5905

22

У регуляторов давления газа используют пневматические мембранные приводы с противодействием прогибу мембраны пружиной или грузом. В качестве рабочего вещества применяют воздух или газ. Основным элементом привода служит эластичная мембрана. Мембрану изготавливают из кожи, резины, прорезиненной ткани или пластмассы. Материал мембраны должен быть газонепроницамым, газостойким, прочным, эластичным. Под действием избыточного давления воздуха или газа мембрана прогибается и перемещает связанный с ней шток или золотник.

Регуляторы давления.

В связи с тем, что регуляторы не имеют постоянного обслуживающего персонала, надежность их работы имеет первостепенное значение. Важно также, чтобы она не зависела от постороннего источника энергии ( электричества, сжатого воздуха, воды). Обычно для этих целей используется энергия транспортируемого газа.

Необходимо, чтобы регулятор обеспечивал заданное регулирование при малых (минимальных) расходах. Это требование особенно важно для регуляторов, применяемых для газоснабжения бытовых потребителей, у которых расход газа резко изменяется во времени. Для регулирования минимальных расходов рекомендуется использовать односедельные регуляторы.

На выбор регулятора давления оказывают влияние следующие факторы:

1.Максимальное и минимальное количество пропускаемого ими газа.

2.Давление газа на входе и допустимые колебания его на выходе.

3.Состав газа.

4.Место установки регулятора.

Предохранительные клапаны.

ПЗК предназначены для автоматического прекращения подачи газа к потребителям в случае повышения или понижения его давления относительно заданных пределов. ПЗК устанавливают перед регулятором давления по ходу газа. Конструкция ПЗК исключает его самопроизвольное включение после срабатывания и последующее восстановление давления газа до заданных значений. Обслуживающий персонал включает ПЗК после устранения причин, вызывающих прекращение подачи газа.

ПЗК используют в качестве исполнительного механизма автоматики безопасности, прекращающего подачу газа к горелкам агрегата при отклонении любого из контролируемых параметров за заданные пределы.

Предохранительные сбросные устройства.

ПЗУ(ПЗК) предназначены для сброса в атмосферу некоторого количества газа при возможном кратковременном повышении его давления за регулятором давления.

Настраивают сбросное устройство на давление меньшее, чем давление срабатывания ПВК, благодаря чему предупреждается отключение подачи газа потребителю при отсутствии аварийной ситуации.

ПЗУ устанавливают на газопроводе за регулятором давления.

23

ЛЕКЦИЯ 7 СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ СЖИЖЕННЫМИ

УГЛЕВОДОРОДНЫМИ ГАЗАМИ.

Свойства индивидуальных углеводородов.

К сжиженным углеводородным газам относятся такие углеводороды, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое состояние. При снижении давления эти углеводородные жидкости испаряются и переходят в паровую фазу. (Термин «пар» применяют при наличии жидкой фазы, например в баллонах, резервуарах, а термин «газ» – при отсутствии жидкой фазы, например в трубопроводах). Это позволяет привозить и хранить сжиженные углеводороды с удобствами, характерными для жидкостей и контролировать, регулировать и сжигать газообразные углеводороды с удобствами характерными для природных и других горючих газов.

Основные особенности газообразных углеводородов, входящих в состав сжиженных газов.

1.При небольшом давлении они легко переходят в жидкое состояние, поэтому их хранят, транспортируют, распределяют и используют под давление собственных паров. Давление этих паров является функцией температуры окружающей атмосферы.

2.В газообразном состоянии они значительно тяжелее воздуха; их относительная плотность по отношения к воздуху находится в пределах 1,5- 2,1, что должно предопределять многие приемы эксплуатации систем газоснабжения с помощью сжиженных газов. СУГ почти в два раза легче воды.

3.Скрытая теплота парообразования весьма незначительна, (116 кВт/кг)поэтому расход тепла на испарение сжиженных газов составляет около 0,7% потенциально содержащегося в них тепловой энергии.

Переходы из одного агрегатного состояния в другое сопровождается выделение или поглощением тепла, называемого скрытой теплотой превращения. Теплота, поглощаемая 1 кг жидкой фазы в процессе превращения ее при постоянном давлении и температуре в насыщенный пар, называется теплотой парообразования.

4.Вязкость очень мала, что облегчает транспортировку газов по трубопроводам, но благоприятствует утечкам ( чему в свою очередь, способствует повышенное давление паров).

5.Низкие пределы воспламенения (взрываемости) в воздухе, разница между верхними и нижними пределами взрываемости незначительна, следовательно, незначительна ,следовательно, при сжигании газов допускается применение высокого отношения ( воздух – сжиженный газ).

(При сжигании в воздухе смеси пропан – бутан 0,5% его присутствие не ощущается).

24

При содержании 0,6-1,5% - присутствие газа в воздухе ощущается.

При этой концентрации газовой смеси и объеме воздуха 24-31м3 и наличие источника открытого огня с температурой 504˚С – для пропана и 430-569˚С для бутана возможен пожар т. к данные температуры являются температурами воспламенения. При тех же условиях и концентрации 1,5- 9,5% возможен взрыв.

6.Диффузия газов в атмосфере осуществляется медленно, в особенности при отсутствии ветра смешение паров сжиженный газов и воздуха ускоряется.

7.Открытое пламя зажигает газовоздушную смесь в пределах верхней и нижней границы взрываемости

8.Они обладают невысокими температурами воспламенения относительно большинства горючих газов.

9.Газовоздушная смесь может быть доведена до концентрации ниже границы взрываемости при условия смешения этой смеси со значительными объемами азота, двуокиси углерода или водяного пара.

10.Значительные объемы воды, распыляемые в газовоздушную смесь, снижают возможность зажигания газовоздушной смеси.

11.Давление паров сжиженных газов значительно выше давления паров бензина. Поэтому сжиженные газы должны храниться только в закрытых резервуарах под давлением, обеспечивающими безопасность эксплуатации.

12.При хранении сжиженных газов в открытых резервуарах газы испаряются, образуя в воздухе взрывоопасную смесь даже при условии, что температура воздуха несколько ниже температуры кипения жидкости т.е даже при температуре значительно ниже нуля.

Ткип=-40,1˚С- пропана Ткип=0,5 ˚С – бутана

На самом деле температура кипения пропана –20,25˚ С.

13.При ускоренном отборе паров сжиженных газов из резервуаров температура жидкости снижается, так же давление паров в резервуаре. Ускоренный отбор проб жидкости резервуаре не снижает давление.

14.Коэффициент объемного расширения сжиженных газов очень велик. При повышении наружной температуры жидкость значительно расширяется

врезервуарах. Поэтому при заполнении резервуаров сжиженными газами сохраняют свободное пространство – около 15% вместимости резервуара.

Категорически запрещается полностью заполнять резервуары. Система регулировки степени заполнения резервуаров должна быть такой, чтобы можно контролировать степень заполнения или определять наливную массу сжиженных газов.

15.При контакте со сжиженными газами во время их откачки или закачки резервуары в результате ускоренной абсорбции тепла и жидкости при ее испарении в открытом пространстве возможно обмораживание рук

16.Возможно образование конденсата при снижении температуры ниже точки росы или при повышении давления.

25

17.Сжиженные газы являются хорошими растворителями нефтепродуктов и резины. В связи с этим в распределительных системах сжиженных газов должны применяться специальные смазки для устранения утечек газа и заменители резины, стойкие против их растворения сжиженными газами.

18.В нормальном состоянии сжиженные газы не ядовиты и не обладают запахом.

Состав СУГ.

Сжиженные углеводородные газы состоят из простых углеводородных соединений, являющимися органическими веществами, содержащими в своем составе 2 химических элемента, углерод и водород. Основным компонентом сжиженных углеводородных газов (пропан и бутан) относятся к насыщенным углеводородам открытого строения – алканам. Все углеводороды этого типа имеют общую формулу и входят в гомологический ряд предельных углеводородов – соединений в которых углерод до предела насыщен атомами водорода.

Пропан СН4 и этан С2Н6 – являются газами. Пропан С3Н8 нормальный бутан С4Н10 изобутан при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, но при незначительном повышении давления они конденсируются в жидкость.

Пентан С5Н12 - летучая жидкость, входит в состав газового бензина. Высшие углеводороды – твердые тала.

Наряду с нормальными углеводородами существуют так называемые изомерные соединения, отличающиеся характером расположения атомов углерода, а также некоторыми свойствами. Пропан изомера не имеет, изомер бутана – изобутан.

Помимо предельных в составе товарных сжиженных газов встречается также группа насыщенных углеводородов. Это этилен, пропилен, бутилен нормальный и изомер.

Токсические свойства СУГ и продуктов.

Углеводородные газы действуют на организм человека наркотически, но их действие ослабляется малой растворимостью в крови. Следовательно при обозначенных условиях СУГ не ядовиты. Сильным ядом является окись углерода которая образуется при неполном сгорании углеводородных газов. Все газы кроме кислорода обладают удушающими свойствами ( при снижении кислорода в воздухе).сжиженные газы характеризуются низкой температурой кипения и поэтому при испарении во время внезапного выхода в атмосферу из трубопровода или резервуара охлаждаются до отрицательной температуры. Жидкая фаза, попадая на окружающие предметы, в том числе на незащищенную кожу человека, и интенсивно охлаждая может привести к обморожению. Обморожение возможно как в зимнее так и в летнее время. Основной особенностью и положительным свойством сжиженных углеводородных газов является способность к сжижению при сравнительно небольшом повышении давления. Это приводит к тому, что при использовании всегда наблюдаются газовые превращения. Поэтому в

26

отличии от систем использующих сухой(тощий) газ, элементы систем снабжения сжиженными газами необходимо рассчитывать исходя из свойств жидкой и паровой фаз с учетом особенности фазовых превращений. Расчеты проводят по таблицам и диаграммам состояния углеводородов.

По ним можно определить: упругость паров при данной температуре, давление перегретых паров при данных условиях, удельный объем и плотность жидкопаровой и газовой фаз, их теплосодержание, теплоту парообразования, степень сухости и степень влажности паров, работу сжатия газа комрессором и повышение температуры при сжатии, эффект охлаждения жидкости и газа при снижении давления (дросселировании), теплоемкость при постоянном объеме для жидкой паровой и газовой фаз, скорость истечения газа из сопел и газогорелочных устройств.

Состав сжиженных углеводородных газов, используемых для коммунально

– бытового газоснабжения, должен соответствовать нормам приведенным в ГОСТ 20448-95.

Установлены следующие марки сжиженных газов:

1.СПБТЗ – смесь пропана и бутана техническая зимняя.

2.СПБТЛ – смесь пропана и бутана летняя.

3.БТ – бутан технический.

В зимних условиях при низких температурах для поддержания необходимого давления в системах газоснабжения в составе сжиженного газа должно быть больше легкого компонента (пропана). Летом количество пропана может быть сокращено.

Различные климатические условия, в которых применяют сжиженные газы, определяют рабочие параметры сжигаемого газа, основным из которых является давление.

Зимой необходимо поддерживать давление, достаточное для работы регуляторов при низкой температуре (Рmin=0,15кПа), летом оно не должно превышать максимального расчетного значения (Рmax=1,6кПа). Наибольшее давление при низкой температуре у пропана, а наименьшее при высокой у бутана. Следовательно, при промежуточных условиях необходимо использовать их смеси.

Закон Бойля – Мариотта.

Критические температура и давление.

Зависимость объема от его давления характеризуется законом Бойля – Мариотта для данной массы газа во сколько раз уменьшается объем, во столько же раз увеличивается давление. Произведения же данной массы газа на его объем постоянно, если температура газа не изменяется:

P2 V1 = P2 V2=const при t=const.

Закон Бойля – Мариотта точно соблюдается при давлении не слишком превышающем 1 атмосферу. Изменение состояния реального газа с увеличением давления все больше будет отличаться от приведенной закономерности.

27

Проделаем мысленно эксперимент, цилиндр, наполненный углекислым газом, поместим в резервуар с жидкостью постоянной температуры и будем сжимать газ поршнем настолько постепенно, чтобы жидкость успевала отбирать теплоту и температура газа не менялась. В начале опыта при Т= const давление с уменьшением объема растет в соответствии с законом Бойля

– Мариотта (участок V0 V1) затем с ростом давления наблюдается небольшое отклонение от этого закона (участок V1 V2) и, наконец, несмотря на уменьшение объема, давление не уменьшается (участок V2 V3). В точке V2 часть газа начала конденсироваться – переходить в жидкое состояние. Сжимая газ и уменьшая его объем от V2 до V3, мы увеличиваем в цилиндре массу жидкости и уменьшаем массу газа. Переходя в жидкое состояние, газ занимает меньший объем, поэтому, несмотря на уменьшение объема, давление в цилиндре не возрастает. В точке V3 весь газ будет сконденсирован, цилиндр окажется запоненным жидкостью, и при дальнейшем, даже незначительном уменьшении объема давление возрастет очень быстро (участок V2 V4).

Постоянное давление, при котором жидкость находится в равновесии со своим газом, называют давлением насыщенного пара, а сам газ при этом – насыщенным паром.

Чем выше температура при которой производят сжатие газа, тем короче горизонтальный участок – участок постоянного давления.

При определенной температуре Тк этот участок превращается в точку К, а температуру называют критической. Давление, необходимое для сжижения газа при критической температуре, называют критическим давление Рк. Чем температура ниже критической, тем при меньшем давлении этот газ может быть сжижен. Наиболее легко сжижается пропан, бутан, пентан.

Состояние вещества при котором исчезает различие между жидкой и паровой фазами, называется критическим состоянием. Оно наступает при критическом давлении и температуре. Объем который при этом занимает вещество, называют критическим. При температуре выше критической нельзя превратить газ в жидкость. Смесь идеальных газов не вступающих между собой в химические соединения, ведет себя, как идеальный газ и подчиняется уравнению состояния:

PV=GRT,

где Р – давление газа V – объем газа

G – масса газа

R – газовая постоянная

Т – абсолютная температура Каждый идеальный газ, входящий в смесь, ведет себя так, как если бы в

смеси не было других газов, распространяется по всему объему смеси и следует своему уравнению состояния.

Смесь газов подчиняется закону Дальтона, согласно которому общее давление смеси равно сумме давлений отдельных газов, образующих смесь,