7224

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Н. Т. Пузиков

Безопасность при эксплуатации систем газоснабжения промышленных предприятий и котельных

Учебно-методическое пособие

для студентов ,изучающих дисциплину «Безопасность при эксплуатации систем газоснабжения промышленных предприятий и котельных установок» направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» ,профиль «Безопасность технологических процессов и производств»

Нижний Новгород

2016

2

УДК 662.692.4.

Н.Т.Пузиков Безопасность при эксплуатации систем газоснабжения промышленных предприятий и котельных установок [Электронный ресурс]: учебно.-метод. пос./Н.Т.Пузиков;Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т

– Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. –108 с; ил.15 электрон.опт.

диск (CD-RW)

В учебно-методическом пособии рассмотрены некоторые вопросы безопасной эксплуатации систем газоснабжения промышленных предприятий и котельных установок. Приведены свойства газообразного топлива, требования к помещениям котельных и ГРП.

Рекомендуются для студентов направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» ,профиль «Безопасность технологических процессов и производств»

© ННГАСУ, 2016

3

Введение

Бурное развитие газовой промышленности и газоиспользование в стране обуславливает интенсивное расширение сети газопроводов различного назначения, газораспределительных станций,

газорегуляторных пунктов и установок, а также обеспечение защиты подземных газопроводов от коррозии. В связи с взрыво- и

пожароопасностью на линейных газовых сооружениях, вызванной свойствами горючих газов, предъявляются особые требования.

Безопасность, надежность и экономичность газового хозяйства зависят от степени подготовки обслуживающего персонала. В первую очередь должно уделяться большое внимание вопросам безопасности при использовании газового топлива. При этом в процессе обучения должны быть усвоены требования безопасности труда на стадиях хранения,

транспортирования и эксплуатации газового топлива.

1.Природный газ 1.1.Свойства газообразного топлива

К основным свойствам газообразных горючих относятся плотность, токсичность, взрываемость, влажность, запыленность.

Плотность газообразных горючих составляет 0,7…0,8 кг/м³, сжиженных газов – до 2,3 кг/м³ и производных – от 0,7 до 1,4 кг/м³. Опасность отравления газами (токсичность) зависит от содержания в горючем газе окиси углерода СО, сероводорода Н2S и др. Пребывание в атмосфере,

4

содержащей 1 % этих газов, в течение 1…3 мин может привести к смерти.

Взрывоопасность определяется содержанием водорода Н2 и окиси углерода СО, которые образуют взрывчатые смеси с воздухом. Эти смеси взрывоопасны при содержании Н2 от 4 до 74 % и СО от 12,5 до 74 %.

Основной характеристикой топлива является теплота сгорания,

которая зависит от химического состава топлива и условий его сжигания.

Она может быть отнесена к органической, горючей или другой какой-

либо массе топлива. Наибольший практический интерес представляет низшая теплота сгорания рабочей массы топлива Q H .

Низшей теплотой сгорания рабочего топлива называют теплоту,

выделяемую при полном сгорании 1 кг топлива, за вычетом теплоты,

затраченной на испарение влаги как содержащейся в топливе, так и образующейся от сгорания водорода (теплота парообразования не используется).

Состав и теплота сгорания некоторых горючих газов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Состав и теплота сгорания горючих газов

5

В продуктах сгорания топлива, содержащего водород и влагу,

имеется водяной пар Н2О, обладающий определенной энтальпией,

равной примерно 2510 кДж/кг. Наличие в продуктах сгорания топлива водяного пара заставляет ввести понятие высшей теплоты сгорания Qв.

Высшей теплотой сгорания рабочего топлива называют теплоту,

выделяемую при полном сгорании 1 кг топлива, считая, что образующиеся при сгорании водяные пары конденсируются (учитывается теплота парообразования).

Теплоту сгорания топлива определяют по формулам,

учитывающим, что углерод С, водород Н и сера S, участвующие в горении, выделяют определенное количество теплоты.

Наиболее распространена формула Д.И. Менделеева, которая дает достаточно точные результаты для самых разнообразных топлив. Эта формула для определения высшей теплоты сгорания (кДж/кг) твердых и жидких топлив имеет вид:

Qвр = 338C р + 1249 H р −108,5(Ор − S рл) ,

6

а для низшей теплоты сгорания

Qнр = 338Ср +1025 Н р −108,5(Ор − S рл) − 25W р,

где коэффициенты 338; 1249; 108,5; 1025 и 25 выражают теплоту сгорания отдельных горючих элементов, деленную на 100; W –

максимальная влажность массы топлива.

Низшую теплоту сгорания сухого газообразного топлива (кДж/м³)

определяют как сумму произведений теплоты сгорания горючих газов на их объемное содержание в смеси:

QHC =127CO2 +108H 2 +358CH 4 +591C2 H 6 +911C2 H 2 +234H 2 S,

где СO2, Н2, СН4 и т.д. – содержание отдельных составляющих в газовом топливе, об. %.

Большая разница значений теплоты сгорания у различных видов топлива затрудняет в некоторых случаях проведение сравнительных расчетов, например, при выявлении запасов топлива, при оценке пожаровзрывобезопасности, при оценке целесообразности применения разных сортов топлива и пр. Поэтому принято понятие условного топлива. Условным называется такое топливо, теплота сгорания 1 кг которого равна 29330 кДж/кг (7000 ккал/кг).

Для перевода действительного топлива в условное пользуются соотношением (безразмерным коэффициентом)

7

где Эк – калорийный тепловой эквивалент, указывающий, какая часть теплоты сгорания условного топлива соответствует низшей теплоте

сгорания рабочей массы рассматриваемого топлива QHP .

Жаропроизводительность tmax – максимальная температура,

развиваемая при полном сгорании сухого топлива в теоретически необходимом для горения количестве воздуха при условии, что выделившаяся теплота расходуется на нагрев образовавшихся продуктов сгорания. Расход теплоты на диссоциацию СО2 и Н2О, вызванной высокой температурой горения, не учитывается. Температура газового топлива и воздуха, участвующих в горении, принимается равной 0 ° С.

Жаропроизводительность определяют по формуле

t max = Qн(∑ Vсо - tmax) ,

V – объемы компонентов продуктов полного сгорания,

м³/м³;

– средняя теплоемкость отдельных компонентов в интервале температур от 0 до tmax, ккал/(м³ °С).

Жаропроизводительность газового топлива зависит от его состава и содержания балластных газов, наличие которых вызывает уменьшение теплоты сгорания при одновременном увеличении объема продуктов сгорания, что приводит к уменьшению tmax.

Калориметрическая температура горения – температура,

определяемая без учета диссоциации СО2 и Н2О, но с учетом фактической

8

начальной температуры газа и воздуха. Жаропроизводительность

является частным случаем калориметрической температуры.

Теоретическая температура горения – максимальная

температура, определяемая с учетом диссоциации СО2 и Н2О, при α=1,

где α – коэффициент теплообмена.

Расчетная (действительная) температура горения –

максимальная температура, достигшая в реальных условиях в наиболее нагретой точке горящего факела. Определяется с учетом диссоциации СО2 и Н2О, действительного расхода воздуха, а также температуры газа и

воздуха.

Температура воспламенения (самовоспламенения) –

минимальная температура газовоздушной смеси, при которой начинается самопроизвольный процесс горения (цепная реакция) за счет выделения теплоты горящими частицами газа.

Воспламенение газовоздушной смеси может быть вызвано двумя способами: нагревом до температуры воспламенения

(самовоспламенения) и применением внешних источников зажигания

(запального пламени, электрических и механических искр, нагретых тел).

Температура воспламенения не является физической константой,

т.е. строго определенной величиной, а зависит от состава, степени перемешивания и давления газовоздушной смеси, размеров и формы емкости, заполненной этой смесью, и других факторов. В соответствии с ГОСТ 5542-78 температура воспламенения газового топлива должна быть

10

Газовоздушная смесь, в которой содержание газа находится между нижним и верхним пределами воспламенения, является взрывоопасной.

Чем шире диапазон пределов воспламенения (называемых также пределами взрываемости) и ниже нижний предел, тем более взрывоопасен газ.

Скорость горения (распространения пламени) – скорость, с

которой элемент фронта пламени распространяется относительно свежей смеси. Зависит от состава, температуры и давления смеси, соотношения газа и воздуха (кислорода) в смеси, содержания в ней балластных примесей, характера движения (неподвижное, ламинарное или турбулентное движение смеси), диаметра фронта пламени. Определяет одно из основных условий надежной эксплуатации – устойчивость горения газа без проскока, отрыва или срыва факела.

1.2. Нормальный режим горения и условия,

определяющие отрыв и проскок пламени

При большой скорости движения газовоздушной смеси наблюдается количественное отделение пламени от горелки и ее погасание — отрыв пламени.при уменьшении подачи и скорости газовоздушной смеси стабильность горения нарушается и пламя начинает втягиваться в горелку за счет создания в ней давления разрежения — проскок пламени. при проскоке пламени внутрь горелки возможно неполное сгорание газа с образованием со, а при отрыве пламени газовоздушная смесь поступает в окружающую среду, заполняя помещение. при отрыве пламени наблюдается: