Курс лекций по газоснабжению
Курс лекций по газоснабжению
Учебное пособие
для студентов всех форм обучения направления 270800.62 – Строительство
профиля 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция
Екатеринбург 2013
УДК 681.332
Составители: Н. В. Колпакова, А. С. Колпаков
Научный редактор: доц., канд. техн. наук Н. П. Ширяева
КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ГАЗОСНАБЖЕНИЮ: Учебное пособие по изучению материала по газоснабжению
/Н. В Колпакова, А. С. Колпаков. Екатеринбург: УрФУ, 2013. 193 с.
Учебное пособие подготовлено по программе курса «Газоснабжение» для направления 270800.62 – Строительство профиля 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция. Рекомендуется для студентов всех форм обучения. Целью издания является помощь студентам в самостоятельном изучении основ курса по газоснабжению, его фундаментальных понятий и основных направлений развития систем газоснабжения и газопотребления.
Библиогр.: назв. 9. Рис. 53. Табл. 4.
Подготовлено кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Ó Уральский федеральный университет, 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
| ВВЕДЕНИЕ |
Раздел 1. Газообразное топливо 7
1.1. Классификация горючих газов 7
1.2. Состав газообразного топлива 9
1.3. Газовые месторождения России 13
1.4 Добыча и транспорт газа. Схемы промыслового и магистрального газопроводов и их сооружений 14
1.5. Очистка и одоризация газа. Требования к одорантам 19
1.6. Физические и тепловые свойства газообразного топлива 23
1.7. Преимущества и недостатки газа перед другими видами топлив 26
Раздел 2. Городские системы газоснабжения 27
2.1. Принципиальная схема газоснабжения города. Основные
сооружения. Нормы давления газа 27
2.2. Классификация газопроводов. Условия присоединения газопроводов к газовым сетям 33
2.3. Схемы кольцевых и тупиковых систем газоснабжения, систем с двумя и несколькими ступенями давления 36
2.4. Конструкции и устройства наружных газопроводов. Подземные, надземные и наземные газопроводы 38
2.5. Детали и оборудование газопроводов. Конденсатосборники.
Компенсаторы. Отключающие устройства. Места установки отключающих устройств 45
2.6. Материал труб, сортамент 57
РАЗДЕЛ 3. Защита газопроводов от коррозии 59
3.1. Природа коррозии. Коррозия внутренних и внешних
поверхностей газопроводов 59
3.2. Методы защиты от коррозии. Пассивная и активная защита. Защита надземных газопроводов 63
РАЗДЕЛ 4. Газорегуляторные пункты (ГРП) и установки (ГРУ) 69
4.1. Принципиальная схема ГРП и ГРУ, принцип работы,
основное оборудование 69
4.2. Регуляторы давления газа. Функции регулятора давления. Классификация. Принципиальные схемы регуляторов. Выбор регулятора давления 73
4.3. Предохранительные клапаны. Назначение, место установки, принципиальная схема, настройка, принцип работы. Контрольно-измерительные приборы. Фильтр. Газовые счетчики и расходомеры.
Их подбор и расчет 75
4.4. Контрольно-измерительные приборы. Газовые счетчики и расходомеры. Их подбор и расчет 78
4.5. Контрольно-измерительные приборы. Газовые счетчики и расходомеры. Их подбор и расчет. Подбор и расчет газовых счетчиков и расходомеров. 80
4.6. Фильтры. 83
РАЗДЕЛ 5. Снабжение потребителей сжиженными углеводородными
газами . 85
5.1. Свойства сжиженных углеводородных газов. Основные особенности. Охлаждающее действие газов 85
5.2. Хранение и транспортировка СУГ 90
5.3. Индивидуальные и групповые баллонные установки 93
5.4. Резервуары для хранения и транспортировки СУГ 95
5.5. Газонаполнительные станции сжиженного газа 96
5.6. Регазификация. Испарительные установки 99
РАЗДЕЛ 6. Горение газообразного топлива 103
6.1. Реакции горения газа. Стехиометрическое соотношение. Коэффициент избытка воздуха 103
6.2. Условия качественного сжигания газа 107
6.3. Топливный эквивалент. Условное топливо 107
6.4. Скорость распространения пламени 110
6.5. Нормальный режим горения и условия, определяющие отрыв и проскок пламени 113
6.6. Стабилизация газового пламени 114
6.7. Диффузионный, кинетический, смешанный методы сжигания газа 116
РАЗДЕЛ 7. Газовые горелки и их основные характеристики 121
7.1. Классификация газовых горелок. Технические характеристики
горелок 118
7.2. Конструкции горелок 118
7.3. Автоматизация процессов сжигания газа 123
7.4. Расчеты горелок 137
РАЗДЕЛ 8. Газоснабжение зданий 142
8.1. Устройство внутридомовых газопроводов 138
8.2. Отключающие устройства внутридомовых газопроводов. Футляр 146
8.3. Бытовые газовые приборы 150
8.4. Отвод продуктов сгорания 161
8.5. Расчет дымоходов 166
Раздел 9. Газоснабжение промышленных предприятий и
производственных котельных. Газовое оборудование, прокладка газопроводов 171
РАЗДЕЛ 10. Автоматизация процессов горения. Системы телемеханики 182
10.1. Контрольно-измерительные приборы (КиП) 182
РАЗДЕЛ 11. Испытание газопроводов и ввод в эксплуатацию 186
Библиографический список 192
Введение.
Положение России в мировой системе хозяйствования преимущественно обусловлено ее позициями в мировом топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) и на международных рынках сырьевой продукции. На внутреннем рынке состояние ТЭК во многом определяет ситуацию в российской экономике. В современный период предприятия ТЭК обеспечивают выпуск свыше 1/3 объемов промышленной продукции и до 40% финансовых поступлений в доход федерального бюджета. Около 50% совокупного объема экспортной валютной выручки поступает в страну за счет поставок энергоресурсов на внешние рынки. В период экономических преобразований в России результаты деятельности отраслей ТЭК отличались наибольшей стабильностью по сравнению с другими отраслями национального хозяйства.
Наиболее стабильно работающей во всем ТЭК России остается газодобывающая отрасль, что подтверждается более высокой долей использования природного газа в топливно-энергетическом балансе страны. Благодаря более интенсивной добыче природного газа были компенсированы последствия интенсивного снижения добычи нефти в период 1991-1995 гг. Учитывая также, что процесс добычи природного газа технологически менее сложный, газодобывающая отрасль меньше всего пострадала от разрыва хозяйственных связей в период распада и разрушения единого газодобывающего комплекса СССР. Все это также обусловило рост его объемов в общем потреблении первичных энергоресурсов. Приоритетность роли природного газа в топливно-энергетическом балансе и в экономике была обозначена в Программе Правительства РФ – «Основные направления энергетической политики и структурной перестройки ТЭК на период до 2010 года».
Задача газоснабжения – осуществление доставки газа потребителям, как для коммунальных нужд населения, так и для промышленной сферы и сельского хозяйства.
Газоснабжение представляет собой организованную подачу и распределение газового топлива с целью обеспечения нужд народного хозяйства. Для газоснабжения могут использоваться как природные, так и искусственные газы.
Очистка и одоризация газа. Требования к одорантам.
Очистка от механических примесей
К механическим примесям относятся частицы породы, выносимые газовым потоком из скважины, строительный шлак, оставшийся после окончания строительства промысловых газосборных сетей и магистральных трубопроводов, продукты коррозии и эрозии внутренних поверхностей и жидкие включения конденсата и воды.
Согласно техническим требованиям на природные и нефтяные газы содержание жидкой взвеси в транспортируемом газе не должно превышать 25 ÷ 50 г. на 1000 м3 газа. Еще более жесткие требования необходимо предъявлять к содержанию твердой взвеси (не более 0,05 мг/м3), которая способствует эрозионному износу технологического оборудования газопроводов. Так, при содержании 5 ÷ 7 мг/м3 твердой взвеси КПД трубопроводов уменьшается на 3 ÷ 5% в течение двух месяцев эксплуатации, а при запыленности более чем 30 мг/м3 трубопровод выходит из строя через несколько часов из-за полного эрозионно-ударного износа.
По принципу работы аппараты для очистки газа от механических примесей
подразделяются на:
— работающие по принципу «сухого» отделения пыли. В таких аппаратах отделение пыли происходит в основном с использованием сил гравитации и инерции. К ним относятся циклонные пылеуловители, гравитационные сепараторы, различные фильтры;
— работающие по принципу «мокрого» улавливания пыли. В этом случае удаляемая из газа взвесь смачивается промывочной жидкостью, которая отделяется от газового потока, выводится из аппарата для регенерации и очистки и затем возвращается в аппарат. К ним относятся масляные пылеуловители, шаровые скрубберы и т.д.;
— использующие принцип электроосаждения. Данные аппараты почти не применяются для очистки природного газа.
Очистка газа от сероводорода и углекислого газа
Частой примесью природного газа является сероводород. По своим химическим свойствам он представляет собой горючий газ с неприятным запахом, хорошо растворяемый в воде. Как газ, так и продукт его сгорания являются сильными ядами, а также вызывают коррозию выполненных из стали труб и резервуаров, что может стать причиной утечек и аварий. Наличие сероводорода в газе ускоряет процесс гидратообразования. По существующим нормам, содержание сероводорода в газе, используемом в быту, не должно быть больше 0,02 г/м3 при 0°С и 760 мм. рт. ст. По содержанию в природном газе СО2 также действуют определенные нормы. Количество углекислого газа не должно превышать 2%.
Очистка газа от примесей — один из насущных вопросов добывающей отрасли. В настоящее время существует множество способов эффективной очистки газа. В основном применяется абсорбция жидкостью и адсорбция твердым веществом. В первом случае, сероводород переходит в жидкую фазу и растворяется в адсорбирующей жидкости. Во втором случае, сероводород концентрируется на поверхности твердого вещества, и тем самым извлекается из газа.
В качестве адсорбента чаще всего выступает активированный уголь или окись железа. При помощи данных мер содержание углекислого газа и сероводорода снижается до необходимой отметки. При одновременной очистке газа жидкостью от сероводорода и углекислого газа используют моноэтаноламин, диэтаноламин и динизопропанамин. Данный способ является высокоэффективным и характеризуется довольно низкими затратами.
Осушка газа
Осушка газа необходима: для устранения при транспортировки газа ледяных пробок и кристаллогидратов, которые возникают при определенных t и Р с относительной влажностью φ < 0,6; устранение возникновения коррозии внутренней полости газопровода и повышение КПД теплогенерирующих агрегатов, поскольку вода полностью окислившийся элемент. Осушку газа осуществляют следующими методами:
1. Физические
В основе лежит искусственное охлаждение газов, компримирование их, а также сочетание компримирования с охлаждением. Осуществляются следующими способами:
— вымораживанием влаги из газа с использованием низких температур атмосферы;
— охлаждением газа с дополнительным компримированием и без него;
— инжекцией химических веществ в газовый поток промысловых газосборных трубопроводов с последующим улавливанием продуктов гидратации на сепарационных и центральных установках;
— низкотемпературной сепарацией (т.е. охлаждением природного газа с последующим разделением газоконденсатной смеси в сепараторе на жидкую и газовую фазы).
2. Химические
Химическая реакция между водой и химическими веществами может быть столь полной, что образующиеся при этом продукты гидратации будут иметь чрезвычайно низкую упругость водяных паров. Имеются химические реагенты, обеспечивающие практически полную осушку газа. Однако эти реагенты очень трудно или вообще невозможно регенерировать, что делает их непригодными для использования в качестве промышленных осушителей. Они широко применяются при лабораторном определении влажности газов.
3. Физико-химические
Основаны на поглощении влаги различными поглотителями (сорбентами) и делятся на две основные группы: адсорбция (с применением твердых сорбентов) и абсорбция (с применением жидких сорбентов, таких как диэтиленгликоль и триэтиленгликоль).
Физико-химические методы получили наиболее широкое применение.
Одоризация газа
Природный газ (метан) и сжиженные газы (пропан-бутаны) изначально не имеют запаха, поэтому любая их утечка из закрытой системы может быть обнаружена только специальными датчиками. Поскольку такие газы, широко применяемые на промышленных объектах и в быту, в случае утечки могут вызывать сильные отравления и, кроме того, при определенных концентрациях создают взрывоопасную среду, возникает потребность оперативного выявления наличия газа в окружающем воздухе без применения специальных технических устройств.
Вещества, придающие газу специфический запах, называют одорантами, а процесс их ввода в поток газа – одоризацией газа. Одоризация природного газа производится, как правило, на газораспределительных станциях (перед подачей газа потребителям) или на централизованных одоризационных пунктах.
Одоранты, добавляемые в природный газ, в идеале должны обладать следующими свойствами:
— иметь резко выраженный, специфический запах (для четкого распознавания);
— проявлять физическую и химическую устойчивость в парообразном состоянии при смешении с природным газом и движении по трубопроводу (для обеспечения стабильной дозировки);
— быть сильно концентрированными (для уменьшения общего расхода вещества);
— обладать минимальной токсичностью в рабочих концентрациях и не образовывать токсичных продуктов при сгорании (для безопасной эксплуатации);
— не оказывать корродирующего воздействия на материалы газопроводов, емкостей для хранения и транспортирования, запорно-регулирующей арматуры (для обеспечения длительного срока службы газопроводов и газового оборудования).
Этилмеркаптан был одним из первых промышленных одорантов, применявшихся в бывшем СССР.
С 1984 г. практически на всех ГРС России используется одорант СПМ (смесь природных меркаптанов), состоящий из следующих компонентов:
—этилмеркаптан(до 44,0%);
— изо-пропилмеркаптан(до 31,0%);
—бутилмеркаптан (до 11,0%);
— н-пропилмеркаптан (до 6,0%);
— трет-бутилмеркаптан (до 5,0%);
— н-бутилмеркаптан (до 1,5%);
—тетрогидротиофен (до 1,5%).
Принято считать, что основным фактором качества запаха одоризационной смеси является доля содержания в ней меркаптановой серы. Зная процентное содержание меркаптановой серы в транспортируемом газе, можно уменьшить норму ввода одоранта в поток газа.
Материал труб, сортамент.
При строительстве газопроводов применяют стальные трубы. Их изготавливают из хорошо сваривающихся низколегированных и малоуглеродистых сталей. Минимальный условный диаметр для распределительных газопроводов принимают обычно равным 50 мм, а для ответвлений к потребителям – 25 мм. Толщина стенки трубы для подземных газовых сетей должна быть не менее 3 мм, а для надземных – не менее 2 мм. Для переходов через водные преграды толщина стенки труб должна быть на 2 мм больше расчетной, но не менее 5 мм. Стальные трубы для подземных газопроводов защищают противокоррозионной изоляцией.
Для строительства подземных газопроводов широко применяются полиэтиленовые и винипластовые трубы. Неметаллические трубы начали применять около 35 лет назад сначала на экспериментальных газопроводах.
Внедрение полиэтиленовых труб – одно из актуальных направлений повышения эффективности капитального строительства за счет снижения его материало- и трудоемкости. Из 1 т металлических труб диаметром 100 мм можно проложить трубопровод длиной до 80 м, а из 1 т полиэтиленовых труб наружным диаметром 110 мм можно смонтировать трубопровод длиной более 1 км.
Использование 1 т пластмассовых труб в системах газоснабжения позволит сэкономить 5 ÷ 7 т металлических труб.
Полиэтиленовые трубы имеют ряд преимуществ:
— высокую коррозионную стойкость почти во всех кислотах (кроме органических) и щелочах, что исключает необходимость их изоляции и электрохимиической защиты и делает их практически незаменимыми в условиях животноводческих предприятий; стойкость к биокоррозии;
— незначительную массу, что обеспечивает снижение транспортных расходов и трудозатрат при их монтаже;
— повышенную пропускную способность (приблизительно на 20 %) благодаря гладкости их поверхности (эквивалентная шероховатость стенки новой стальной трубы равна 0,01, а полиэтиленовой – 0,0007 см);
— высокую прочность при достаточной эластичности и гибкости.
Газовые трубы на сегодняшний день производятся трёх типов:
— стальные газовые трубы
— медные газовые трубы
— полиэтиленовые трубы
Достоинства стальных труб:
— долговечность, так как изготавливают их из высококачественной углеродистой стали, поэтому служат они долго;
— переносимость давления, стенки отлично переносят внутреннее давление;
— достаточно низкая стоимость.
Недостатки стальных труб:
— коррозия. Стальные газовые трубы подвержены излишней коррозии, что постепенно приводит к протечкам, а, следовательно, к замене отдельных участков.
— внутренние стенки засоряются отложениями, что естественно приводит к уменьшению их пропускной способности.
— блуждающие токи. Это токи, которые, проходя через трубу, уносят с собой часть атомов металла, что, в конце концов, приводит к разрушению.
— высокая стоимость их прокладки и монтажных работ.
Достоинства медных труб:
— долговечность. Медные трубы для газа обладают сроком службы, в два раза превышающим срок службы стальных;
— стойкость к коррозии;
— стойкость к изменению внутреннего давления и температуры;
—простота монтажа.
Назначение ГРП (ГРУ). Требования к помещениям ГРП (ГРУ).
Газорегуляторными пунктами (установками) называется комплекс технологического оборудования и устройств. Назначение и устройство газорегуляторных установок (ГРУ, ГРП, ГРПШ) предусматривается для предварительной очистки газа, автоматического снижения давления газа и поддержания его на заданных уровнях независимо от изменения расхода газа в пределах номинальных расходных характеристик регуляторов давления газа, контроль входного и выходного давлений и температуры газа. А также газорегуляторные пункты могут с высокой точностью производить учёт расхода газа плавно меняющихся потоков не агрессивных газов. В зависимости от назначения и технической целесообразности газорегуляторное оборудование размешают в отдельно стоящих зданиях, в пристройках к зданиям, в шкафах. В зависимости от размещения оборудования газорегуляторные пункты подразделяются на несколько типов:
— газовые станции с газовым обогревом (ГСГО) — оборудование размещается в шкафу из несгораемых материалов; газорегуляторный пункт шкафной (ГРПШ) — оборудование размещается в шкафу из несгораемых материалов;
— шкафной регуляторный пункт (ШРП) — оборудование размещается в шкафу из несгораемых материалов;
— газорегуляторная установка (ГРУ) — оборудование смонтировано на раме и размещается в помещении, в котором расположена газоиспользующая установка, или в помещении, соединенном с ним открытым проемом;
— пункт газорегуляторный блочный (ПГБ) — оборудование смонтировано в одном или нескольких зданиях контейнерного типа;
— стационарный газорегуляторный пункт (ГРП) — оборудование размещается в специально для этого предназначенных зданиях, помещениях или на открытых площадках.
Принципиальное отличие ГРП от ГРПШ, ШРП, ГРУ и ПГБ состоит в том, что ГРП (в отличие от последних), не является типовым изделием полной заводской готовности.
Устройство ГРП в подвальных и полуподвальных помещениях зданий, в пристройках к зданиям школ, больниц, детских учреждений, жилых домов, зрелищных и административных зданий не разрешается.
ГРП и ГРУ предназначены для снижения давления газа и поддержания его в заданных пределах ГРП размещаются:
— в отдельно стоящих зданиях;
— встроенными в одноэтажные производственные здания или котельные:
— в шкафах на наружных стенах или отдельно стоящих опорах;
— на покрытиях производственных зданий I и II степени огнестойкости с негорючим утеплителем;
— на открытых огражденных площадках под навесом
ГРУ размещаются:
— в газифицированных зданиях, как правило, вблизи от входа;
— непосредственно в помещениях котельных или цехов, где находятся газоиспользующие агрегаты, или в смежных помещениях, соединенных с ними открытыми проемами и имеющими не менее чем трехкратный воздухообмен в час. Подача газа от ГРУ к потребителям в других отдельно стоящих зданиях не допускается.
Виды ГРП.
ГРП подразделяются между собой:
по выходному давлению:
— ГРП низкого, среднего и высокого выходного давления.
— по количеству ступеней понижения давления газа:
— одноступенчатые и многоступенчатые ГРП.
по количеству линий редуцирования:
— однониточные и многониточные ГРП.
— по типу схемы газоснабжения потребителя газа:
— тупиковые и закольцованные ГРП.
а также по наличию резервной нитки редуцирования:
—ГРП с резервной линией редуцирования и без.
(описание каждого типа ГРП представлено ниже).
Требования к помещениям ГРП (ГРУ).
Здания ГРП должны относиться к I и II степени огнестойкости класса СО, быть одноэтажными, бесподвальными, с совмещенной кровлей.
Допускается размещение ГРП встроенными в одноэтажные газифицируемые производственные здания, котельные, пристроенными к газифицируемым производственным зданиям, бытовым зданиям производственного назначения, на покрытиях газифицируемых производственных зданий I и II степени огнестойкости класса СО, с негорючим утеплителем и на открытых огражденных площадках, а также в контейнерах ГРПБ.
Здания, к которым допускается пристраивать и встраивать ГРП, должны быть не ниже II степени огнестойкости класса СОс помещениями категорий Г и Д. Строительные конструкции зданий (в пределах примыкания ГРП) должны быть противопожарными I типа, газонепроницаемыми.
Здания ГРП должны иметь покрытие (совмещенную кровлю) легкой конструкции массой не более 70 кг/м2 (при условии уборки снега в зимний период).
Применение покрытий из конструкций массой более 70 кг/м2 допускается при устройстве оконных проемов, световых фонарей или легко сбрасывасываемых панелей общей площадью не менее 500 см2 на 1 м3 внутреннего объема помещения.
Помещения, в которых расположены газорегуляторные установки ГРУ, а также отдельно стоящие и пристроенные ГРП и ГРПБ должны отвечать требованиям для помещений категории А.
Материал полов, устройство окон и дверей помещений регуляторных залов должны исключать образование искр.
Стены и перегородки, отделяющие помещения категории А от других помещений, следует предусматривать противопожарными I типа, газонепроницаемыми, они должны опираться на фундамент. Швы стен и фундаментов всех помещений ГРП должны быть перевязаны. Разделяющие стены из кирпича следует отштукатурить с двух сторон.
Вспомогательные помещения должны иметь самостоятельный выход наружу из здания, не связанный с технологическим помещением. Двери ГРП следует предусматривать противопожарными, открывающимися наружу.
Устройство дымовых и вентиляционных каналов в разделяющих стенах (внутренних перегородках), а также в стенах здания, к которым пристраивается (в пределах примыкания) ГРП, не допускается.
Необходимость отопления помещения ГРП следует определять в зависимости от климатических условий.
В помещениях ГТП следует предусматривать естественное и (или) искусственное освещение и естественную постоянно действующую вентиляцию, обеспечивающую не менее трехкратного воздухообмена в I час.
Для помещений объемом более 200 м3 воздухообмен производится по расчету, но не менее, однократного воздухообмена в 1 час.
Размещение оборудования, газопроводов, арматуры и приборов должно обеспечивать их удобное обслуживание и ремонт.
Ширина основного прохода в помещениях должна составлять не менее 0,8 м.
Фильтры.
Для очистки газа от механических примесей, необходимой для предупреждения засорения импульсных трубок, дроссельных отверстий и износа запорных и дросселирующих органов арматуры, в ГРП И ГРУ устанавливают фильтры, в которых фильтрующим элементом является обойма, обтянутая мелкой сеткой. В ГРП с регуляторами на условный проход 50 мм и более применяют сварные фильтры различной конструкции.
Для очистки газа от механических примесей применяют сетчатые и кассетные фильтры, висциновые пылеуловители и др.
Необходимая степень очистки фильтром газового потока обеспечивается при ограниченных скоростях газа, определяемых максимально допустимыми перепадами давления в фильтрующем элементе (кассете, сетке), который не должен превышать для сетчатых фильтров 5000, для волосяных 10000 Па, на новом фильтре, а также после их очистки или промывки, т.е. на чистой кассете (сетке), соответственно 2500 и 5000 Па.
Для измерения перепада давления на работающем фильтре (засоренности) применяют дифманометры ДТ-5 или ДТ-50, которые имеются в корпусе фильтра.
Фильтры сетчатые.Фильтры типа ФС (рис.4.6, 4.7), имеют чугунный корпус, типа ФСС – стальной сварной. Фильтрующим элементом служит однослойная плетеная металлическая сетка №025 (ГОСТ 6613-86*) (ячейка в свету 0,25 мм, диаметр проволоки 0,12).
Фильтры волосяные имеют чугунный корпус с кольцевым пазом, внутри которого помещается фильтрующая кассета, в которой пространство между торцевыми проволочными сетками заполнено капроновой нитью или спрессоанным конским волосом. Набивка пропитывается висциновым маслом. Габаритные размеры ФВ, мм: длина всех типоразмеров 280, высота Н для Ду 80 325; Ду 100 348; Ду 200 478.
Фильтры кассетные сварные (ФГ).Эти фильтры имеют сварной корпус и по сравнению с ФВ значительно большие размеры кассет, а также большую пропускную способность. В описываемом фильтре установлен отбойный лист, который обеспечивает предварительную очистку газового потока от твердых частиц крупных размеров, которые, ударившись о лист, теряют скорость и падают на дно корпуса. Более мелкие фракции задерживаются в кассете.
| Рис.4.6. Угловой сетчатый фильтр Ду=25(40) мм | Рис.4.7. Фильтр сварной к регуляторам типа РДБК |
В сварном стальном корпусе 1 фильтра размещена сетчатая кассета 2, набитая конским волосом, смоченном в висциновом масле. Для защиты кассеты от прямого потока взвешенных частиц перед ней размещается отбойный лист 3. На патрубках для входа и выхода газа имеются штуцеры 4 для замера перепада давления до и после фильтра с целью определения степени загрязнения фильтра. Перепад давления в в волосяных фильтрах подобного типа не должен превышать 10000 Па. Из этого и исходят при подборе типа-размера фильтра при заданном давлении газа.
В ГРП большей производительности применяют стальные висциновые фильтры с кольцами Рашига.
Конструкции горелок.
Основные элементы горелки газовой: смеситель и горелочная насадка со стабилизирующим устройством. В зависимости от назначения и условий эксплуатации горелки газовой её элементы имеют различное конструктивное исполнение.
В диффузионных горелках газовых в камеру сжигания подводится газ и воздух. Смешение газа и воздуха происходит в камере горения. Большинство диффузионных горелок газовых монтируют на стенках топки или печи. В котлах получили распространение т. н. подовые горелки газовые, которые размещаются внутри топки, в нижней её части. Подовая горелка газовая состоит из одной или нескольких газораспределительных труб, в которых просверлены отверстия. Труба с отверстиями устанавливается на колосниковой решётке или поду топки в щелевом канале, выложенным из огнеупорного кирпича. Через огнеупорный щелевой канал поступает требуемое количество воздуха. При таком устройстве горение струек газа, выходящих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объёме. Подовые горелки создают малое сопротивление прохождению газа, поэтому они могут работать без принудительного дутья.
Диффузионные горелки газовые характеризуются более равномерной температурой по длине факела.
Однако эти горелки газовые требуют повышенного коэффициента избытка воздуха (по сравнению с инжекционными), а также создают более низкие тепловые напряжения топочного объёма и худшие условия для догорания газа в хвостовой части факела, что может приводить к неполному сгоранию газа.
Диффузионные горелки газовые применяют в промышленных печах и котлах, где требуется равномерная температура по длине факела. В некоторых процессах диффузионные горелки газовые незаменимы. Например, в стекловаренных, мартеновских и др. печах, когда идущий на горение воздух подогревается до температур, превышающих температуру воспламенения горючего газа с воздухом. Успешно применяются диффузионные горелки газовые и в некоторых водогрейных котлах.
В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за счёт энергии струи газа и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Иногда в инжекционных горелках газовых подсасывание необходимого количества горючего газа, давление которого близко к атмосферному, осуществляется энергией струи воздуха. В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух), работающих на газе среднего давления, образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объёме. В инжекционные горелках газовых частичного смешения поступает только часть (40 ÷ 60%) требующегося для горения воздуха (т. н. первичный воздух), который и смешивается с газом. Остальное количество воздуха (т. н. вторичный воздух) поступает к факелу пламени из атмосферы за счёт инжектирующего действия газо-воздушных струй и разрежения в топках. В отличие от инжекционных горелок газовых среднего давления, в горелках низкого давления образуется однородная газо-воздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения; эти горелки газовые устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки.
Для устойчивого горения газовоздушной смеси в инжекционных горелках газовых среднего и высокого давления применяют стабилизаторы: дополнительные поджигающие факелы вокруг основного потока (горелки с кольцевым стабилизатором), керамические туннели, внутри которых происходит горение газовоздушной смеси, и пластинчатые стабилизаторы, создающие завихрение на пути потока.
В топках значительных размеров инжекционные горелки газовые собирают в блоки из 2 и более горелок.
Широкое применение получили инжекционные горелки газовые инфракрасного излучения (т. н. беспламенные горелки), в которых основное количество получаемого при горении тепла передаётся излучением, т.к. газ сгорает на излучающей поверхности тонким слоем, без видимого факела. Излучающей поверхностью служат керамические насадки или металлические сетки. Эти горелки применяют для обогрева помещений с большой кратностью обмена воздуха (спортивные залы, торговые помещения, теплицы и др.), для сушки окрашенных поверхностей (тканей, бумаги и др.), разогрева мёрзлого грунта и сыпучих материалов, в промышленных печах. Для равномерного нагрева больших поверхностей (печей нефтеперерабатывающих заводов и др. промышленных печей) применяют т. н. панельные инжекционные излучающие горелки. В этих горелках газо-воздушная смесь из смесителя попадает в общий короб, а далее по трубкам смесь распределяется по отдельным туннелям, в которых и происходит её сгорание. Панельные горелки имеют малые габариты и широкий диапазон регулирования, малочувствительны к противодавлению в топочной камере.
Увеличивается применение газотурбинных горелок, в которых подача воздуха осуществляется осевым вентилятором, приводимым в движение газовой турбиной. Эти горелки предложены в начале 20 века (турбогорелка Эйкарта). Под действием реактивной силы вытекающего газа турбинка, вал и вентилятор приводятся во вращение в сторону, противоположную истечению газа. Производительность горелки регулируется величиной давления поступающего газа. Газотурбинные горелки могут применяться в топках котлов. Перспективными являются высоконапорные турбинные горелки газовые с самоподачей воздуха через рекуператоры и воздушные экономайзеры: газо-мазутные горелки газовые большой производительности, работающие на подогретом и холодном воздухе.
К горелкам предьявляют следующие требования:
1. Основные типы горелок должны изготавливаться на заводах серийно по техническим условиям. Если горелки изготовляют по индивидуальному проекту, то при вводе в эксплуатацию они должны пройти испытания для определения основных характеристик;
2. Горелки должны обеспечивать пропуск заданного количества газа и полноту его сжигания с минимальным коэффициентом расхода воздуха α, за исключением горелок специального назначения (например, для печей, в которых поддерживается восстановительная среда);
3. При обеспечении заданного технологического режима горелки должны обеспечить минимальное количество вредных выбросов в атмосферу;
4. Уровень шума, создаваемого горелкой, не должен превышать 85 дБ при измерении шумомером на расстоянии 1 м от горелки и на высоте 1,5 м от пола;
5. Горелки должны устойчиво работать без отрыва и проскока пламени в пределах расчетного диапазона регулирования тепловой мощности;
6. У горелок с предварительным полным смешением газа с воздухом скорость истечения газовоздушной смеси должна превышать скорость распространения пламени;
7. Для сокращения расхода электроэнергии на собственные нужды при использовании горелок с принудительной подачей воздуха сопротивление воздушного тракта должно быть минимальным;
8. Для уменьшения эксплуатационных расходов конструкция горелки и стабилизирующие устройства должны быть достаточно просты в обслуживании, удобны для ревизии и ремонта;
9. При необходимости сохранения резервного топлива горелки должны обеспечивать быстрый перевод агрегата с одного топлива на другое без нарушения технологического режима;
10. Комбинированные газомазутные горелки должны обеспечивать примерно одинаковое качество сжигания обоих видов топлива – газового и жидкого (мазута).
Диффузионные горелки
В диффузионные горелки воздух, необходимый для горения газа, поступает из окружающего пространства к фронту факела за счет диффузии.
Такие горелки применяются обычно в бытовых приборах. Их можно использовать также при увеличении расходе газа, если необходимо распределить пламя по большой поверхности. Во всех случаях газ подается в горелку без примеси первичного воздуха и смешивается с ним за пределами горелки. Поэтому иногда эти горелки называют горелками внешнего смешивания.
Наиболее простые по конструкции диффузионные горелки (рис. 7.1) представляют собой трубу с высверленными отверстиями. Расстояние между отверстиями выбирается с учетом скорости распространения пламени от одного отверстия к другому. Эти горелки имеют небольшие тепловые мощности и применяются при сжигании природных и низкокалорийных газов под небо