IV. 2. Промышленноепроизводство иохрана окружающей среды

Увеличивающиеся масштабы промышленного производства сопро­вождаются все большим вовлечением природных ресурсов в промыш­ленную переработку. Уже в настоящее время в промышленную пе­реработку поступает-в пашей стране свыше 6 млрд. т природного сырья, в том числе более 1,5 млрд. т топлива, свыше 1 млрд. т строп-тельных материалов, до 1,5 млрд. т горной массы цветных металлов, большое количество руд черных металлов, горно-химического сырья, древесины и других биологических ресурсов. При переработке этой

массы сырья и топлива образуются отходы производства в виде от­валов пустой породы, золы, копоти, пыли, углекислого и сернистого газов, шламов, шлаков, различных химических продуктов и т. п. Все это приводит к ухудшению окружающей среды, загрязняет атмосфе­ру, водь! и другие ее компоненты.

Ежегодно в отвалы поступают сотни миллионов тонн твердых отходов. Только известьсодоржащие отходы составляют 125 млн. т, шлакозольпые отходы тепловых электростанций достигают 480 млн. т, миллионы топи отходов накапливаются каждый год в отвалах обога- тительных фабрик, угольных шахт и рудников.

В атмосферу выбрасываются десятки миллионов тонн сернистого газа. Из общего количества этих выбросов приходится на тепловые электростанции — 58%, предприятия цветной металлургии — 22% черной металлургии — 16%, химической и других — 4%.

В ряде капиталистических стран загрязнение окружающей ере
ды приняло угрожающие масштабы и возникла ситуация экологиче­
ского кризиса. В США за последние десятилетия произошло десяти-
краткое увеличение загрязнения окружающей среды, хотя за это
время численность населения и производство возросли только
па 40%. . ■

В условиях социализма, где ведется плановое хозяйство, вопросы охраны окружающей среды стали важнейшими вопросами государ­ственной и экономической политики. Основы этой политики заложил В. И. Ленин, который подписал ряд декретов и дал распоряжения по. многим вопросам,охраны окружающей среды.

В 1960 г. сессия Верховного Совета, РСФСР, а в 1972 г. IV сессия Верховного Совета СССР рассмотрели вопросы об' охране природы -и приняли соответствующие постановления. Верховный Совет СССР принял" Основы земельного законодательства (декабрь 1968 г.), Ос­новы водного законодательства (декабрь 1970 г.), Основы законода­тельства о недрах (июль 1975 г.), о лесе (июнь 1977 г.), законы «Об охране атмосферного воздуха» и «Об охране и использовании животного мира» (июнь 1980 г.). В Них регламентируются вопросы использования и охраны природных ресурсов.

ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли ряд постановлений по охране озера Байкал, бассейна рек Волги и Урала, Азовского и Чер­ного морей и ряд других. Эти Постановления подкрепляются выде­лением средств, организационными и другими мероприятиями. Капи­таловложения на охрану окружающей среды систематически растут. За годы десятой пятилетки на эти цели израсходовано 11 млрд. руб., или в среднем 2,2 млрд. руб. в год. За счет этих средств создаются очистные сооружения, разрабатывается технология безотходных нро- изводств н многократного использования воды и воздуха для произ­водственных нужд. Примером такого производства может служить газокаталитическое производство объединения «Омскнефтеоргсин-тез». Эта самая мощная в стране установка отличается тем, что в ней полностью утилизируются отходы, дымовые газы. Специальный котел перерабатывает их в технологический пар. Кроме того, создай замк­нутый, контур оборота воды без ее сброса.

Разработана новая технология производства аммиака, которая дает повышение производительности труда в 15 —16 раз, снижает расход электроэнергии с 1200 кВт • ч до 75 кВт • ч на 1т аммиака и сокращает расход воды в 10 раз.

Бездоменпое производство железа резко сократит выброс отходов в черной металлургии.

За четыре года девятой пятилетки объем неочищенных сточных вод сократился на 5 млн. м³, оборотное водоснабжение и повторное использование воды достигло к 1975 г. 52,2%, свежая вода составля­ет в черной металлургии только 32,5%, а в будущем составит 12,6% от общего объема.

Для создания установок по очистке требуются большие капита­ловложения; например, затраты на очистку воды для повторного использования составляют до 30% общих капиталовложений в объ­ект, а на нефтеперерабатывающих заводах — до 50%. Включение 1 км³ воды (1 млрд. т) в оборотно-повторное водоснабжение требует 20 млн. руб. капиталовложений.

Охрана окружающей среды требует не только затрат, но и дает определенный экономический эффект. Этот эффект достигается за счет использования сырья, содержащегося в отходах и выбросах заво­дов и фабрик, снижения коррозии металлов благодаря уменьшению или устранению вредных примесей в атмосфере (в районах химиче­ских комбинатов скорость коррозии железа в 20 раз, а алюминия в 100 раз выше, чем в сельской местности); повышается продуктив­ность лесов и урожайность сельскохозяйственных культур (напри­мер, в зонах химических заводов и цветной металлургии урожайность снижается на 40—60% в радиусе 20—50 км). Сокращаются затраты на социальное страхование благодаря снижению заболеваемости и потерь рабочего времени трудящихся.

Сроки окупаемости вложений в охрану окружающей среды со­поставимы с другими отраслями народного хозяйства. Предваритель­ный подсчет показывает, что эффект от'охраны воздушного и водного бассейнов, защиты почв от эрозии составил в годовом исчислении в десятой пятилетке до 4 млрд. руб., в том числе 2 млрд. руб. от умень­шения атмосферного загрязнения.

Таким образом, охрана окружающей среды становится важной сферой социально-экономической деятельности человека.

ГЛАВА V. ТОПЛИВНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

V. 1. Значение топливной промышленности, виды топлива, их калорийность

Топливо — это горючие вещества, которые при сжигании выде­ляют тепло и используются как источник получения энергии. Добы­ча и переработка топлива^ осуществляются топливной промышлен­ностью.

Топливная промышленность занимает важное место среди отрас­лей тяжелой промышленности. Ее значение определяется тем, что на базе использования топлива в стране вырабатывается более 80% всей электроэнергии. Топливо, используется во всех отраслях народ­ного хозяйства, а также на транспорте, в быту.

Топливо является составной частью энергетических ресурсов', используемых для получения тех или иных видов энергии. К энерге­тическим ресурсам также относятся гидроресурсы, атомная энергия, энергия приливов и отливов, ветра, солнца и др. Энергетические ре­сурсы делятся иа топливные и нетопливные, новозобпопляемые и возобновляемые. Среди энергетических ресурсов наибольшее значе­ние имеют топливные ресурсы.

Топливная промышленность включает добычу угля, нефти, газа, торфа, сланцев, а также нефтепереработку, обогащение угля, произ­водство угольных и торфяных брикетов. На ее долю (1979 г.) прихо­дится около 6% валовой продукции промышленности и 13,0% основ­ных производственных фондов.

Различные виды топлива имеют неодинаковую ценность. Цен­ность топлива определяется его теплотворной способностью, или калорийностью. Для сравнения ниже приводится-калорийность 1 кг топлива (в ккал): нефть — 10 400—11 000, бензин — 10 500— И 2ГД каменный уголь — 7000—8600, антрацит — 7800—8350, бурый уголь — 2500—6000, кокс — 6700—7500. сланцы— 1750—3600, торф — 2500—3500, дрова — 2000—2500, природный газ (1 тыс. м³) — 6500—9000, попутный газ — 10 000—17 000, коксовый газ — 3600— 5000, доменный газ — 850—1000.

Для соизмерения различных видов топлива существует особая единица — калорийность условного топлива, равная 7000 ккал/кг, что соответствует калорийности 1 кг каменного угля. Обычно топлив­ные ресурсы, а также расход топлива исчисляются в условных еди­ницах. Для проведения соответствующих расчетов используется фор­мула: ^т^л = Т_н~,ще

^усл — количество условного топлива (в кг),

Т_н — количество натурального топлива (в кг),

К — калорийность натурального топлива.

Согласно статистике ООН принято считать, что 1 т кокса рав­на 0,9 ту. т., нефти — 1,3 ту. т., основных нефтепродуктов — 1,5 ту. т., сжиженного нефтяного газа — 1,67 ту. т., 1 тыс. м³ природного газа — 1,33 ту. т. и т. д.

V. 2. Топливный баланс

Топливный баланс — это баланс производства и потребле­ния всех видов топлива.

В СССР получила развитие добыча всех основных видов топ-

¹ Энергетические ресурсы — запасы и источники энергии, которые могут быть использованы в народном хозяйстве при данпом уровне развития эконо­мики. ■

лива — нефти, природного газа, угля, торфа, сланцев, налажена их переработка. Добыча всех видов топлива в условном исчислении вы­росла с 48,2 млн. т в 1913 г. до 1852,7 млн. т в 1979 г. В СССР топлив­ный баланс активный, так как добывается топлива больше, чем расхо­дуется, что дает возможность создавать его запасы и осуществлять экспорт.

Поскольку разные виды топлива имеют неодинаковую теплотвор­ную способность, себестоимость, важное значение имеет структура топливного баланса, т. е. соотношение добываемых и расходуемы.*: ■ видов топлива. Наиболее дешевыми и одновременно наиболее кало­рийными видами топлива являются газ и нефть, более- дорогими --твердые виды минерального топлива и дрова (за исключением углей, разрабатываемых открытым способом в ряде месторождений восточ­ных районов). Так, трудоемкость добычи 1 ту. т. нефти в о —10 раз, а газа в 20—30 раз ниже, чем угля. Себестоимость добычи газа в 10—12, а нефти, в 3—4 раза меньше, чем'угля и других твердых видов топлива. Поэтому, чем выше удельный вес нефти и газа в топ­ливном балансе страны, тем дешевле все топливное хозяйство. Изме­нение топливного баланса в довоенные годы происходило в сторону уменьшения удельного веса дров, а с середины 50-х гг.— угля и дру­гих видов твердого топлива. Такое прогрессивное изменение топлив­ного баланса дает в среднем 2,5—3 млрд. руб. экономии за 5 лет. В 1980 г. удельный вес нефти (включая газовый конденсат) и газа составил более 70% в приходной части топливного баланса страны против 60,2% "В 1970 г.'Ведущее положение в топливном балансе страны сейчас занимает нефть (включая газовый конденсат): на ее долю приходится более 45% условного топлива СССР.

Топливный баланс отдельных экономических районов СССР имеет существенные территориальные различия. Так, в Поволжье, Закав­казье, на Северном Кавказе повышенный удельный вес нефти и га­за, в Средней Азии — газа, в Центральном'районе — природного га­за и торфа и т. д. Территориальные различия в структуре топливно­го баланса зависят как от наличия того или иного вида топлива, так и от структуры производственного комплекса района.

V. 3. Добыча и переработка нефти

Н е ф т ь — исходный продукт для получения многих видов мотор­ного топлива, смазочных продуктов и ценное химическое сырье для получения ароматических углеводородов, пластических масс, синте­тических волокон, каучука и других химических продуктов.

_v Нефть— маслянистая жидкость черного или темно-коричневого цвета, обладающая специфическим запахом. Ее удельный вес 0,83—0,97. Она застывает при температуре —11, —19°, а бензин, керосин, и другие продукты ее переработки — при температуре —60, -70°. ^?

В химическом отношении нефть состоит из углерода (88—85%), водорода (12—15%) и различных примесей и представляет собой смесь углеводородов. В незначительном количество в нефти содер­жатся в соединениях кислород, азот, сера и др. По содержанию серы

нефти делятся на малосернистые (< 0,5% серы) и высокосернистые (05%)

В состав нефти входят легкие углеводороды, находящиеся при обычной температуре и давлении в нефти в газообразном состоянии; основную массу нефти составляют более тяжелые углеводороды в жидком состоянии; самые тяжелые молекулы углеводородов пребы­вают в твердом состоянии. При добыче нефти выделяются попутные газы — легкие углеводороды, содержащие метан, этан, пропан, бутан, и часть более тяжелых углеводородов — пентан и гексап, которые образуют газовый конденсат.

Исторически в добыче нефти можно выделить несколько этапов: рытье ям и колодцев, применение ударного бурения скважин, ротор­ное, или вращательное, бурение, которое в ряде случаев применяется и в настоящее время, и, наконец, применение турбобуров и электро­буров, сконструированных впервые в мире советскими учеными и ин­женерами. Лицензии на их приобретение и использование закуплены в СССР целым рядом стран.

В турбобуре вращательное движение сообщается не всей буриль­ной колонне, представляющей собой систему стальных труб диамет­ром 10—30 см, что имеет место при роторном бурении, а только бу­ровому инструменту, находящемуся в нижней ее части. Установлен­ный двигатель в данном случае соединяется с буровым инструмен­том — долотом, шарошкой или коронкой. Двигатели в турбобурах —■ малогабаритные и многоступенчатые турбины, приводимые в движе­ние глинистым раствором. Пройдя через бурильную колонну нод большим давлением, глинистый раствор охлаждает бурящий инстру* мент и между стенками колонны и образуемой скважиной поднима­ется на поверхность, увлекая разрушенную горную породу. При бу­рении турбобурами бурильная колонна совершает лишь поступатель­ное движение (рис. 1).

Буровой инструмент электробура приводится в движение электро­мотором. Использование турбобуров и электробуров позволило при­менять наклонное бурение. Оно применяется в тех случаях, когда перпендикулярному бурению препятствуют какие-либо неблагопри­ятные условия. Наклонное бурение дает возможность, например, проникнуть под дно водного бассейна и обойти твердые горные поро­ды. Применяется и кустовое бурение, когда из одной буровой вышки производится бурение сразу 10—12 скважин, что очень важно, на­пример, для Западной-Сибири, где болотистая местность и сложные условия для размещения буровых установок.

Экономически наиболее выгодна добыча нефти из фонтанирую­щих скважин, по которым под давлением нефть сама поступает на поверхность земли. В этих случаях устанавливаются лишь регулято­ры подачи нефти. При фонтанном и других методах добычи нефти применяют искусственное поддержание давления в пласте с помощью закачки в пласт воды, газа, термических методов, микробиологиче­ских добавок и др.

Компрессорный способ добычи сводится к тому, что в скважину опускаются две колонны труб, расположенных параллельно или

2 Заказ 41 JS3

Рис. 1. Схема турбинного способа бурения:

/ — насос; 2 — неподвижные бурильные трубы; 3 — турбобур; 4 — сборник; 5 — отстойник; 6 — гибкий шланг

концентрически. По одной трубе подается нефтяной газ, который по­вышает давление в нефтяном пласте, а нефть поступает на поверх­ность по второй трубе вместе с газом. Газ отделяют от нефти и снова используют для закачивания в пласт. Существует также насосный способ добычи (рис. 2). Он применяется обычно на тех скважинах, которые ранее эксплуатировались или компрессорным способом, или фонтанировали. Сущность этого способа сводится к тому, что из скважины нефть выкачивается специальными насосами, которые опускаются в скважину. Насос соединен со станком-качалкой, рабо­тающим с помощью кривошипно-шатунного механизма. В последнее

время в качестве двигателя насоса применяются электродвигатели. Наконец, отметим шахтный способ добычи нефти. Он применяется для добычи или слишком густой при-родшш нефти, или нефти, добыва­емой в суровых климатических ус-.чоимях, где от низких температур нефть сгущается.

Рис. 2. Схема глубинно насосного способа бурения: / — место установки газопесочного якоря; 2 — насос; 3 — штанги; 4 — колонна насос­ных труб; 5 — электродвигатель; 6 — балан­сир; 7 — сальник; 8 — обсадные трубы

Для увеличения добычи нефти пн пласта применяются различные методы воздействия. Одно из них — на контурное ивнутриконтурное за-модненне. Сущность его сводится к :iaкачке воды в пласт по внеш­ним границам залежи (законтур­ное) пли в центральную часть за­лежи (ипутриконтурное) для ис-кусстнепного повышения давления п пласте. В связи с этим увеличи-иаетсн извлечение нефти из место­рождения до 70%. Применяются также тепловые методы воздейст-iiiDi на нефтяной пласт. Наиболее ;м[>фектишшс из них циклоническое нагнетание в пласт через специаль­ные екиажипы пара или горячей моды, иозбуждепие и поддержание

моды, иоаоуждепие иmi/u^pmu.iuv

процесса парообразования в пластах с помощью искусственной хи­мической реакции. Применение этих методов увеличивает отдачу нефти ни пластов на 30—45% по сравнению с нормами обычной отда­чи пластов, а производительность скважин (суточный дебит) увели­чивается в 10—15 раз. Применение указанных методов добычи нефти (пишется одним из важных направлений технического прогресса в

^ Переработка нефти осуществляется двумя способами — путем фп.шчеекоп перегонки нефти и химической переработки, которая иключает крекинг, пиролиз и некоторые другие способы. Перед пе­реработкой нефть подвергается очистке от различных физических примесей, в том числе воды, серы и др.

При перегонке нефть разделяется на составные углеводороды, коюрые имеют различную температуру кипения. При нагревании нефш ;>in продукты в определенной последовательности переходят к i■ампобржшое состояние: сначала легкие углеводороды, затем более i )i,i;ejii,ie. Образующиеся при нагревании нефти пары охлаждаются п образуют жидкие углеводороды. Многие углеводороды, входящие м еогтаи нефти, имеют довольно близкую температуру кипения. По­лому ii 11 ii перегонке получаются не чистые продукты, а так называе­мые фракции (бензиновые, керосиновые и др.)^

При нагревании нефти бензиновая фракция возгоняется при температуре от 30 до 200°, лигроиновая — при температуре от 120 до 240°, керосиновая — при 200—300° и при 200—400° — газойленая фракция. Указанные нефтепродукты называют светлыми. Кроме то­го, образуется мазут. Путем дополнительной перегонки из него полу­чают смазочные масла и гудрон. Бензиновая и лигроиновая фракции подвергаются вторичной перегонке с целью получения более чистого, однородного продукта. Так, например, бензины получают различных марок в зависимости от его состава и октанового числа'. Каждый продукт нефтепереработки выступает в качестве самостоятельного вида топлива двигателей внутреннего сгорания.

Для перегонки нефти используются установки — трубчатые печи и ректификационные колонны, где нефть нагревается и затем раз­деляется на фракции. Трубчатые печи нагреваются горящим мазу­том или газом. Нагреваясь до 350°, нефть превращается в пар и в газообразном состоянии проходит в ректификационную колонну, имеющую высоту 40 м. В колонне имеется несколько десятков гори­зонтальных перегородок с отверстиями — так называемых тарелок. Пары углеводородов нефти, проходя через отверстия п конденси­руясь, сжижаются на тарелках в зависимости от температуры кипе­ния. На верхних этажах тарелок сжижается бензин, затем лигроин и т. д.», а на нижних — мазут. Таким образом, за счет разных темпе­ратур кипения нефть разделяется на составляющие ее углеводороды. Для более полного использования нефтепродуктов мазут перерабаты­вается на вакуум-установках для получения смазочных масел. В ви­де остатка образуется гудрон.

Современные нефтеперегонные заводы имеют диапазон мощно­сти от 5 до 20 млн. т переработки нефти в год. Их размещение осуще­ствляется как в районах добычи нефти, так и в основных районах потребления нефтепродуктов.

Крекинг нефтепродуктов. При простой перегонке нефти выход основного продукта — бензина относительно небольшой. Для увели­чения производства бензина используют менее Ценные нефтепродук­ты, например соляр, лигроин и другие, перерабатываемые с по­мощью крекинг-процесса. Крекинг-процесс изобретен русским инже­нером В. Г. Шуховым в 1891 г.

Крекинг ведется при температуре от 450 до 600° и давлении 1—60 атмосфер. При крекинге тяжелые углеводороды расщепляют­ся на составные части и затем происходит их взаимное соединение с образованием бензина и других продуктов.

< Таким образом,[с помощью крекинга из нефти, соляра, лигрои­на и других продуктов получают бензин и газообразные углево­дороды — ценное химическое сырье. В качестве отхода при крекинге нефтепродуктов образуется кокс, который применяется как топливо, j

Существует несколько разновидностей крекинг-процесса: тер­мический крекинг, осуществляемый под действием высокой

температуры; к а т а л и т и ч е с к и й крекинг, идущий при высо­кой температуре под действием катализаторов. Особой разновид­ностью крекинга является риформинг, позволяющий получать из низкооктановых бензинов высокооктановые, а также производить разнообразное, сырье для химической промышленности (бензол, то­луол и т. п.).

Риформинг нефтепродуктов осуществляется при температуре 450—540° и при давлении от 15 до 70 атмосфер. В качестве катали­затора чаще всего используются платина и алюмосиликаты. Сущ­ность процесса сводится к тому, что сложные углеводороды расщеп­ляются на более простые, а последние соединяются и образуют аро­матические углеводороды. Этим способом подвергают обработке и бензин, с тем чтобы улучшить его качество.

Пиролиз — разновидность термического крекинга. Пиролиз нефтепродуктов осуществляется при температуре 600—800° при обычном давлении с целью получения из керосина и газойля арома­тических углеводородов: бензола, толуола, ксилола, которые явля­ются исходными продуктами для производства многих синтетических веществ: смол, пластмасс, синтетических волокон, красителей, ле­карств и др.

Нефтеперерабатывающие предприятия в прошлом тяготели к районам добычи нефти (Баку, Грозный), и, следовательно, готовые продукты, а число их было небольшим и по объему, и по номенкла­туре, поставлялись в районы потребления. В связи с широким раз­витием нефтепроводиого транспорта, значительно улучшившего и удешевившего транспортировку нефти на большие расстояния, а так­же в связи с увеличением потребности в нефтепродуктах во всех рай­онах страны, увеличением количества вырабатываемых нефтепро­дуктов, что затрудняет их транспортировку в отдельности, нефте­перерабатывающие предприятия, особенно в послевоенное время, стали размещаться в районах потребления. Почти все крупные эко­номические районы СССР имеют одно или несколько нефтеперера­батывающих предприятий, хотя в ряде из них нефть не добывается. Основные нефтяные базы страны, как правило, производят нефте­продуктов больше, чем требуется для этих районов. Поэтому необходимы перевозки нефтепродуктов. Нефть и нефтепродукты в основном транспортируются по нефтепроводам и продуктопроводам. Общая протяженность нефтепроводов и продуктопроводов в СССР к 1979 г. составила 67,4 тыс. км. Диаметр современного нефтепрово­да достигает 1020—1420 мм. По трубопроводу диаметром 1220 мм можно перекачивать до 90 млн. т нефти в год. Значительная часть нефти транспортируется в танкерах.

Хранение нефти и нефтепродуктов в местах добычи и перера­ботки осуществляется в металлических резервуарах разной емкости, имеющих соответствующее противопожарное оборудование, агрегаты по поддержанию давления и т. п.

¹ Октановое число — условный показатель, характеризующий антидето­национные свойства моторных топлив.

V. 4. Добыча и переработка природного газа

Газовая промышленность СССР создана за годы Советской власти.

СГ а з используется как высококалорийное и дешевое топливо и как сырье в химической промышленности.) В народном хозяйстве используется природный, попутный и искусственный газ, получае­мый при газификации угля и сланцев, а также газ коксовых батарей и доменных печей. Около 90% всех добытых газовых ресурсов страны приходится на долю природного газа.

СКак топливо газ имеет ряд преимуществ перед твердым и жид­ким топливом} Эти преимущества в основном сводятся к следую­щему.¹ '"К расчете на единицу условного топлива затраты средств в газовой промышленности значительно меньше, чем в угольной и нефтяной^ Себестоимость добычи газа в Т2—ИГраз ниже, чем себе­стоимость добычи угля. Для бытовых целей газ дешевле в 11—12 раз, чем дрова, и в 6—7 раз дешевле, чем керосин^Транспортировка газа по газопроводам под давлением позволяет передавать его на боль­шие расстояния и непосредственно потребителю, что не требует погрузочно-разгрузочных работ.)

Капитальные вложения на создание газопроводов окупаются в течение трех-четырех лет, в то время как строительство железно­дорожных путей и автомобильных дорог обходится дороже и окупа­емость их осуществляется в течение более длительного времени.

(.Газообразное топливо легко воспламеняется, но горение этого вида топлива легко поддается регулированию. При горении газ сго­рает полностью без остатка (золы). Горение газа происходит без копоти, что создает лучшие санитарные условия в городах.')Исполь-зование природного газа в промышленности обеспечивает е'жегодное повышение производительности общественного труда на 1 % •

( Природный газ состоит в основном из метана, среднее содержание
которого - около 85% (76-98), этана (0,5-4,4), пропана (до 1,5% ),
бутана и пентана (менее 1%). . '

Кроме углеводородов, в природном газе имеются небольшие при­меси углекислого газа, азота и сероводорода^

Промышленная разработка природного газа начинается с бурения газовых скважин. Газовые скважины оборудуются так же, как и неф­тяные: цементируются и укрепляются; создаются газохранилища и газопроводы. После проведения всех подготовительных работ начи­нается добыча газа.

В результате внутреннего давления по газовым скважинам газ поступает на поверхность земли. Несколько газовых скважин связы­ваются специальным газосборочным кольцом, по которому газ посту­пает на главную компрессорную станцию. В сепараторах газ сушат и удаляют из него сероводород и другие примеси. Затем газ посту­пает в магистральный газопровод под давлением 50—75 атмосфер которое поддерживается промежуточными компрессорными станция­ми, расположенными через 100—120 км.

При подходе к городу магистральный газопровод обычно раз­ветвляется на два полукольца для уменьшения давления газа и луч-88

шего соединения магистрального газопровода и городской газсузой сети, где газу придают специфический запах, чтобы можно было обнаружить возможную его утечку.

С Природный газ используют для получения жидкого топлива, ацетилена, метанола, водорода, азотных удобрений и т. п. Ценным химическим сырьем являются также попутные газы, сопутствующие нефти. Из них на специальных газоперерабатывающих заводах полу­чают газовый бензин, пропан, бутан и сухой газ (метан)/)

V. 5. Добыча ипереработка угля

Уголь залегает в виде пластов различной толщины (мощности). Она может быть от нескольких сантиметров до 100 м. Разрабаты­ваются угольные пласты мощностью от 0,45 м и более. Ъ Наибольшее значение имеют коксующиеся угли, которые идя термическом воздействии спекаются и образуют прочный кокс, при­меняющийся в качестве технологического топлива в черной метал­лургий) Существует ряд марок каменных углей (табл. 3).

Таблица 3 Маркировка каменных углей Донбасса

Наименование

Обозначение

Выход летучих веществ, %

Коксовый остаток

Длшшопламенцый

Д

порошкообразный

Газовый

Г

35—40

спекшийся, сплавленный, 1^т -* ^ т| 1 1 тт

Паровичный жирный

пж

26—35

рыхлый спекшийся, сплавленный,

умеренно плотный

Коксовый

к

18—26

то же

Паровичный спекаю-

щийся

ПС

12—18

спекшийся или сплав-

ленный от плотного до

Тощий

т

6—12

умеренно плотного

порошкообразный иди

слипшийся

Разнообразие каменных углей определяет широкий диапазон их применения. Угли марок ПЖ, К, ПС применяются для получения кокса. Длиннопламенные, газовые и тощие угли являются в основ­ном энергетическим топливом. Угли марки Д применяются для по­лучения искусственного жидкого топлива.

Бурый уголь представляет собой в основном рыхлую массу бу­рого цвета. Это менее «созревшие» угли, отличающиеся низким ка­чеством. Бурые угли имеют небольшую калорийность. В то же время они содержат большое количество золы (до 40%), серу (1—2%), имеют высокую влажность (до 35%). Бурый уголь нельзя долго хранить в кучах, поскольку он окисляется, рассыпается и самовоз­горается; невыгодно его перевозить на дальние расстоянщрПри ис­пользовании бурого угля его измельчают до пылевидного состояния и сжигают. В этом случае он горит наиболее интенсивно.£Д^ЛЯ

Верхняя гранат шахтного поля

1зтаж

-So !§ ^ tj

Л этаж

S §-

Шэтаж Коренной (собирательный) горизонт

В этаж

Уэтаж

Грани

длительного храпения бурого угля и транспортировки его спрессовывают в брикеты.}

Добыча угля. Добыча угля осу­ществляется двумя способами — от­крытым (карьеры, разрезы) и под­земным (шахтным).

нижняя граница

Преимущество карьеров состоит в том, что производительность труда здесь выше и себестоимость угля почти в 10 раз ниже, чем в шахтах. Строительство карьеров осуществля­ется значительно быстрее, чем шахт, и они обходятся в 2 раза дешевле. При открытом способе добычи угля резко сокращается расход крепежно­го материала и создаются лучшие са-

Рис. 3. Схема шахтного поля

нитарно-гигиенические условия для рабочих. Недостатками откры­той добычи являются вывод из оборота больших земельных участков, сильное влияние климатических условий на производство и др. Вскрышные работы составляют, как правило, 2—3 т пустой породы *е& 1 т мощности карьера.

Карьеры могут иметь производительность до 50 млн. т в год (шахта — от 0,2 до 7,5 млн. т). В разрезах (карьерах) добыча угля ведется с помощью роторных и шагающих экскаваторов. Уже созда­ны шагающие экскаваторы с объемом ковша 100 м³ и длиной стре­лы 100 м — ЭШ-100Х100. Роторный экскаватор добычу ведет с по­мощью ротора, лопаты которого разрыхляют и подают из карьера уголь. Крупнейшие роторные экскаваторы могут в течение несколь­ких минут нагрузить углем железнодорожный вагон.

Добыча угля открытым способом является одним из важных направлений технического прогресса в угольной промышленности. Этим способом было добыто в 1979 г. 258 млн. т угля, или 35% от его общей добычи в стране. Экономическая целесообразность созда­ния карьеров прежде всего в том, что все издержки по созданию карьера меньше, чем при создании шахты. Один из важнейших пока­зателей, определяющих способ разработки угольного месторожде­ния,— объем вскрышных работ, необходимых для добычи 1 тугля.

Подземный способ добычи угля осуществляется с помощью шахт. Перед закладкой шахты производится детальная разведка угольного месторождения. Если оно большое, а простирание угольного пласта достигает нескольких километров, угольное месторождение разбива­ется на несколько участков (шахтных полей; рис. 3), каждый из ко­торых предназначается для разработки самостоятельной шахтой. Шахтное поле делится в вертикальном разрезе на две части. Соотно­шение этих частей может быть равное или с преобладанием верхней части. Верхняя часть называется бремсберговой, а нижняя — уклон­ной. Как верхняя, так и нижняя часть делится на горизонты, или эта­жи, в которых производится выработка угля. По горизонту, который

разделяет шахтное поле на две части (его называют коренным гори­зонтом), создается откаточный, или собирательный, штрек, т. е. го­ризонтальная выработка по пласту угля. К собирательному штреку подходит ствол шахты; через него производят подъем угля из шахты, доставку рабочих в шахту, а также механизмов, транспортных средств, свежего воздуха, через него проходят силовые кабели и т. д. Диаметр ствола составляет несколько метров.. Обычно шахты имеют два или даже три ствола, что улучшает условия вентиляции шахты и создает надежную связь с шахтой в случае аварии или неполадок в главном стволе.

Добыча угля производится в этажах. Причем бремсберговая и уклонная части разрабатываются одновременно, а горизонты в них — последовательно в нисходящем и восходящем порядке. Участки не­посредственной разработки угля называют забоями и лавами.

Кроме подземного хозяйства, каждая шахта имеет ряд сооруже­ний на поверхности земли. Это копер, с помощью которого осуще­ствляются подъем и опускание грузов и рабочих в шахту, механиче­ские мастерские, погрузочные механизмы и др., административные здания. При некоторых шахтах работают обогатительные фабрики, которые освобождают уголь от пустой породы и повышают его ка­чество.

При создании шахт широко используются проходческие комбай­ны, имеющие большую производительность. Почти девять десятых выемки угля в очистных забоях пластов пологого и наклонного паде­ния осуществляется угольными комбайнами, две трети забоев обеспечены гидрофицированными передвижными крепями, устанав­ливаемыми по мере продвижения угольного комбайна по пласту. Выемка, доставка, откатка и погрузка угля полностью механизиро­ваны.

Одним из прогрессивных способов добычи угля является гидрав­лический способ. Он применяется в СССР с 1937 г. Этим способом добывается уголь в Кузбассе и других бассейнах.

Основным и единственным механизмом, применяемым при гид­роспособе добычи угля и' его транспортировке, является гидромони­тор. Гидромонитор направляет струю воды под давлением 30—80 ат­мосфер на угольный пласт, разрушая его, а полученный уголь смыва­ется водой. Большие куски угля измельчаются в дробилке и угле­сосами подаются на поверхность по пульпопроводу. На поверхности уголь отстаивается, а вода снова подается гидромонитору.

Гидромонитор обслуживается всего двумя рабочими- и дает до 100 т угля в час. Производительность труда при гидромеханиза­ции возрастает в 3—5 раз, а себестоимость угля снижается в 2— 2,5 раза. Применение гидравлического способа добычи угля не только дает большую экономию, но и создает более благоприятные сани­тарно-гигиенические условия для работы шахтеров.

Подземная газификация угля позволяет использовать без извле­чения па поверхность бурый уголь весьма ограниченных запасов, который подземным способом добывать экономически нецелесооб­разно.

Газификация угля производится следующим образом. Пробу­риваются па определенном расстоянии две скважины, проходящие через угольный пласт. По одной из скважин под большим давлением подается смесь пара и воздуха. Пар и воздух через трещины в уголь-пом пласте проходят к другой скважине. В процессе продувания одним из способов поджигается уголь. Кислород, окисляя уголь, об­разует углекислый газ. Затем углекислый газ и пары воды вступают во взаимодействие с углем и образуют газовую смесь, состоящую из угарного газа и водорода (генераторный газ), который и выходит че­рез вторую скважину. Получаемый газ имеет теплотворную способ­ность от 2 до 4 тыс. ккал/м³. Отдельные виды генераторного газа обла­дают очень высокой теплотворной способностью (до 16 000 кдж/м³). Помимо подземной газификации угля, этот процесс может осуществ­ляться в специальных газогенераторных печах.

Получение кокса. Коксовые печи представляют собой систему металлических камер, выложенных внутри огнеупорным материа­лом. Соединенные между собой коксовые печи в количестве 45— 70 называют коксовой батареей. Камеры имеют прямоугольное се­чение. В них загружается шихта — специально обработанный коксу­ющийся уголь (более 20 т). Печи в течение 14—15 часов при тем­пературе 1100° обогреваются пламенем горящего в простенках камер доменного или коксового газа. Во время обогревания из угля выделя­ются газообразные и жидкообразные продукты, освободившись от которых он превращается в кокс. Через 14—15 часов к коксовой батарее подъезжает коксовыталкиватель, а с другой стороны — спе­циальный металлический вагон. Коксовыталкиватель снимает двэрь с коксовой печц и выталкивает раскаленный кокс в вагон. Вагон с раскаленным коксом отправляется в специальное помещение, где кокс тушится с помощью воды. После охлаждения кокс отправляет­ся на товарный склад, откуда поступает потребителю.

Из 1 т угля в процессе коксования получают: кокса — 750— 800 кг, до 50 кг каменноугольной смолы, содержащей фенол, кре­зол, нафталин, антрацен и др., 300—-350 м³ коксового газа, состояще­го из водорода (60—62%) и метана (20—34%), сырого бензола — 9—10 кг, аммиачной воды — до 2,5 кг.

Коксовый газ используется на коксохимических заводах в каче­стве топлива для коксовых или мартеновских печей, а остальные продукты используются как химическое сырье.

Основным потребителем кокса является черная металлургия, поэтому подавляющая часть коксохимических заводов размещена в районах черной металлургии.

Гидрогенизация угля имеет целью получение из твердого топлива жидкого. Для этого требуются определенные условия: давле­ние до 70 атмосфер, температура 380—500° С, присутствие катализато­ров. В угольную массу накачивается водород. Наличие катализатора способствует соединению водорода с углеродом и образованию угле­водородов, Регулируя этот процесс, можно получить бензин, керосин, дизельное топливо и другие виды жидкого топлива. Из одной тонны угля получают 0,3 кг жидкого топлива,

V. 6. Добычасланцев и торфа

Горючие сланцы — это горная порода, образовавшаяся из органических и илистых остатков при тектонических процессах. Образование сланцев связано с накоплением органических остатков, которые спрессованы вместе с илистыми остатками. Неорганическая часть, представленная глиной, переходит при горении в золу. В за­висимости от вида сланцев зола составляет от 35 до 50% их веса.

Добыча сланцевосуществляется двумя способами — открытым и шахтным. Открытая разработка сланцев производится в местах неглубокого их залегания от поверхности земли. При шахтном способе добычи сооружается шахта, в которой и происходит до­быча сланцев. Теплотворная способность сканцев невелика (до. 4000 ккал/кг).

Горючие сланцы находят применение как топливо, а также для получения газа и для сухой перегонки с целью получения некото­рых продуктов, предназначенных для химической промышленности.

Добыча торфа.Существует несколько способов добычи торфа. Фрезерный способ добычи состоит в том, .что верхний слой торфя­ника разрыхляется фрезерной машиной на глубину в несколько сан­тиметров. Образовавшаяся торфяная крошка ворошится другой машиной, просушивается, сгребается в валки и собирается для хра­нения или отправки потребителю. Помимо собственно фрезерного, существует фрезерно-формовочный способ добычи торфа, при кото­ром торфяная крошка формуется в брикеты с круглым сечением, которые затем сушатся.

Гидравлический способ основан на применении струи воды иод давлением, которая разрушает залежи торфа и образует пуль­пу—смесь торфяной крошки с водой. Пульпа по торфососу откачи­вается из торфяника к растирателю, а из него в ямы — аккумулято­ры. Затем торфомасса рассеивается по сушительному нолю, высыхает и твердеет. Специальные машины собирают высохшую массу и бри­кетируют. Брикеты после дополнительной подсушки готовы к сжи­ганию.

Экскаваторный способ состоит в том, что торфяник разрабатыва­ется многоковшовым экскаватором. Экскаваторы извлекают торф на всю глубину залегания (7—10 м), измельчают его. Торфяная масса поступает в стилочную машину, которая формирует брикеты и раскладывает для сушки.

Торф используется как топливо (калорийность его — до Н000 ккал/кг), в качестве удобрения, подстилки скоту и для химиче­ской переработки с получением ряда ценных продуктов.

ГЛАВА VI. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Vf. 1. Состав, значение, энергоресурсыи их эквиваленты

Посовременной классификации промышленности к электроэнер* готике относятся тепловые (ТЭС), гидравлические (ГЭС), атомные (АЭС) и прочие электростанции, электрические и тепловые сети,

самостоятельные котельные. На ее долю приходится 3% валовой про­дукции промышленности и 16,0% основных производственных фон­дов (1979 г.).

Продукцией отрасли является электрическая и тепловая энергия (от ТЭЦ и самостоятельных котельных). Ныне нет ни одного произ­водства, которое не пользовалось бы электрической и тепловой энер­гией. Широкому применению электрической энергии способствует ее универсальный характер. Она легко превращается в другие виды энергии, передается на большие расстояния с относительно неболь­шой ее потерей, легко дробится в любой пропорции. Указанные осо­бенности электрической энергии обеспечили ее широкое применение как двигательной силы, в получении света, тепла, электрохимиче­ских и электрометаллургических процессах.

Развитие электроэнергетики основывается па использовании энер­гетических ресурсов. Они делятся на н е в о з о б н о в л я е м ы е и возобновляемые. К числу первых относятся все топливные ре­сурсы, за исключением дров, а также ядерное «горючее» — уран, то­рий и плутоний.

Возобновляемые энергоресурсы — это эиергия рек, ветра, приливов и отливов, лучистая энергия солнца, растительное топливо. Они практически неисчерпаемы, так как возобновляются или посто­янно, или в течение определенного периода.

Подавляющая часть электроэнергии производится на базе нево-зобновляемых энергетических ресурсов, которые все более использу­ются человечеством. Уран, торий и плутоний -г- это наиболее кон­центрированный вид энергетических ресурсов. 1 кг урана выделяет' 21 млрд. ккал, или в 3 млн. раз больше, чем уголь, следовательно, 1 кг урана эквивалентен 3000 т угля.

Запасы гидроэнергии рек исчисляются в киловаттах. Они нахо­дятся в прямой зависимости от расхода воды (количества воды, про­текающей в 1 с) и от высоты напора и могут быть исчислены по каждому возможному створу ГЭС по формуле:

М = Р м³/с ■ В,

где М — мощность водного потока в данном створе; Р■— расход воды в м³/с; В — высота падения водного потока (напор). Поскольку 1 м³/с представляет собой 1000 кг/с, то формула может быть записана так:

М = 1000 кг/с • Р ■ В.

Известно, что 75 кг/м (1 л. с.) = 0,736 кВт, тогда М = = (1000 кг/с: 75 кГм = 13,333 л. с.) '■ Р ■ В, или М = 0,736 X X 13,333 ■ Р • Я = 9,81 • Р ■ В кВт,

Учитывая гарантированный напор воды, составляющий 80—85% (или коэффициент 0,8—0,85), указанная формула приобретает окон­чательный вид:

М = 8 Р ■ В кВт. 44

Указанная формула используется для расчетов возможной мощ­ности ГЭС в данном створе реки при определенной высоте плотины.

Кроме деления топливно-энергетических ресурсов на топливные и нетопливные, возобновляемые и невозобновляемые, их еще под­разделяют на первичные и вторичные.

Ко вторичным энергетическим ресурсам относятся доменный и коксовый газ, горючие отходы других производств, тепло отходящих газов промышленных печей, горячая вода, полученная в системе охлаждения, отработанный пар в силовых промышленных установ­ках и т. п.

Задача сводится к наиболее полному и эффективному использо­ванию как первичных, так и вторичных энергетических ресурсов.

VI. 2. Тепловые электростанции (ТЭС)

Тепловые электрические станции представляют собой совокуп­ность установок, основным технологическим назначением которых является преобразование химической энергии сжигаемого топлива в тепловую, а последней — в электрическую. Тепловая электростан­ция состоит из -котельной, парового котла, турбины, генератора и рас­пределительной подстанции.

Химическая энергия топлива освобождается при его сжигании в котельной. При этом образуется тепловая энергия, с помощью ко­торой нагревается вода в паровом котле, превращаясь в пар. По­скольку в паровом котле устанавливается высокое давление (до 250—300 атмосфер), то пар находится в перегретом состоянии и обладает большой кинетической энергией. Из парового котла пере­гретый пар поступает через сопла на лопатки турбины, приводя ее в движение.'

В блоке с паровой турбиной смонтирован синхронный генератор. С помощью последнего механическая энергия вращающейся турби­ны преобразуется в электрическую энергию.

На подстанции ТЭС электрический ток получает нужное напря­жение и передается по проводам потребителям. ТЭС имеют установ­ки для подачи холодной воды в конденсаторы, в которых происходит охлаждение отработанного пара. Охладив пар, вода нагревается и возвращается в источник водоснабжения. Электростанция мощ­ностью 2,4 млн. кВт расходует 300 тыс. м³ воды в час и 1800 т топ­лива (12—14 млн. т бурого угля в год).

Тепловые электростанции делятся на два вида — конденсационные (КЭС), которые вырабатывают только электроэнергию, и теплофика­ционные (ТЭЦ). ТЭЦ вырабатывает электрическую и тепловую энер­гию в виде горячей воды или пара.

КЭС вырабатывает энергию за счет работы пара. Отработанный пар конденсируется. Полученная при конденсации пара вода посту­пает в паровой котел. Она имеет температуру 20—25° и является носителем тепловой энергии. Низкая температура воды не позволяет использовать ее в промышленных целях. Коэффициент полезного

действия (КПД) КЭС составляет 25—43% (в зависимости от мощпо-сти турбин, электростанций и параметров пара).

КПД КЭС возрастает по мере увеличения мощности турбин и параметров электростанций (табл. 4).

Таблица 4