Шпора газ

1. Горючие газы используемые для газоснабжения городов и промышленных предприятий газа

газ – агрегатное состояние в-в, в кот кинетическая энергия теплового движения его частиц значительно превышает потенциальную энергию взаимодействия между ними, в связи с чем частицы движутся свободно, равномерно заполняя весь предоставленный ей объем.

Состав газового топлива:

Горючие газа: водород, оксид углерода, углеводороды метанового ряда

Балласт: диоксид углерода, азот

Примеси: вод пары, пыль, нафталин, бензол, аммиак и др

По содержанию тяжелых углеводородов газы подразделяются на:

Сухие и тощие – менее 50г/м3

Промежуточные – 50-150 г/м3

Жирные – более150 г/м3

По виду получения: искусственные и природные

Для газоснабжения городов и промышленных предприятий в настоящее время широко применяют природные газы, представляющие собой смесь различных углеводородов метанового ряда. Природные газы не содержат водорода, аммиака, цианистых соединений и нафталина, окиси углерода и кислорода. Содержание азота и углекислого газа обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат в небольших количествах сероводород.

Природные газы 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.

2. Газы, которые выделяются из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, называются попутными. Кроме метана они содержатзначительное количество тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м3)и являются жирными газами. Жирные газы – это смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина.

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

Искусственные газы

При термической переработке твердых топлив в зависимости от способа переработки получают газы сухой перегонки и генераторные газы (влажной перегонки), которые весьма редко применяют для газоснабжения городов и промышленности.

Сухая перегонка твердого топлива представляет собой процесс его термического разложения, протекающего без доступа воздуха. Различают следующие процессы: бертирование (450−620 К), полукоксование (770−970 К) и коксование (1170−1370 К).

Бертирование, являясь начальной стадией пирогенетического разложения, характеризуется образованием и выделением пирогенетической воды, двуокиси и окиси углерода.

Полукоксование твердых топлив характеризуется повышенным выходом паро- и газообразных летучих веществ и образованием полукокса.

Коксование – процесс глубокой термической переработки твердого топлива, осуществляемый с целью получения кокса. Одновременно с коксом получается и коксовый газ.

Газификация – термический процесс переработки топлива, в котором углерод топлива, взаимодействуя с газообразным окислителем (кислородом и водяным паром), образует горючие газы: окись углерода и водород. Продуктами газификации топлива являются горючий газ, зола и шлаки. Аппараты, в которых осуществляется газификация топлива, называют газогенераторами.

Сжиженные углеводородные газы(СУГ)

Для газоснабжения городов и промышленности используются суг. Эти газы при температуре окружающего воздуха и атмосферном давлении находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышенном давлении (без снижения температуры) переходят в жидкости.

Основным источником получения сжиженных газов являются попутные нефтяные газы и газы конденсатных месторождений, которые на газобензиновых заводах разделяют на этан, пропан, бутан и газовый бензин.

Промышленные методы получения СУГ:

1 компрессионный, основан на разнице давлений и тем-р, отдельных компонентов смеси составляющих попутный нефтяной газ; 2 адсорбционный, основан на способности пористых тел избирательно удерживать на поверхности пор тяжелые углеводороды и выделять их по последующем нагреве и увлажнении. 3 абсорбционный. Основан на способности масел в холл виде избирательно растворять в себе тяжелые углеводороды, а при нагреве обратно их выделять

Воспламенение газов может происходить только в том случае, если их содержание в газовоздушной смеси находится вопределенных пределах, которые называются пределами воспламеняемости или взрываемости.

Существует верхний и нижний пределы воспламеняемости. Например,

для метана нижний предел составляет ~ 5 % содержания его в газовоздуш-

ной смеси, а верхний ~ 15 %. Вне этих пределов метановоздушные смеси

не горят и не взрываются.

1.2 добыча и обработка природного газа

Газовая скважина является основным элементом промыслов. Верх скважины называют устьем, низ – забоем. Бурят скважину быстровращающимся буром-долотом, который разрушает породы в забое.

Различают роторное и турбинное бурение.

При роторном бурении двигатель расположен на поверхности земли. Вращение от него передается долоту через колонну бурильных труб диаметром 125−150 мм, соединяемых между собой замком на резьбе. Для подъема и разъединения труб имеется вышка. Во время бурения колонну труб непрерывно опускают.

При турбинном бурении буровой двигатель (турбобур) опускают в скважину и крепят над долотом. Турбобур вращается под действием промывочного раствора, который подают в него по вертикальным трубам под большим давлением. В процессе бурения бурильные трубы.

На месте добычи из скважины происходит очистка от мех примесей и сернистых соединений.

На промысловой газораспределительной станции (ГРС) газ вновь очищают в сепараторах, осушают, очищают от сероводорода и производят его учет. Из ГРС газ поступает в головную компрессорную станцию или непосредственно в магистральный газопровод.

Газоконденсатные месторождения образовались в результате процесса, обратного испарению конденсата, протекающего при высоких давлениях и температурах , поэтому они располагаются на больших глубинах, где господствуют высокие давления.

Одна из особенностей разработки газоконденсатного месторождения состоит в том, что процесс переработки газа осуществляют на самом промысле, т.е. добычу и переработку газа физическими методами объединяют в один процесс. Другой отличительной чертой является высокое давление, которое приводит к большим капиталовложениям в аппаратуру и трубопроводы. Кроме того, оборудование должен эксплуатировать высококвалифицированный персонал. Существует два метода эксплуатации газоконденсатных месторождений: с поддержанием пластового давления нагнетанием в пласт рабочего агента (замкнутый цикл) и без поддержания давления (разомкнутый цикл).

Очистка газа от механических примесей

Наличие механических примесей в природном газе приводит к временному износу трубопровода, запорной арматуры, рабочих колес нагнетателей и, как следствие, снижению показателей надежности и экономичности работы компрессорных станций и газопровода в целом.

В качестве первой ступени очистки широко применяются циклонные пылеуловители, работающие на принципе использования инерционных сил для улавливания взвешенных частиц. Циклонные пылеуловители просты и надежны в обслуживании.

В связи с невозможностью достичь высокой степени очистки газа в циклонных пылеуловителях в ряде случаев появляется необходимость установить вторую, дополнительную ступень очистки, в качестве которой используются фильтры-сепараторы, устанавливаемые последовательно после циклонных пылеуловителей

Осушка газа. Содержание влаги в газе при его транспортировании часто вызывает серьезные эксплуатационные затруднения. При определенных термодинамических условиях (температуре и давлении) влага может конденсироваться, образовывать ледяные пробки и кристаллогидраты, которые нарушают нормальную работу газопровода, снижают подачу газа и увеличивают расход энергии на его транспортировку. Влага в присутствии сероводорода и кислорода вызывает коррозию трубопроводов и оборудования.

Одним из наиболее рациональных и экономичных методов борьбы с гидратами при больших объемах перекачки является осушка газа. При осушке газа снижают температуру точки росы на 5−7 0С ниже рабочей температуры в газопроводе.

При транспортировании осушенного газа трубопровод можно прокладывать на меньшую глубину, что уменьшает капиталовложения

абсорбционный способ осушки газа диэтиленгликолем (ДЭГ) и триэтиленгликолем (ТЭГ). Водные растворы ДЭГ и ТЭГ обладают высокой влагоемкостью, нетоксичны, некоррозионны и достаточно стабильны.

Адсорбционный-поглощ вод паров ТВ сорбентами

Охлаждение-физический способ

Очистка газа от сероводорода и углекислого газа

В горючих газах, используемых для газоснабжения городов, содержание сероводорода не должно превышать 2 г на 100 м3 газа. Содержание углекислого газа нормы не лимитируют, однако по технико-экономическим соображениям в транспортируемом газе оно не должно превышать 2 % .

Существуют сухие и мокрые методы очистки газа от Н2S. Сухие методы очистки газа основаны на применении твердых поглотителей (гидраты окиси железа, содержащегося в болотной руде, и активированного угля). При мокрых методах очистки газа используют жидкие поглотители.

Для удаления из транспортируемого газа СО2 применяют промывку газа водой под давлением или очистку его водным раствором этаноламина.

Одорация газа

Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают ему резкий неприятный запах, который должен ощущаться при концентрации ввоздухе, равной 1 % . В качестве одоранта применяют этилмеркаптан (С2Н5SН).

Количество вводимого в газ одоранта определяют таким образом, чтобы при концентрации в воздухе газа, не превышающей 1/5 нижнего предела взрываемости, ощущался резкий запах одоранта.

Наибольшее распространение получили капельные и барботажные одоризаторы.

капельного одоризатора недостатком является ручное регулирование спуска одоранта.

В барботажных одоризаторах одорант испаряется при барботаже газа через одорант в специальных камерах. В этом случае целесообразно пропускать через одоризатор только часть газа и после насыщения парами одоранта подмешивать эту часть к основному потоку газа, идущему по газопроводу.

Охлаждение транспортируемого газа до температур 271−269 К стало неотъемлемым технологическим процессом газовой промышленности в связи с открытием месторождений в зонах вечной мерзлоты, нарушать которую оказалось небезопасно как для природы, так и для газопровода. Одним из наиболее эффективных средств подготовки газа на газоконденсатных месторождениях перед подачей в магистральный газопровод являются установки низкотемпературной сепарации с использованием в качестве источника холода турбодетандерных агрегатов. Холодопроизводительность турбодетандера используется для охлаждения поступающего газа, конденсации влаги и фракций тяжелых углеводородов.

1.3.транспортирование газа на большие расстояния

Газ из скважины(СК) поступает в сепараторы, где от него отделяются твердые и жидкие механические примеси. Далее по промысловым газопроводам(ПК) газ поступает в коллекторы и в промысловые газораспределительные станции (ПГРС). Здесь газ вновь очищают в масляных пылеуловителях, осушают, одорируют и снижают давление газа до(расчетного) 5,4−5,7 МПа. На расстоянии 25 км на всем протяжении МГ устанавливают линейную запорную арматуру(ЛЗА). Для поддержания в МГ необходимого давления через каждые 150км устанавливают промежуточные компрессорные станции(ПКС), на входе в ПКС Р=3-4МПа, на выходе до 7,5МПа. Когда транспортируемый газ перемещается к населенному пункту или др потребителям, он попадает в газораспределительную станцию (ГРС), где происходит очистка и снижение давления. Это давление составляет величину 0,6 МПа (высокое давление для городских сетей) или 0,3 МПа (среднее давление). В основных газопроводах крупных городов давление составляет 1,2 МПа.

Газопроводы строят диаметром 1220 и 1420 мм. Использование труб больших диаметров повышает экономичность газотранспортной системы.

Газопроводы рассчитывают на максимальное давление в 5,5 МПа, которое имеет место после компрессорных станций. По мере движения газа его давление уменьшается, так как потенциальная энергия давления расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений. Перед компрессорными станциями давление снижается до 3−4 МПа. Мощность применяемых газоперекачивающих агрегатов 8−10 тыс. кВт.

Для транспортирования большого количества газа необходимо увеличить пропускную способность газопровода. В связи с этим новые магистральные газопроводы проектируют на давление 7,5 МПа.

Магистральные газопроводы выполняют из стальных труб, соединяемых сваркой. Трубы изготавливают из высококачественных углеродистых и легированных сталей.

Хранилища газа(ХГ)

Для того что бы выровнять неравномерность газопотребления устраивают подземные ХГ. Технология подземного хранения природного газа состоит в том, что в качестве «резервуаров» для хранения газа используют поровое пространство пласта, находящегося на значительной глубине под поверхностью земли.

Плотность природного газа при «нормальных» условиях – атмосферном давлении 0,1013 МПа и температуре + 20 0С − составляет примерно 0,7 кг/м3

Наиболее экономичным типом крупных ХГ являются истощенные или находящиеся на стадии истощения нефтяные и газовые залежи

Кровля-слой грунта над коллектором.

Закачивается газ в хранилище с п-ю скважин и необходимого газорегуляторного обор-я. В процессе создания ХГ часть газа в пласте захватывается, чтобы создать необх давление, этот газ наз-ся буферным. Газ кот будет извлечен из ГХ наз-ся активным. Выкачивание газа из ГХ яв-ся технологич процессом.

Газоперекачивающие агрегаты. Для сжатия газа используются следующие виды газоперекачивающих агрегатов:

• поршневой компрессор с приводом от газового двигателя внутреннего сгорания − газомоторный компрессор;

• поршневой компрессор с электроприводом;

• центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом;

• центробежный нагнетатель с электроприводом.

Горение - это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Окислителем в процессе горения может быть кислород, а также хлор, бром и другие вещества.

Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. Источником зажигания может быть горящее пли накаленное тело, а также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др.

Горючие системы подразделяются на однородные и неоднородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют горением кинетическим. Скорость его определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации. Неоднородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхности раздела (твердые горючие материалы и нераспыленные жидкости). В процессе горения неоднородных горючих систем кислород воздуха проникает (диффундирует) сквозь продукты горения к горючему веществу и вступает с ним в реакцию. Такое горение называют диффузионным горением, так как его скорость определяется главным образом сравнительно медленно протекающим процессом-диффузией.

Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения. По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси, наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе. Процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида: тепловой, цепной и комбинированный - цепочечно-тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции. Практически процессы горения осуществляются преимущественно по комбинированному цепочечно-тепловому механизму.

Сгорание различают полное и неполное. При полном сгорании образуются продукты, которые неспособны больше гореть: углекислый газ, сернистый газ, пары воды. Неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др.

3.2 Газовые горелки

Горелки газовые промышленные . Общие требования - ГОСТ 21204 – 97

Газовая горелка – это устройство для смешения кислорода с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания её с образованием устойчивого факела.

Основные показатели горелки: номинальная тепловая мощность, соответствующие ей номинальные давления газа и воздуха и пределы регулирования горелки по тепловой мощности.

Газовые горелки классифицируются по:

• Типу использования топлива

• По способу подачи компонентов

• степени подготовки горючей смеси

• скорости истечения продуктов сгорания;

• характеру потока, истекающего из горелки

• номинальному давлению газа перед горелкой

• возможности регулирования характеристик факела;

• необходимости регулирования коэффициента избытка воздуха

• локализации зоны горения

• степени автоматизации

• возможности утилизации тепла продуктов сгорания

• Методу сжигания газа

Горелки классифицируются:

- на горелки полного смешения

- предварительного смешения газа с частью воздуха необходимого для горения

- с незавершенным смешением газа с воздухом которые осуществляют диффузионно – кинетический принцип сжигания газа.

- Без предварительного смешения газа с воздухом работающая по диффузионному типу.

ПО СПОСОБУ ПОДАЧИ ВОЗДУХА:

- Инжекционные – с подачей к ним воздуха из окружающей среды за счет разрежения или конвекции.

- Дутьевые – с принудительной подачей воздуха.

ПО СКОРОСТИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ НА ВЫХОДЕ ИЗ ГОРЕЛКИ:

ПО ЛОКАЛИЗАЦИИ ЗОНЫ ГОРЕНИЯ:

- в огнеупорном тоннеле или в камере горения.

- на керамических или металлических насадках

- в камере горения агрегата или в открытом пространстве

- в зернистой огнеупорной массе.

Классификация по типу регулирования

• Одноступенчатые горелки работают лишь в одном диапазоне мощности.

• Двухступенчатые горелки имеют две ступени мощности. Первая ступень – обеспечивает 40% мощности, а вторая – 100%.

• Плавно – двухступенчатые горелки позволяют осуществлять плавный переход с первой степени на вторую.

• Модулируемые горелки называют котел непрерывно, по мере необходимости повышая или снижая мощность. Диапазон изменения режима горения –от 10 до 100% номинальной мощности.

Модулируемые горелки подразделяются на 3 типа по принципу работы моделируемых устройств:

- горелки с механической системой модуляции;

- горелки с пневматической системой модуляции;

- горелка с электронной модуляцией;

Тип горелки обозначается посредством букв и цифр:

Г – горелка

ГМ – газомазутная

Д – с удлиненной газовой частью

Р – ротационная

В зависимости от места установки на топочной камере, горелки изготавливаются правого и левого вращения:

П – правого вращения – направление вращения ротора форсунки против часовой стрелки

Л – левого вращения – направление вращения ротора форсунки по часовой стрелке.

Классификация горелок по видам топлива.

ГАЗОВАЕ ГОРЕЛКИ

В газовой горелке газообразное топливо, подаваемое под давление, смешивается в смесительном устройстве с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся смесь поджигает на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени.

ЖИДКОТОПЛИВНЫЕ ГОРЕЛКИ(Дизельные, Мазутные)

В жидкотопливной горелке жидкое топливо, подаваемое под высоким давлением, распространяется в виде паров и мельчайших частиц. В смесительном устройстве образовавшиеся пары топлива смешиваются с воздухом и образовавшаяся топливовоздушная смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ГОРЕЛКИ (газ – дизель, газ - мазут)

Конструктивно комбинированная горелка представляет собой устройство, в котором соединена газовая и жидкотопливная горелка. Таким образом. Комбинированная горелка сочетает в себе достоинства газовых и жидкотопливных горелок.

«+»

- компактность устройства(«два в одном»)

- не требует работ по смене горелок.

«-»

- высокая стоимость котла в сборе с комбинированной горелкой из-за более сложного устройства самой горелки

- снижение КПД вследствие работы горелки с разными типами топлива

- более высокие требования к техническому обслуживанию т.к. переход с одного вида топлива на другой всегда сопряжен с определенными трудностями.

Классификация горелок по типу работы.

Горелки вентиляторные.

Вентиляторные горелки (так же дутьевые, наддувными) имеют следующее свойство: воздух в них поступает благодаря встроенному вентилятору принудительно.

Диффузионные горелки и горелки промежуточного типа.

В диффузионных горелках, необходимый для сгорания топлива воздух доставляеися их окружающего пространства непосредственно к фронту горения за счет диффузии.

Мазутные горелки.

Главным образом, мазутные горелки, как автономные, так и промышленные, применяются для того, чтобы преобразовать мазут в тепловую энергию, причем осуществляется это путем сжигания.

Газо – мазутная горелка состоит из газовой, возд. и жидкостной частей, обеспечивающих соответственно подвод необходимых для сжигания количества газа, воздуха и мазута.

В пыле – газовой горелке для сжигания природного газа в крупных котлах электрич. станций газ поступает через периферийные отверстия и направляется к центру, смешиваясь по пути с закрученным потоком воздуха.

Инжекционные горелки

В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за счет энергии струи газа и взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки.

Инжекционные горелки различают:

По давлению: низкого и среднего давления.

По виду факела: многофакельные и однофакельные

По количеству сопел: односопловые и многосопловые

По расположению сопел: с центральным и периферийным расположением.