Соотношение единиц давления

При этом парциальное давление каждого компонента смеси p_i равно общему давлению, умноженному на объемное (молярное) содержание y_i данного газа в смеси:

p_i = y_i P_и.

Давление избыточное P_и газов в практике их использования является одним из основных показателей, определяющих технику и технологию их применения. Системы газоснабжения по этому показателю подразделяются на четыре градации:

высокого давления I категории при избыточном давлении от 1,2МПа до 0,6МПа включительно для природного газа и газовоздушных смесей, и от 1,6МПа для сжиженных углеводородных газов (СУГ);

газопроводы высокого давления II категории при избыточном давлении газа свыше 0,3 МПа (3 кгс/см²) до 0,6 МПа (6 кгс/см²);

газопроводы среднего давления – при рабочем давлении свыше 500 даПа (0,05 кгс/см²) до 0,3 МПа (3 кгс/см²);

газопроводы низкого давления – при рабочем давлении газа до 500 даПа (0,05 кгс/см²) включительно.

Теплота сгорания Q – количество тепла, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема газа (топлива). Теплоту сгорания газов в СИ измеряют в кило(мега) джоулях на килограмм (кДж/кг, МДж/кг) или в кило (мега-) джоулях на кубический метр (кДж/м³, МДж/м³), а на практике – нередко в килокалориях на килограмм (ккал/кг) или в килокалориях на кубический метр (ккал/м³), а так же в кВт.

Соотношения между единицами теплоты сгорания газов

1ккал/м³ = 4,19 кДж/м³; 1ккал / (ч×м²) = 1,16 Вт/м²; 1МДж = 3,6 кВт

Для оценки тепловых свойств газов могут применяться низшая Q_H и высшая Q_B теплота сгорания. Q_H отличается от Q_B тем, что она не включает в себя скрытую теплоту испарения водяных паров, образующихся при сгорании одной единицы топлива. Поэтому не следует понимать показатель низшей и высшей теплоты сгорания как некие пределы, в границах которых колеблется теплообразующая способность топлива. Теплота сгорания некоторых индивидуальных газов, входящих в состав топливных углеводородных газов, приведена в табл. 4.

Определение низшей и высшей теплоты сгорания сложного газа

Q_н,в = 0,01(SQ_н,вi × C_mH_n), кДж/м³

где Q_н,вi – низшая или высшая теплота сгорания отдельного компонента; C_mH_n – процентное содержание горючего в смеси газа.

Q_н = 0,01(35880×CH4 + 64360×C2H6 + 93180×C3H8 +

+ 123600×C₄H₁₀), кДж/м³

Определение низшей и высшей теплоты сгорания

Q_н,в = 0,01(∑Q_н,вi × C_mH_n),

где Q_н,вi – низшая теплота сгорания отдельного компонента; C_mH_n – процентное содержание газа. Развернутая формула для определения Q_н. Для определения Q_в смеси газов следует значения Q_вi для каждого газа брать из справочника или таблицы 6, приведенной в пособии.

Число Воббе Wo – показатель, также характеризующий тепловые свойства газа во взаимосвязи с его относительной плотностью. Определяется по формуле:

или

где Wo_н и Wo_в – число Воббе низшее и высшее, кДж/м³; Q_{н –} низшая теплота сгорания газа, кДж/м³; Q_в – высшая теплота сгорания газа, кДж/м³; d – относительная плотность газа.

Определение относительной плотности

где r_см – плотность смеси сложного газа при нормальных физических условиях, кг/м³; r_в =1,29, кг/м³ – плотность воздуха при нормальных физических условиях.

Равенство чисел Воббе указывает на взаимозаменяемость газов, т. е. возможность их использования в одном горелочном устройстве без изменений конструкции последнего. Практически считается, что взаимозаменяемость газов без нарушения нормальной работы газогорелочных устройств возможна при колебаниях числа Воббе в пределах ±5% номинального значения и равенстве скоростей распространения пламени. ПГ и СУГ имеют скорость распространения пламени 0,36–0,37 м/сек. Скорости распространения пламени ИГ и БГ значительно отличаются от скорости сгорания ПГ и СУГ из-за присутствия в них значительного количества балластных газов и водорода.

Температура воспламенения – это минимальная температура, при которой газовоздушная смесь воспламеняется. Для большинства горючих газов температурой воспламенения является температура открытого огня самого различного происхождения: пламени спички, зажженной сигареты, ударной или электрической искры. Например, температура воспламенения газовоздушной смеси метана 645, пропана 490, бутана 475 °С. Значения минимальных температур воспламенения газовоздушных смесей приведены в табл. 4.

Максимальная температура продуктов полного сгорания газов адиабатических условиях при температуре газа и воздуха равной 0 °С – t_ж (жаропроизводительность). Это максимальная температура, которую будут иметь продукты сгорания газа. Максимальная температура горения углеводородных газов достигается при осуществлении комплекса условий, обеспечивающих полноту их сгорания. К этим условиям относятся обеспечение стехиометрического состава газовоздушной смеси, поддержание стабильной температуры горения в течение экзотермической реакции окисления горючих компонентов газа кислородом воздуха.

Сложность практического создания указанных условий объясняет значительную разницу между теоретической максимальной температурой и температурой, действительно достигаемой при сжигании топлива. Так, теоретическая температура горения большинства углеводородных газов приблизительно одинакова и равна 2000 °С, а температура, создаваемая, например, в топочном пространстве паровых котлов, составляет 1200–1400 °С.

Пределы воспламеняемости. Диапазон необходимой концентрации газа в смеси с воздухом, при котором возможна реакция окисления (горения), начинающаяся с внесением открытого огня или другого источника высокой температуры, называют пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Минимальное процентное (по объему) содержание горючего газа в смеси с воздухом, при котором с введением источника огня начинается реакция горения горючих компонентов газа, называют нижним пределом воспламеняемости (взрываемости) L_н, а максимальное – верхним пределом воспламеняемости (взрываемости) L_в в % объемных. Значения пределов воспламеняемости отдельных горючих газов приведено в табл. 4. При содержании газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости горения не будет. Если газа в газовоздушной смеси больше верхнего предела воспламеняемости, эта смесь может гореть, взрыва не будет. Воздуха в этой смеси не достаточно для сгорания газа, присутствующего в смеси, поэтому сгорит столько газа на сколько хватит воздуха.

Пределы воспламеняемости (взрываемости) сложных газов можно определить по формуле Ле Шателье:

где – нижний или верхний предел воспламенения сложного газа в газовоздушной или газокислородной смеси, % об.; – нижние или верхние пределы воспламения отдельных компонентов сложного газа в газовоздушно смеси в % об. по данным табл. 2; –содержание отдельных компонентов в сложном газе, % об.; ;

При наличии в газе небольшого количества балластных примесей пределы воспламеняемости могут быть определены по формуле:

Нижний предел воспламеняемости с балластом:

где – нижний или верхний предел воспламенения смеси, содержащей инертные (балластные) примеси, % об.; – нижний или верхний предел воспламенения горючей части смеси, % об.; – содержание балластных примесей (СО₂ и N₂), в долях единицы.

При содержании в газе балластных примесей для определения пределов воспламеняемости необходимо пересчитать процентное содержание горючей части. Например, в смеси присутствует 90 процентов горючих газов и 10 процентов не горючих, т. е. балласта. Принимаем 90% за 100% и определяем для каждого горючего компонента смеси его новое процентное количество. Определение нового процентного содержания горючих компонентов выполняют следующим расчетом: