GPS Горючие газы и их свойства

Основные характеристики горючих газов

Природные газы. Горючие природные газы — результат биохимического и термического разложения органических остатков. Чаще месторождения природного газа сосредоточены в пористых осадочных породах (пески, песчаники, галечники), подстеленных или покрытых плотными (например, глинистыми) породами. Во многих случаях «подошвой» для них служат нефть и вода.

В сухих месторождениях газ находится преимущественно в виде чистого метана с очень малым количеством этана, пропана и бутанов. В газоконденсатных, помимо метана, в значительной доле содержатся этан, пропан, бутан и другие более тяжелые углеводороды, вплоть до бензиновых и керосиновых фракций. В попутных нефтяных газах находятся легкие и тяжелые углеводороды, растворенные в нефти.

Число Воббе, МДЖ/м 3

Допустимое отклонение числа Воббе от номинального значения, %, не более

Массовая концентрация меркаптановой серы, г/м 3 , не более

Массовая концентрация сероводорода, г/м 3 , не более

Массовая концентрация механических примесей, г/м 3 , не более

Объемная доля кислорода, %, не более

Интенсивность запаха газа при объемной доле 1% в воздухе, балл, не более

Согласно ГОСТ 5542-87 горючие свойства природных газов характеризуются числом Воббе, которое представляет собой отношение теплоты сгорания (низшей или высшей) к корню квадратному из относительной (по воздуху) плотности газа:

Пределы колебания числа Воббе весьма широки, поэтому для каждой газораспределительной системы (по согласованию между поставщиком газа и потребителем) требуется установить номинальное значение числа Воббе с отклонением от него не более ±5%, чтобы учесть неоднородность и непостоянство состава природных газов.

Таблица 3.2. Теплота сгорания и относительная плотность компонентов сухого природного газа (н.у.) (ГОСТ22667-82

Теплота сгорания, мДж/м 3

Относительная плотность d

Оксид углерода СО

Диоксид углерода СО2

Таблица 3.3. Области применения различных марок сжиженных газов в различных регионах (ГОСТ Р 52087-2003)

Применяемый сжиженный газ для микроклиматического района по ГОСТ 16350

с наружной установкой баллонов

ПБТ. П5А ПТ. ПА ПБТ. ПБА ПТ, ПА

с внутриквартирной установкой баллонов

ПТ. ПА. ПБТ, ПБА, БТ

Сжиженные углеводородные газы. К сжиженным углеводородным газам относят такие, которые при нормальных физических условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое. Это позволяет перевозить и хранить сжиженные углеводороды как жид
кости, а газообразные регулировать и сжигать как природные газы. Основные газообразные углеводороды, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются высокой теплотой сгорания, низкими пределами воспламеняемости, высокой плотностью (значительно превосходящей плотность воздуха), высоким объемным коэффициентом расширения жидкости (значительно большим, чем у бензина и керосина), что обусловливает необходимость заполнять баллоны и резервуары не более чем на 85-90% их геометрического объема, значительной упругостью насыщенных паров,

Таблица 3.4. Физико-химические и эксплуатационные показатели сжиженных газов (ГОСТ Р 52087-2003)

Норма для марки

Массовая доля компонентов, %:

сумма метана, этана и этилена

сумма пропана и пропилена, не менее

в том числе пропана

сумма бутанов и бутиленов:

сумма непредельных углеводородов, не более

Объемная доля жидкого остатка при 20°С, %, не более

Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при темпе

По ГОСТ Р 50994 или ГОСТ 28656

Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %, не более

По ГОСТ 229S5 или ГОСТ Р 50802

в том числе сероводорода, не более

По ГОСТ 229S5 или ГОСТ Р 50802

Содержание свободной воды и щелочи

Интенсивность запаха, баллы, не менее

По ГОСТ 22387.5 или 8.3

1. Допускается не определять интенсивность запаха при массовой доле меркаптановой серы в сжиженных газах марок ПТ, ПБТ и БТ0,002% и более, а марок ПА и ПБА — 0,001% и более. При массовой доле меркаптановой серы менее указанных значений или интенсивности запаха менее 3 баллов сжиженные газы должны быть одорированы в установленном порядке.

2. При температурах -20Х и -30°С давление насыщенных паров сжиженных газов определяют только в зимний период.

3. При применении сжиженных газов марок ПТ и ПБТ в качестве топлива для автомобильного транспорта массовая доля суммы непредельных углеводородов не должка превышать 6%, а давление насыщенных паров должно быть не менее 0,07 МПа для марок ПТ и ПБТ при температурах -30°С и -20°С соответственно.

возрастающей с ростом температуры, и малой плотностью жидкости относительно воды. Химический состав сжиженных углеводородных газов различен и зависит от источников их получения. Сжиженные газы из попутных нефтяных и газоконденсатных месторождений состоят из предельных (насыщенных) углеводородов — алканов, имеющих общую химическую формулу СпН2п+2. Основными компонентами этих углеводородов являются пропан и бутан.

Недопустимо наличие в сжиженном газе в значительных количествах этана и метана (они резко увеличивают упругость насыщенных паров), пентана и его изомеров (поскольку это влечет за собой резкое снижение упругости насыщенных паров и повышение точки росы).

Сжиженные газы, получаемые на предприятиях в процессе переработки нефти, кроме алканов содержат непредельные (ненасыщенные) углеводороды — алкены, имеющие общую химическую формулу СпН2п (начиная с n = 2). Основными компонентами этих газов, помимо пропана и бутана, являются пропилен и бутилен. Наличие в сжиженном газе в значительных количествах этилена недопустимо, так как ведет к повышению упругости насыщенных паров.

Свойства сжиженных газов для бытовых целей регламентирует ГОСТ Р 52087-2003 «Газы углеводородные сжиженные топливные» (табл. 3.3 и 3.4).

Искусственные газы. Эти газы делят на две группы. К первой относят газы высокотемпературной (около 1000°С) перегонки, получаемые при нагревании твердого топлива без доступа воздуха: коксохимические, коксогазовые, газосланцевые. Производство горючих газов по этому способу основано на пирогенетическом разложении жирных каменных углей и сланцев под воздействием температуры. Ко второй группе относят газы безостаточной газификации, получаемые в результате нагревания твердого топлива в токе воздуха, кислорода и их смесей с водяным паром: доменные, генераторные, подземной газификации.

Горючие газы: названия, свойства и применение

Горючие газы – вещества с низким порогом теплоты сгорания. Это основной компонент газообразного топлива, которое используется для газоснабжения городов, в промышленности и других сферах жизнедеятельности. Физико-химические характеристики таких газов зависят от наличия в их составе негорючих компонентов и вредных примесей.

Виды и происхождение горючих газов

Горючие газы содержат метан, пропан, бутан, этан, водород и окись углерода, иногда с примесями гексана и пентана. Их получают двумя способами – из природных месторождений и искусственным путем. Газы природного происхождения – топливо, результат естественного биохимического процесса разложения органики. Большинство залежей расположены на глубине менее 1,5 км и состоят преимущественно из метана с малыми примесями пропана, бутана и этана. С увеличением глубины залегания растет процентное содержание примесей. Добывается из природных залежей или в качестве сопутствующих газов нефтяных месторождений.

Чаще всего залежи природного газа сконцентрированы в осадочных породах (песчаники, галечники). Покрывающими и подстилающими слоями служат плотные глинистые породы. В качестве подошвы в основном выступают нефть и вода. Искусственные – горючие газы, получаемые вследствие термической переработки различного вида твердых топлив (кокс и др.) и производные продукты нефтепереработки.

Основным компонентом природных газов, добываемых в сухих месторождениях, является метан с небольшим количеством пропана, бутана и этана. Природный газ характеризуется постоянством состава, относится к категории сухих. Состав газа, получаемый при нефтепереработке и из смешанных газонефтяных залежей, непостоянен и зависит от величины газового фактора, природы нефти и условий раздела нефтегазовых смесей. В него входит значительное количество пропана, бутана, этана, а также другие легкие и тяжелые углеводороды, содержащиеся в нефти, вплоть до керосиновых и бензиновых фракций.

Добыча горючих природных газов заключается в извлечении его из недр, сбор, удаление лишней влаги и подготовку к транспортировке потребителю. Особенность добычи газа состоит в том, что на всех стадиях от пласта до конечного потребителя весь процесс герметизирован.

Горючие газы и их свойства

Жаропроизводительность – максимальная температура, выделяемая при полном сгорании сухого газа в теоретически необходимом количестве воздуха. При этом выделяемое тепло расходуется на нагревание продуктов сгорания. Для метана этот параметр в °С равен 2043, бутана – 2118, пропана – 2110.

Температура воспламенения – наименьшая температура, при которой происходит самопроизвольный процесс воспламенения без воздействия внешнего источника, искры или пламени, за счет теплоты выделяемой частицами газа. Этот параметр особенно важен для определения допустимой температуры поверхности аппаратов, используемых в опасных зонах, которая не должна превышать температуру воспламенения. Для такой аппаратуры присваивается температурный класс.

Температура вспышки – наименьшая температура, при которой выделяется достаточное количество паров (на поверхности жидкости) для воспламенения от наименьшего пламени. Это свойство не стоит обобщать с температурой воспламенения, поскольку эти параметры могут разниться в значительной степени.

Плотность газа/пара. Определяется в сравнении с воздухом, чья плотность равна 1. Плотность газа 1 – падает. Например, для метана этот показатель равен 0,55.

Опасность горючих газов

Горючие газы представляют опасность тремя своими свойствами:

Горючесть. Существует риск возникновения пожара, связанный с неконтролируемым воспламенением газа;
Токсичность. Риск отравления газом или продуктами его горения (угарный газ);
Удушение вследствие дефицита кислорода, который может быть замещен другим газом.

Процесс горения представляет собой химическую реакцию, в которую входит кислород. При этом выделяется энергия в виде теплоты, пламени. Воспламеняющим веществом выступает газ. Процесс горения газа возможен при наличии трех факторов:

Источник воспламенения.
Горючие газы.
Кислород.

Целью противопожарной защиты является исключение как минимум одного из факторов.

Метан

Это бесцветный легкий горючий газ без запаха. Нетоксичен. Метан составляет 98% всех природных газов. Считается основным, определяющим свойства природного газа. На 75% состоит из углерода и на 25% из водорода. Масса куб. метра – 0,717 кг. Сжижается при температуре 111 К, при этом его объем уменьшается в 600 раз. Обладает низкой реакционной способностью.

Пропан

Газ пропан – горючий газ, без цвета и запаха. Обладает большей реакционной способностью, чем метан. Содержание в природном газе 0,1-11% по массе. В попутных газах из смешанных газонефтяных месторождений до 20%, в продуктах переработки твердых топлив (бурых и каменных углей, каменноугольной смолы) до 80%. Газ пропан используется в различных реакциях для получения этилена, пропилена, низших олефинов, низших спиртов, ацетона, муравьиной и пропионовой кислоты, нитропарафинов.

Читать еще: Беседка с печкой и мангалом своими руками

Бутан

Горючий газ без цвета, со своеобразным запахом. Бутан газ легко сжимаем и летуч. Содержится в нефтяном газе до 12% по объему. Также получатся в результате крекинга нефтяных фракций и лабораторным путем по реакции Вюрца. Температура замерзания -138 о С. Как и все углеводородные газы, пожароопасен. Вреден для нервной системы, при вдыхании вызывает дисфункцию дыхательного аппарата. Бутан (газ) обладает наркотическими свойствами.

Этан – газ без цвета и запаха. Представитель углеводородов. Дегидрирование при 550-650 0 С приводит к этилену, свыше 800 0 С – к ацетилену. Содержится в природных и попутных газах до 10%. Выделяется низкотемпературной ректификацией. Значительные объемы этана выделяются при крекинге нефти. В лабораторных условиях получают по реакции Вюрца. Является основным сырьем для получения винилхлорида и этилена.

Водород

Прозрачный газ без запаха. Нетоксичен, в 14,5 раз легче воздуха. По виду водород не отличается от воздуха. Обладает высокой реакционной способностью, широкими пределами воспламенения, весьма взрывоопасен. Входит в состав едва ли не всех органических соединений. Наиболее трудно сжимаемый газ. Свободный водород в природе встречается крайне редко, но в виде соединений очень распространен.

Окись углерода

Бесцветный газ, без вкуса и запаха. Масса 1 куб. м – 1,25 кг. Содержится в высококалорийных газах наряду с метаном и другими углеводородами. Увеличение доли окиси углерода в горючем газе понижает теплоту сгорания. Оказывает токсическое влияние на человеческий организм.

Применение горючих газов

Горючие газы обладают высокой теплотой сгорания, а потому являются высокоэкономичным энергетическим топливом. Широко применяются для коммунально-бытовых нужд, на электростанциях, в металлургии, стекольной, цементной и пищевой промышленности, в качестве автомобильного топлива, при производстве строительных материалов.

Использование горючих газов в качестве сырья для производства таких органических соединений как формальдегид, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон, ацетальдегид, обусловлено наличием в их составе углеводородов. Метан, как основной компонент горючих природных газов, широко применяется для производства различных органических продуктов. Для получения аммиака и различного рода спиртов используется синтез-газ – продукт конверсии метана кислородом или водяным паром. Пиролизом и дегидрогенизацией метана получают ацетилен, наряду с водородом и сажей. Водород, в свою очередь, используется для синтеза аммиака. Горючие газы, и в первую очередь этан, применяют при получении этилена и пропилена, которые в дальнейшем используются в качестве сырья для производства пластмасс, искусственных волокон и синтетических каучуков.

Перспективным видом топлива для многих сфер народного хозяйства является сжиженный метан. Использование сжиженных газов во многих случаях дает большую экономическую выгоду, позволяя снизить материалозатраты на транспортировку и решить проблемы газоснабжения в отдельных районах, позволяет создавать запасы сырья для нужд химической промышленности.

Устройство автомобилей

Система питания двигателя от газобаллонной установки

Виды и характеристики газообразных топлив

Газобаллонные автомобили наиболее широко используют в качестве топлива сжатые природные газы, а также сжиженные нефтяные и природные газы, Кроме того, в качестве газового топлива для газобаллонных автомобилей могут использоваться канализационные газы.

Сжиженные газы

Сжиженные газы получаются при добыче и переработке нефти и превращаются в жидкость в интервале температур от –20 до +20 °С при давлениях 1,0…2,0 МПа.
Обычно используют пропанобутановые смеси с содержанием пропана 70…95% (для зимнего периода большее содержание).
Октановое число нефтяного газа зависит от состава смеси и составляет приблизительно 100…105 единиц.

Газ тяжелее воздуха в 1,5…2 раза, а температуры воспламенения газа и бензина близки. В состав сжиженных или жидких газов, применяемых для автомобильных двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена, этана и этилена.

Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение.
С одной стороны, давление в баллоне желательно иметь более низким, так как при этом можно применять более тонкостенные, а, следовательно, и более легкие баллоны.
С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива к двигателю и работы газовой аппаратуры.

Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину давления в баллоне при любых климатических условиях.

Бутан в чистом виде пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре воздуха ниже 0 °С он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне.

Этан применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для повышения давления.

Основными производителями сжиженных газов являются:

газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов, выход сжиженного газа составляет до 50 % от производства бензина;
крекинговые заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до 3 % по весу от исходного сырья;
заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля, выход сжиженного газа доходит до 10…12 % от веса основной продукции.

Основные требования, предъявляемые к сжиженным газам:

соответствие их состава климатическим условиям;
строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей.

При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа, при самых высоких — не более 1,6 МПа.
Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15 %.
Газ не должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот, щелочей и смолистых веществ.

Сжатые газы

Сжатые газы разделяются на природные (естественные), нефтяные и канализационные.

Природные (естественные) газы добывают из буровых газовых скважин.
Природные газы однородны по составу, в большинстве случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими антидетонационными свойствами и дешевы.

Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекинговых заводах, а также при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах.
Нефтяные газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями, чем природные газы. Их теплопроводность выше теплотворности природных газов, так как они содержат больше тяжелых газов.

Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в крупных городах. Эти газы состоят главным образом из метана и углекислотного газа.
Выход канализационного газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в 100 000 человек, достигает 2500 м 3 в сутки, что равноценно примерно 2000 л бензина.

Сравнение различных видов сжатого газа

Газы с большим содержанием метана и незначительным содержанием тяжелых углеводородов являются наилучшим видом топлива для автомобилей.
Наоборот, газы, в составе которых преобладают водород и окись углерода, имеют низкую теплотворность и поэтому наименее пригодны для использования в качестве автомобильного топлива.

Сравнение сжиженных и сжатых газов

Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные пропанобутановые газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей.
Однако сжиженные газы обладают существенными преимуществами перед сжатыми газами:

значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против 20 МПа), что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы;
возможность перевозки в железнодорожных и автомобильных цистернах на любые расстояния; перевозка сжатых газов практически не осуществляется;
более дешевые и простые газозаправочные устройства, не требующие сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого давления;
увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах.

Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжиженными:

это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, в бытовых целях;
источники природных и промышленных газов расположены в самых различных районах страны, что позволяет значительно сократить доставку топлива в эти регионы; станции заправки сжатыми газами менее распространены.

Для автомобильного транспорта целесообразно использование как сжиженных, так и сжатых газов, в зависимости от наличия местных источников газа и от возможности организации газоснабжения.

Преимущества газового топлива по сравнению с бензином

К числу преимуществ горючих газов перед бензином следует отнести:

существенная экономия на топливе (один литр газа стоит в два раза дешевле бензина);
экологичность (содержание вредных веществ в отработавших газах меньше в несколько раз);
высокие антидетонационные свойства газа позволяют повысить значительно степень сжатия в цилиндрах, что благотворно влияет на мощность и экономичность двигателя;
газ не содержит вредных примесей (свинец, сера), которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд;
газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише;
газовая смесь сгорает почти полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах, свечах зажигания и стенках камер сгорания;
газ поступает в двигатель в паровой фазе, поэтому он не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разбавляет масло в картере, следовательно, уменьшается износ поршней и цилиндров и увеличивается срок службы масла и его расход;
газ сгорает немного медленнее, чем бензин, что снижает нагрузки на поршневую группу и коленчатый вал, двигатель работает «мягче», но снижается мощность двигателя на 2…5% в зависимости от степени сжатия.

В сумме все эти факторы дают двойную экономию средств на топливе, продлевают срок службы двигателя на 30…40% , масла и свечей — в два раза и, как следствие, значительно снижают не только эксплуатационные, но и ремонтные затраты.
К тому же газ не более опасен, чем бензин, и практически безвреден для окружающей среды.

Недостатки горючих газов, как автомобильного топлива

В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют следующие недостатки:

усложнение и удорожание системы топливоподачи, так как газовые баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппаратура сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос;
затрудненность запуска двигателя при низких температурах;
снижение мощности при переводе бензинового двигателя на газ без всяких переделок. Это обусловлено более низкой теплотворностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью и ухудшением наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впускном трубопроводе.

Температура горючей смеси при работе на газе на 15..20 °С выше, чем при работе на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты.
При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной смеси для всех видов газов, за исключением окиси углерода, ниже теплотворности бензиновоздушной смеси: для природного газа на 9%, для коксового газа на 10%, для сжиженных газов на 2…3%.

Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе на бензине, вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности на 4…6%.

Общее снижение мощности двигателя при переводе его с бензина на газ без переделок составляет: для сжиженных газов 5…9%, для сжатых газов 13…21%.
Снижение мощности двигателей, а также их топливной экономичности при работе на газе может быть полностью устранено, если повысить степень сжатия, отделить впускной трубопровод от выпускного, установить специальный газовый смеситель. Введение этих изменений позволяет не только сохранить мощность и экономичность двигателя при его работе на газе, но и значительно повысить их.

Читать еще: Альтернативное тепло для дома

Основные характеристики горючих газов

Число Воббе, МДЖ/м 3

Допустимое отклонение числа Воббе от номинального значения, %, не более

Массовая концентрация меркаптановой серы, г/м 3 , не более

Массовая концентрация сероводорода, г/м 3 , не более

Массовая концентрация механических примесей, г/м 3 , не более

Объемная доля кислорода, %, не более

Интенсивность запаха газа при объемной доле 1% в воздухе, балл, не более

Таблица 3.2. Теплота сгорания и относительная плотность компонентов сухого природного газа (н.у.) (ГОСТ22667-82

Теплота сгорания, мДж/м 3

Относительная плотность d

Оксид углерода СО

Диоксид углерода СО2

Таблица 3.3. Области применения различных марок сжиженных газов в различных регионах (ГОСТ Р 52087-2003)

Применяемый сжиженный газ для микроклиматического района по ГОСТ 16350

с наружной установкой баллонов

ПБТ. П5А ПТ. ПА ПБТ. ПБА ПТ, ПА

с внутриквартирной установкой баллонов

ПТ. ПА. ПБТ, ПБА, БТ

Таблица 3.4. Физико-химические и эксплуатационные показатели сжиженных газов (ГОСТ Р 52087-2003)

Норма для марки

Массовая доля компонентов, %:

сумма метана, этана и этилена

сумма пропана и пропилена, не менее

в том числе пропана

сумма бутанов и бутиленов:

сумма непредельных углеводородов, не более

Объемная доля жидкого остатка при 20°С, %, не более

Давление насыщенных паров, избыточное, МПа, при темпе

По ГОСТ Р 50994 или ГОСТ 28656

Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы, %, не более

По ГОСТ 229S5 или ГОСТ Р 50802

в том числе сероводорода, не более

По ГОСТ 229S5 или ГОСТ Р 50802

Содержание свободной воды и щелочи

Интенсивность запаха, баллы, не менее

По ГОСТ 22387.5 или 8.3

2. При температурах -20Х и -30°С давление насыщенных паров сжиженных газов определяют только в зимний период.

GPS Горючие газы и их свойства

Выбор товара по марке

Главная
Статьи
Горючие газы

Горючие газы

Кислород

Кислород — газ без цвета и запаха, соединяется с большинством элементов, кроме инертных газов, благородных металлов, а также фтора. Активно поддерживает горения. Химическая формула О₂.Температура сжижения кислорода при нормальном атмосферном давлении -182,96°С. Температура затвердевания — 218,4 o С.

Кислород получают из атмосферного воздуха. Принцип получения заключается в следующем: воздух охлаждается и сжижается, а затем кислород выделяется вследствие разницы температур кипения кислорода (-183 o С) и азота (-195,8 o С), благодаря чему азот испаряется из воздуха раньше и быстрее, чем кислород.

Кислород поступает потребителю по трубопроводу под давлением 0,5-3,0 МПа (кгс/см 2 ) от кислородной станции или газификатора, от перепускных разрядных рамп или индивидуальных баллонов под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2 ).

Кислород газообразный технический выпускается по ГОСТ 5583-78 трех сортов: (I, II, III) I сорт — чистота 99,7%; II сорт — чистота 99,5%; III сорт — чистота 99,2%.

На предприятиях используется в основном кислород I сорта. Для чистовой резки допускается применение кислорода II сорта, но при этом значительно возрастает его расход.

При работе с кислородом следует всегда помнить, что кислород при контакте с маслом или жиром образует взрывоопасное соединение, поэтому вся кислородная аппаратура должна подвергаться тщательному обезжириванию. В процессе работы необходимо следить, чтобы грязь, масло и жир не могли попадать на детали аппаратуры.

Ацетилен

Ацетилен — газ, ненасыщенный углеродом, легче воздуха, бесцветен, имеет сладковатый вкус и слабо эфирный запах. Химическая формула C₂H₂. Температура плавления при сгорании в смеси с кислородом до 3200 o С. Длительное вдыхание ацетилена вызывает головокружение и отравление. Ацетилен имеет наибольшую из всех горючих газов скорость реакции горения в кислороде. Этим объясняется его склонность к хлопкам и обратным ударам.

Смесь ацетилена с воздухом и кислородом крайне взрывоопасна в различных пропорциях (2,2 — 81% — с воздухом, и 2,8 — 93% — с кислородом), кроме того чистый ацетилен взрывоопасен в сжатом состоянии, начиная с 15 МПа (150 кгс/см 2 ). К потребителю ацетилен поступает по трубопроводу от газоразрядных перепускных рамп, в баллонах или его получают из карбида кальция в ацетиленовом генераторе. Использование растворенного ацетилена из баллонов предпочтительнее ацетилена, полученного в ацетиленовом генераторе: более устойчиво работает аппаратура, повышается безопасность работ и чистота рабочего места, обеспечивается лучшее использование дорогостоящего карбида кальция.

Газы — заменители ацетилена

Ввиду высокой стоимости ацетилена (С₂Н₂ стоит приблизительно в 4 раза дороже пропанобутановой смеси и в 43 раза дороже природного газа). Кроме того газы-заменители обладают рядом преимуществ перед кислородно-ацетиленовой резкой: более высокое качество поверхности реза; отсутствует оплавление кромок; процесс резки устойчивый, отсутствуют «хлопки» пламени; расстояние между мундштуком и разрезаемым металлом может изменяться в более широких пределах; износоустойчивость мундштуков при применении природного газа в 2-3 раза больше по сравнению с кислородно-ацетиленовой резкой. Газы-заменители подразделяются на две группы: сжиженные и сжимаемые.

Сжимаемые газы — метан и многокомпонентные газы, такие, как природный, городской, нефтяной и коксовый. К ним же относится и водород. Природные газы состоят в основном из метана и подаются, как правило, по трубопроводу или (реже) в баллонах под давлением 15 МПа (150 кгс/см 2 ). Городской газ по своему составу непостоянен и содержит от 70 до 98% метана. К заводскому потребителю газ поступает по трубопроводу под давлением 0,3 МПа (3 кгс/см 2 ).

Читать еще: Нужна гидроизоляция балкона под утеплитель

Сжиженные газы — пропан, бутан и их смеси. Крупные потребители получают их в железнодорожных и автомобильных цистернах, из которых их переливают в заводские стационарные емкости (хранилища). Далее газ подается в газификатор или отбирается в паровой фазе. В таком виде он поступает в заводской газорегуляторный пункт и далее в межцеховые газопроводы под давлением не менее 0,01 МПа (0,1 кгс/см 2 ).

Техника кислородной резки с использованием газов — заменителей ацетилена принципиально такая же, как при резке ацетилено-кислородным пламенем. К особенностям кислородной резки на газах — заменителях ацетилена можно отнести следующее: максимальная температура пламени находится на расстоянии от ядра в 2-3 раза большем, чем у ацетилено-кислородного пламени. Это позволяет изменять расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом в более широких пределах. Время начального подогрева металла при резке примерно вдвое больше, чем при нагреве ацетилено-кислородным пламенем, что несколько снижает производительность процесса резки.

В целом, кислородная резка с использованием газов-заменителей ацетилена (особенно природного газа) имеет ряд преимуществ перед ацетилено-кислородной: более низкая себестоимость процесса за счет низкой стоимости пропан-бутановой смеси и природного газа по сравнению со стоимостью ацетилена (в 3,5 и 43 раза соответственно!); более высокое качество поверхности реза (отсутствует оплавление кромок); процесс резки устойчивый, отсутствуют «хлопки» и обратные удары, что в свою очередь увеличивает безопасность и долговечность резака; износоустойчивость мундштуков в 2-3 раза больше у резаков с использованием газов-заменителей, чем у ацетиленовых; расстояние между мундштуком резака и разрезаемым металлом изменяется в более широких пределах.

Помимо газов также следует уделять внимание нефтепродуктам. Бензин, керосин, мазут и битум востребованные на нефтяном рынке. Оптом купить дизельное топливо летнее можно в компании Евро Групп Ойл по недорогим ценам.

Основные свойства горючих газов и жидкостей

Горючие газы

Ацетилен

Ацетилен является основным горючим газом для газовой сварки и резки металлов, температура его плавления при сгорании в смеси с технически чистым кислородом достигает 3150°С.

Ацетилен С₂Н₂ является химическим соединением углерода и водорода. Технический ацетилен при нормальных давлении и температуре представляет собой бесцветный газ с резким специфическим чесночным запахом, обусловленным содержащимися в нем примесями сероводорода, аммиака, фосфористого водорода и др. Длительное вдыхание его вызывает тошноту, головокружение и даже отравление.

Ацетилен легче воздуха, 1 м 3 ацетилена при нормальном атмосферном давлении и температуре 20°С имеет массу 1,09 кг. При нормальном давлении и температуре от -82,4°С (190,6 К) до -84,0°С (189 К) ацетилен переходит в жидкое состояние, а при температуре -85°С (188 К) затвердевает.

Ацетилен — самое распространенное горючее, используемое в процессах газопламенной обработки. При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывоопасные свойства. Ацетилен — высокое эндотермическое соединение, при разложении 1 кг ацетилена выделяется 8373,6 кДж. Температура самовоспламенения колеблется в пределах 240-630°С и зависит от давления и присутствия в нем различных веществ.

Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения ацетилена. Присутствие в ацетилене других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.

Зависимость температуры воспламенения ацетилена от давления приведена ниже:

При взрыве ацетилена происходит резкое повышение давления и температуры, что может вызвать большие разрушения и тяжелые несчастные случаи. Ацетилен с воздухом образует взрывоопасные смеси в пределах от 2,2 до 81 % ацетилена по объему при нормальном атмосферном давлении, а с технически чистым кислородом — в пределах от 2,3 до 93% ацетилена. Наиболее взрывоопасны ацетиленовоздушные смеси, содержащие 7-13% ацетилена. Взрыв ацетиленокислородной и ацетиленовоздушной смеси, в указанных пределах может произойти от сильного нагрева и искры.

Присутствие окиси меди снижает температуру самовоспламенения ацетилена до 240°С. При определенных условиях ацетилен реагирует с медью, образуя взрывоопасные соединения, вот почему категорически запрещается при изготовлении ацетиленового оборудования применение сплавов, содержащих более 70% меди.

Взрываемость ацетилена понижается при растворении его в жидкостях. Особенно хорошо он растворяется в ацетоне. В одном объеме технического ацетона при 20°С и нормальном атмосферном давлении можно растворить до 20 объемов ацетилена. Растворимость ацетилена в ацетоне увеличивается с увеличением давления и понижением температуры.

Технический ацетилен получают двумя способами: из карбида кальция и из природного газа, нефти, угля.

Ацетилен, полученный из природного газа, называется пиролизным. Получение ацетилена из природного газа на 30-40% дешевле, чем из карбида кальция.

К месту сварки ацетилен доставляется в специальных стальных баллонах, заполненных пористой пропитанной ацетоном массой, под давлением 1,9 МПа.

Кроме ацетилена при сварке и резке металлов применяют и другие более дешевые и менее дефицитные горючие газы и пары горючих жидкостей. Основная область применения газов-заменителей — кислородная резка, однако в последние годы они находят широкое применение и при других видах газопламенной обработки металлов — пайке, наплавке, газопламенной закалке, металлизации, газопрессовой сварке, сварке цветных металлов и сплавов. Правильное использование газов-заменителей не ухудшает качество сварки и резки металлов, применение их дает более высокую чистоту реза при резке металлов малых толщин.

При сварке температура пламени должна примерно в два раза превышать температуру плавления металлов, поэтому газы-заменители, температура пламени которых ниже, чем у ацетилена, необходимо использовать при сварке металлов с более низкой температурой плавления, чем у сталей. При кислородной резке используются горючие газы, которые при сгорании в смеси с кислородом дают пламя с температурой не ниже 2000°С. Выбор горючего газа зависит от его теплотворной способности.

Теплотворная способность количество теплоты в килоджоулях, получаемое при полном сгорании 1 м 3 газа

Чем выше теплотворная способность газа, тем меньше его расход при сварке и резке металлов. Для полного сгорания одинакового объема различных горючих газов требуется различное количество кислорода, от этого зависит эффективная мощность пламени.

Эффективной мощностью пламени называется количество тепла, вводимое в нагреваемый металл в единицу времени

Для расчетов замены ацетилена другим газом-заменителем пользуются коэффициентом замены ацетилена.

Коэффициент замены ацетилена отношение расхода газа-заменителя V₃ к расходу ацетилена Va при одинаковой эффективной тепловой мощности: φ=V₃/Va

Водород

Водород H₂ в нормальных условиях представляет собой горючий газ без цвета и запаха. Это один из самых легких газов, он в 14,5 раза легче воздуха. Водород способен образовывать в определенных пропорциях взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом. Поэтому при сварочных работах необходимо строго соблюдать правила безопасности труда. Получают водород разложением воды электрическим током. К месту сварки водород доставляют в стальных баллонах в газообразном состоянии под давлением 15 МПа. Баллоны для водорода окрашивают в зеленый цвет. Водород, применяемый для сварочных работ, должен удовлетворять требованиям ГОСТ 3022-80 «Водород технический». Водородно-кислородное пламя имеет синюю окраску и не имеет четких очертаний зон пламени, что затрудняет, его регулировку.

Коксовый газ

Коксовый газ — бесцветный газ с запахом сероводорода. Коксовый газ получают при выработке кокса из каменного угля, состоит он из смеси газообразных горючих продуктов водорода, метана и других непредельных углеводородов. Применяют в основном для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов. Для сварки и резки применяют коксовый газ, очищенный от сернистых соединений и смолистых веществ. Для полного сгорания 1 м 3 необходимо 0,9 м 3 кислорода. К месту сварки и резки коксовый газ подают по трубопроводам под давлением 1,3-1,5 кПа.

Городской газ

Городской газ является составным горючим газом. Обычно основным компонентом городского газа является природный газ, к нему добавляют коксовый и генераторный газы. Состав городского газа непостоянен, газ типа московского имеет следующий состав: метан (70-95%), водород (до 25%), тяжелые углеводороды (до 1%), азот (до 3%), оксид углерода (до 3%), двуоксид углерода (до 1%), кислород (до 0,5%). К месту сварки городской газ доставляют по трубопроводам. Как заменитель ацетилена он используется для резки сталей, сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.

Пропан

Пропан технический — бесцветный газ с резким запахом, состоящий из пропана С₃Н₈ или из пропана и пропилена С₃Н₈, суммарное содержание которых должно быть не менее 93%. Получают пропан при переработке нефтепродуктов. При нормальных условиях пропан находится в газообразном состоянии, а при понижении температуры или повышении давления переходит в жидкое состояние. Так, при температуре 293 К пропан переходит в жидкое состояние при давлении 0,85 МПа. Испарение 1 кг жидкого пропана дает 0,53 м 3 паров.

Пропан-бутановая смесь — бесцветный газ с резким запахом, является побочным продуктом при переработке нефти.

Смесь легко превращается в жидкое состояние, например при температуре 233 К пропан-бутановая смесь сжижается при атмосферном давлении. Сжиженные газы хранят только в закрытых емкостях, так как испарение жидкости происходит даже при 273 К.

Плотность пропан-бутана больше плотности воздуха, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций во избежание образования взрывоопасной смеси газа с воздухом внизу помещения. Заполнение емкостей пропаном и пропан-бутановой смесью, транспортирование их, а также слив газа должны выполняться в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденными Госгортехнадзором.

Пропан-бутановые смеси широко применяются при резке сталей, сварке и пайке легкоплавких цветных металлов, закалке, газовой сварке пластмасс. К месту сварки смесь поставляют в стальных баллонах под давлением 1,6 МПа или по газопроводам через перепускную рампу. При испарении 1 кг пропана образуется 500 дм 3 газа.

Бензин

Бензин является продуктом переработки нефти. Он представляет собой легко испаряющуюся прозрачную жидкость с резким характерным запахом. Пары бензина при сгорании в кислороде дают температуру пламени 2400- 2500°С. Для очистки бензина его фильтруют через войлок. Бензин используется для кислородной резки, а также для сварки и пайки легкоплавких металлов.

Керосин

Керосин также является продуктом переработки нефти и представляет собой бесцветную желтоватую легко испаряющуюся жидкость. Керосин, применяемый для сварки и резки металлов, должен удовлетворять требованиям ТУ 38.71-58-10-90. Керосин применяют также для сварки и пайки легкоплавких цветных металлов.