Загальні відомості про газ та газове обладнання

Газ як високоефективний енергоносій широко використовується в даний час як в побуті, так і на виробництві.

В порівнянні з твердим та рідким паливом використання газу має ряд переваг, а саме:

• високий ККД газового обладнання,
• повнота та бездимність спалювання,
• зручність зберігання та транспортування,
• простота газових пальників і камер спалювання
• та інше.

В побуті та в промисловості використовують в основному природній газ, який добувають із газових або газонафтових родовищ. Значно рідше використовують штучні гази, які отримують в процесі термічної переробки рідкого чи твердого палива.

Властивості газу як палива визначаються складовими частинами цього газу, а саме кількістю горючих газів та баластових домішок. Горюча частина газу складається переважно із вуглеводів (метан, етан, пропан, бутан, пентан), водню та оксиду вуглецю. Вміст метану в природних газах складає 93-98% і тому його властивості практично повністю визначають властивості природного газу. До баластової частини газу відносять сірководень, аміак, водяні пари, нафталін, пил, азот, кисень та інші. Значна кількість баластних домішок в горючих газах знижує теплотворну здатність газу та збільшує його питому вагу, що вимагає додаткових капітальних та експлуатаційних витрат (необхідність очищення газу, завищення діаметрів трубопроводів, збільшення втрат напору). Крім того, до складу газу входять токсичні речовини (сірководень, оксид вуглецю та інші), що вимагає певних заходів безпеки, а саме: не допускати витоків газу, забезпечити повноту його спалювання та відвід продуктів горіння, запобігати утворенню вибухонебезпечних концентрацій.

Основні компоненти горючої частини природного газу:

Метан СН₄ – нетоксичний газ без кольору, запаху та смаку. Маса 1нм³ метану рівна 0,717 кг. При зниженні температури переходить в рідкий стан (зріджений газ) і його об'єм зменшується майже в 600 разів, що дуже зручно при вирішенні питань зберігання та транспортування. Питома теплота згоряння метану складає 35880-39820 кДж/м³, при спалюванні 1 нм³ метану утворюється 10,52 м³ продуктів згоряння. Поряд з метаном, як правило, присутні вуглеводи метанового ряду (С₂Н₆ – етан, С₃Н₈ – пропан, С₄Н₁₀ – бутан та інші).

Оксид вуглецю CO, також немає кольору, запаху та смаку, але на відміну від метану токсично впливає на людей, оскільки легко вступає в реакцію з гемоглобіном крові. При вмісті в повітрі 0,04% CO приблизно 30% гемоглобіну крові вступає в хімічне з'єднання з оксидом вуглецю, при 0,1% – 50%, при 0,4% більше 80%. Оксид вуглецю відноситься до високотоксичних газів і тому знаходитись в приміщенні, де в повітрі є 0,2% CO, протягом однієї години шкідливо для організму, а при концентраціях CO в повітрі 0,5% знаходитись в приміщенні навіть протягом 5-ти хвилин небезпечно для життя. Гранично допустима концентрація CO в повітрі приміщення при використанні газу для комунально-побутових потреб складає 0,2 г на 100 м³.

Водень Н₂ – нетоксичний газ без кольору, запаху та смаку. Маса 1 нм³ водню рівна 0,09 кг. При спалюванні 1 нм³ утворюється 2,88 м³ продуктів згоряння.

До баластової частини природного газу відносять:

Азот N₂ – газ густиною 1,25 г/м³, без кольору, запаху та смаку, який практично не реагує з киснем і не враховується при розрахунках процесу горіння. Вміст азоту в природних газах може коливатися в широких межах.

Вуглекислий газ СО₂ – токсичний газ густиною 1,98 г/м³, без кольору, з кислуватим смаком та запахом. При концентраціях С0₂в повітрі 4,5% виникає сильне подразнення органів дихання, а при 10% концентрації має місце важке отруєння. Вуглекислий газ важче повітря в 1,53 рази.

Кисень О₂ – газ густиною 1,43 г/м³, без кольору, запаху та смаку. Присутність кисню в газі знижує питому теплоту згоряння і робить його вибухонебезпечним. Тому вміст кисню в газі не повинен бути більшим 1% від об'єму.

До шкідливих домішок відносять наступні гази:

Сірководень H ₂ S – токсичний газ без кольору з сильним запахом, який нагадує запах тухлих яєць. Сірководень діє на метали з утворенням сульфідів, що приводить до інтенсивної корозії газопроводів та обладнання, особливо при присутності в газі Н₂0 та О_г При згорянні сірководень утворює сірчаний газ, який дуже шкідливий для здоров'я і агресивний до металу. Маса сірководню рівна 1,54 кг/м³, допустима концентрація в газі – 2 г H₂S на 100 м³ газу.

Ціанистоводнева (синильна) кислота HCN – рідина без кольору з температурою кипіння 26°С. Внаслідок такої низької температури кипіння знаходиться в горючих газах в газоподібному стані. Синильна кислота сильно отруйна, викликає швидку корозію заліза, міді, олова, цинку та їх сплавів. Максимальна гранична концентрація (в перерахунку на HCN) – 5 г на кожні 100 м³ газу.

Оскільки природні гази практично не мають кольору, запаху та смаку, то для того, щоб своєчасно виявити витоки, всі горючі гази, які направляються в міські газопроводи, підлягають одоризації, тобто їм надають різкого, відмінного від всіх побутових, специфічного запаху. За цим запахом горючі гази легко виявити навіть при незначних концентраціях в повітрі приміщень. Одоризація газів здійснюється спеціальними одорантами, які мають сильний запах. Найчастіше для цього застосовують етилмеркаптан, при якому запах газу відчувається навіть тоді, коли концентрація газу в приміщенні набагато менша за нижню межу вибуховості.

Продукти згоряння одорантів запаху не мають. Для одоризації 1000 м³ природного газу потрібно біля 16 г (19 мл) одоранту.

До основних фізико-хімічних властивостей горючих газів, що мають практичне застосування при розрахунку, проектуванні та конструюванні обладнання та систем газопостачання, відносять: тиск, питому вагу, в'язкість, теплотворну здатність, температуру горіння та запалювання, швидкість поширення полум'я.

Залежно від максимального робочого тиску газорозподільні мережі за ДБН В.2.5-20-2001 «Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Газопостачання» поділяють на газопроводи:

• високого тиску 1 категорії від 0,6 до1,2 МПа;

• те ж саме, для зріджених вуглеводневих газів від 0,6 до 1,6 МПа;

• високого тиску 2 категорії від 0,3 до 0,6 МПа;

• середнього тиску від 0,005 до 0,3 МПа;

• низького тиску до 0,005 МПа включно.

Питома вага суміші горючих газів залежить від їх складу і коливається в межах 0,65-1,2 кг/м³. Переважно питома вага природного газу складає 0,73-0,87 кг/м³.

В'язкість – властивість газу чинити опір взаємному переміщенню його частинок під дією прикладених сил. В технічних розрахунках користуються кінематичним коефіцієнтом в'язкості.

Теплотворна здатність або питома теплота згоряння газового палива – кількість тепла, яке виділяється при спалюванні 1 нм³ газу. Теплотворна здатність природних газів складає 38-42тис. кДж/м³.

Температура горіння – це температура, яку отримують вироби при спалюванні газоподібного палива. Температура горіння залежить від складу суміші газів, способу спалювання, надлишку повітря і знаходиться в межах 1100- 2600°С.

Температура запалювання для суміші горючих газів величина непостійна і залежить від процентного вмісту газоповітряної суміші, повноти перемішування газу з повітрям, конструкції пальників, розмірів топкового об'єму та інших.

Швидкість поширення полум'я має важливе значення при конструюванні газових пальників, оскільки суттєво впливає на повноту згоряння газу, проскакування полум'я, зниження ККД, шумне згасання та ін.

Можливість встановлення газового обладнання та прокладання газопроводів в будинках різного призначення слід визначати за будівельними нормами і правилами на проектування цих будинків та вимогами ДБН В.2.5-20-2001 «Інженерне обладнання будинків і споруд. Зовнішні мережі та споруди. Газопостачання».

В житлових будинках передбачають встановлення газових побутових плит, газового обладнання для гарячого водопостачання і по-квартирного опалення. Максимальна поверховість житлових будинків при встановленні газових плит та газового обладнання для опалення і гарячого водопостачання з відводом продуктів спалювання в димовий канал становить:

• побутові газові плити – 10 поверхів;
• водонагрівачі для гарячого водопостачання і опалювальні установки – 5 поверхів.

При відведенні продуктів спалювання через зовнішню стіну будинку (вертикальні ділянки димоходів відсутні) дозволяється (за схемою, передбаченою заводом-виготовлювачем) встановлювати для опалення приміщень в житлових будинках до 10 поверхів включно газові каміни, калорифери тощо, які мають герметичну камеру згоряння (топку). Розміщувати газове устаткування необхідно відповідно до його паспортних характеристик.

Найбільше поширення в житлових будинках для приготування їжі отримали газові плити.

Випускається широка гама побутових газових плит, які згідно з вимогами ДСТУ 2204–93 класифікують за:

1) числом пальників столу – розрізняють дво- (ПГ-2), три- (ПГ-3) і чотирипальникові (ПГ-4) плити;

2) способом встановлення – є плити, які встановлюють на підлозі, і ті, що встановлюють на столі;

3) виконанням – звичайної та підвищеної комфортності;

4) компонуванням з кухонними меблями – окремо розміщені та вбудовані в меблі.

З метою економії палива плити оснащуються різними пальниками – пониженої, звичайної і підвищеної потужності. Повнота спалювання газу забезпечується відповідністю діаметра вихідного отвору сопла пальника теплоті згоряння газу і дотриманням оптимальної відстані від вогневих отворів пальника до поверхні дна посуду, який встановлено над пальником (у вітчизняних плитах ця відстань становить 21-23 мм, в імпортних – 24-30 мм). Плити підвищеної комфортності обладнують програмним забезпеченням та автоматичними пристроями для запалювання і відключення пальників, а також для регулювання температури духової шафи.

Рис. 8.2 - Газовий пальник низького тиску для плит

1 – камера змішування; 2–розсіювач полум 'я; 3 – інжектор;

4 – регулятор підсмоктування повітря; 5 – форсунка;

6 – сопло; 7 – первинне повітря для змішування з газом;

8 – вторинне повітря для забезпечення повноти згоряння газу

На газових плитах використовуються переважно багатофакельні інжекційні пальники низького тиску (рис. 8.2) для приготування їжі і дифузійні пальники для нагрівання духової шафи. Найбільш прості за конструкцією дифузійні пальники, які виготовляються із трубки з висвердленими отворами. В дифузійних пальниках повітря, яке необхідне для згоряння газу, надходить з оточуючого простору до фронту факела за рахунок дифузії, тобто газ подається в пальник без домішку первинного повітря і змішується з повітрям за межами пальника. Такі пальники називають пальниками зовнішнього змішування. На відміну від дифузійних в інжекційних пальниках має місце підсмоктування первинного повітря за рахунок енергії струменя газу (рис. 8.2). Загальні вимоги до пальників всіх типів: забезпечення повноти згоряння газу; стійкість в роботі при зміні теплової потужності; надійність в експлуатації; компактність та зручність в обслуговуванні.

Для гарячого водопостачання слід передбачати проточні або ємнісні газові водонагрівачі, а для опалення та гарячого водопостачання – ємнісні газові водонагрівачі, малометражні опалювальні котли та інше опалювальне обладнання (конвектори, калорифери, каміни, термоблоки), призначені для роботи на газовому паливі. В одному приміщенні житлових будинків не допускається передбачати установку більше двох ємнісних водонагрівачів або двох малометражних опалювальних котлів або двох інших типів газового обладнання.

Дата добавления: 2015-10-24