Физико-химические показатели ГГП промышленного и коммунально-бытового назначения

Наименование показателя	Норма	Метод испытания
1 Компонентный состав, молярная доля, %	Не нормируется. Определение обязательно	По ГОСТ 31371.1 - ГОСТ 31371.7
2 Низшая теплота сгорания при стандартных условиях, МДж/м3(ккал/м3), не менее	31,80 (7600)	По 8.2
3 Область значений числа Воббе (высшего) при стандартных условиях, МДж/м3 (ккал/м3)	От 41,20 до 54,50 (от 9840 до 13020)	По ГОСТ 31369
4 Отклонение числа Воббе от номинального значения, %	±5	-
5 Массовая концентрация сероводорода, г/м3, не более	0,020	По 8.3
6 Массовая концентрация меркаптановой серы, г/м3, не более	0,036	По 8.3
7 Молярная доля кислорода, %, не более	0,050	По ГОСТ 31371.1 - ГОСТ 31371.3, ГОСТ 31371.6, ГОСТ 31371.7
8 Молярная доля диоксида углерода, %, не более	2,5	По ГОСТ 31371.1 - ГОСТ 31371.7
9 Температура точки росы по воде при давлении в точке отбора пробы, °С	Ниже температуры ГГП в точке отбора пробы	По 8.4 ГОСТ 5542-2014
10 Температура точки росы по углеводородам при давлении в точке отбора пробы, °С	Ниже температуры ГГП в точке отбора пробы	По 8.5 ГОСТ 5542-2014
11 Массовая концентрация механических примесей, г/м , не более	0,001	По ГОСТ 22387.4
12 Плотность при стандартных условиях, кг/м	Не нормируют, определение обязательно	По 8.6 ГОСТ 5542-2014
13 Интенсивность запаха ГГП при объемной доле 1% в воздухе, баллы, не менее	3	По ГОСТ 22387.5
Примечания 1 Стандартные условия для проведения измерений и расчетов показателей 2, 3 и 12 - в соответствии с ГОСТ 31369 (таблица Р.1). 2 При расчетах показателей 2 и 3 принимают 1 кал равной 4,1868 Дж. 3 В Российской Федерации стандартная температура при приведении объема ГГП к стандартным условиям равна 20°С. 4 Показатели 2-4 распространяются только на ГГП, используемый в качестве топлива. 5 Номинальное значение числа Воббе устанавливают в пределах нормы показателя 3 для отдельных газораспределительных систем по согласованию с потребителем. 6 Если значение любого из показателей 5, 6, 11 в течение года не превышает 0,001 г/м3, то в дальнейшем данный показатель определяют не реже одного раза в год по согласованию между поставщиком и потребителем. 7 По согласованию с потребителем допускается подача ГГП для энергетических целей с более высокой массовой концентрацией сероводорода и меркаптановой серы по отдельным газопроводам. 8 По согласованию с потребителем допускается подача ГГП с большей молярной долей диоксида углерода по отдельным газопроводам. 9 Для ГГП, в котором содержание углеводородов не превышает 1,0 г/м3, показатель 10 допускается не нормировать. 10 Показатель 13 распространяется только на ГГП коммунально-бытового назначения. 11 Для ГГП промышленного назначения показатель 13 устанавливают по согласованию с потребителем. 12 Температуру ГГП в точке отбора пробы определяют по ГОСТ 8.586.5. В Российской Федерации определение температуры ГГП проводят также по стандарту или правилам .

 

В Российской Федерации стандартная температура при приведении объема ГГП к стандартным условиям равна 20°С.

При расчетах показателей теплоты сгорания и числа Воббе принимают

1 ккал = 4,1868 Дж.

 

- Острота запаха природного газа должна быть не менее 3 баллов, что соответствует 20% от нижнего предела воспламеняемости (т.е.1%).

Интенсивность запаха ПГ при объемной доле 1% в воздухе не менее 3 баллов.

В качестве одоранта используется этилмеркаптан – С₂Н₅SH.   «Интенсивность запаха обеспечивается газотранспортной организацией в конечных точках газораспределительной сети у потребителя на ГРС) в пределах 3-х баллов (при 5-и бальной оценке). Что соответствует 0,036 г меркаптановой серы в 1 м³.

Контроль степени одоризации возложен на ГРО «Пункты контроля, периодичность отбора проб, а также интенсивность запаха должны определяться газораспределительными организациями в соответствии с ГОСТ определения интенсивности запаха с записью результатов проверки в журнале». Определяют содержание одоранта в мг/м³. Этилмеркаптан – С₂Н₅SH-это жидкость с плотностью 0,83 кг/м^3, легко испаряющаяся. Нижний предел воспламеняемости паров 2,8, а верхний 18,2 об.%.

Присутствие 1/500.000.000 С₂Н₅SH на 1 м³ воздуха достаточно, чтобы почувствовать его запах.

В природный газ добавляют 16г на 1000 м³ (т.е.16 мг/м³), а в СУГ 60г на 1000 кг.

Природный газ не токсичен, но может вызвать удушье при вытеснении кислорода из воздуха. В чистом воздухе содержится 21% кислорода. При снижении его количества до 16-17% наступает удушье