Основи на газоснабдяването курс ““монтьор на сградни газови инсталации” модул “основи на газоснабдяването”

РАЗРАБОТИЛ: гл. ас. инж. Мартин Бояджиев

Всички права запазени. Материалът не може да бъде ксерокопиран или разпространяван по всякакъв друг начин, без предварителното съгласие на автора и издателите.

Издание 1

София, 2002 г.
РАЗДЕЛ 1
ПРИРОДЕН ГАЗ. ГАЗОСНАБДЯВАНЕ
ЧАСТ 1

СЪСТАВ НА ПРИРОДНИЯ ГАЗ

1. 
   Природен газ
   

Природният газ e смес от въглеводороди от групата на метана C_nH_2n+2 (метан CH₄, етан C₂H₆, пропан C₃H₈, бутан C₄H₁₀, пентан C₅H₁₂, хексан C₆H₁₄ и др.) и малък процент невъглеводородни газове (азот N₂, въглеродендиоксид CO₂ и сероводород H₂S).

В
природния газ освен изброените елементи се съдържа прах и водни пари, разтворени в газа при контакта му с пластовата вода в земните недра.
Фиг.1. Състав на добивания газ от находища.
Природният газ е безцветен, без мирис, не е токсичен и е по-лек от въздуха. Газът, който се използва у нас се внася от Русия и има състав, отговарящ на високите технически изисквания за безопасна и ефективна работа на газовите уреди.
Природният газ се добива от земните недра от газови, газо-кондензатни или газо-нефтени находища. Газовите находища и залежи представляват въглеводородни натрупвания, които запълват порите и пукнатините на проницаемите скали, като варовиците, доломитите и пясъчниците. Ако акумулацията на природния газ е значителна и добиването му е икономически целесъобразно, залежът се счита за промишлен.
На фигурата е представена схемата на чисто газово находище.

Фиг.2. Схема на газово находище

2. 
   Технически характеристики на метана
   

3. 
   Процес на горене
   

За запалването на газа и поддържането на горивния процес са необходими три елемента. Това са гориво (природен газ), кислород (от въздуха) и запалване.

Химичната реакция на процеса на горене на метана, който е основния компонент в състава на природния газ, се описва с уравнението:
CH₄ + 2O₂ = CO₂ +2H₂O+ Q (отделяне на топлина)
От химичното уравнение следва, че за изгарянето на 1 m³ природен газ са необходими 2 m³ кислород, който се съдържа в 10 m³ въздух.

4. 
   Взривоопасни концентрации
   

Природният газ притежава ниска граница на запалване. В смес с въздуха в определени граници се образува взривоопасна смес и всеки източник на запалване може да предизвика експлозия.

ЧАСТ 2

СВОЙСТВА НА ПРИРОДНИЯ ГАЗ

1. 
   Молекулна маса
   

Молекулната маса на газовете се изчислява по формулата:

Mi - молекулната маса на отделните компоненти;

2. 
   Плътност
   

Плътността е масата в единица обем. Измерва се в kg/m³. Плътността на газа  зависи от налягането и температурата на газовата смес. Поради тази причина данните за плътността задължително трябва да са съпроводени с указания за условията, при които са определени. Плътността е равна на отношението на молекулната маса на газа М към обема на един мол. При нормални условия (Т  = 0 °С) един мол от всеки газ заема обем от 22.4 dm³.  = М/22.4

Т – абсолютна температура на газа, К;

z – коефициент на свръхсвиваемост;

R – универсална газова константа, R = 8314,5.

3. 
   Вискозитет
   

Вискозитетът е свойството, явяващо се причина за вътрешното триене, а следователно и за съпротивленията при движение в тръбопроводите. Динамичният вискозитет на газа се определя от броя на движенията на молекулите, преминаващи от един слой в друг. При увеличаване на температурата на газа се увеличава и неговия вискозитет. Единицата за измерване на динамичния вискозитет е Ра.s (Паскалпосекунда)

4. 
   Свръхсвиваемост
   

Чрез коефициента на свръхсвиваемост z се изразява разликата в състоянието между реалните и идеалните газове. За условията, при които се намира газа в магистралните газопроводи, z<1. Коефициентът на свръхсвиваемост е функция на налягането и температурата и се определя от приведеното налягане Р_пр = Р/Р_кр и приведената температура Т_пр = Т/Т_кр, където Р_кр и Т_кр са псевдокритичните налягания и температури. За експресно определяне на z се използва номограмата на Standing – Katz. В нормите за технологично проектиране се препоръчва формулата:

5. 
   Критични параметри
   

Изчисляването на критичните параметри за газови смеси се извършва по формулите на Кей:

Компоненти на природния газ	Молекулна маса, кг/кмол	Критични пераметри
		Налягане, MPa	Температура, K
Метан	16.043	4.604	190.55
Етан	30.070	4.880	305.43
Пропан	44.097	4.249	369.82
Изо бутан	58.124	3.648	408.16
Бутан	58.124	3.797	425.16
Изо пентан	72.151	3.381	460.39
Пентан	72.151	3.369	469.60
Хексан	86.178	3.012	507.40
Хептан	100.205	2.736	540.20
Азот	28.013	3.399	126.10
Въглероден двуокис	44.010	7.381	304.19
Сероводород	34.076	9.005	373.50

6. 
   Ефект на Джаул - Томсън
   

Представлява изменението на температурата на реалните газове при дроселиране. При условията в газопроводите дроселирането е свързано с охлаждане на газа. Процеса се обяснява с намаляването на кинетичната енергия на молекулите, следствие от увеличената потенциална енергия, което е резултат от увеличеното разстояние между молекулите при намаляването на налягането по дължина на газопровода.

7. 
   Температура на хидратообразуване.
   

Температурата на хидратообразуване се определя от формулата:

Yi - моларна концентрация на i^–тия компонент в газа;

8. 
   Топлина на изгаряне (калоричност)
   

Топлината, отделена при пълното изгаряне на 1 m³ газ при постоянно налягане 101,325 kРа и постоянна температура. Съществува долна и горна граница на калоричност. В горната граница се включва и топлината на кондензиралата вода. В страните от Западна Европа в газовия сектор за пресмятания се използват стойностите на горната граница на калоричността.

За газообразните горива калоричността (kcal/m³) се изчислява по БДС – ISO 6976;
,
където: Yi - моларната концентрация на компонентите;

Qi - калоричността на компонентите на газа;

Таблица за определяне на

№	Компонент	Калоричност, МJ/m3		Z, 0 °C и 101325 Ра
		Долна граница	Горна граница
1	Метан	35.818	39.84	0.9976	0.049
2	Етан	63.760	69.79	0.99	0.1
3	Пропан	91.180	99.22	0.9787	0.1453
4	Н-Бутан	118.610	128.66	0.9572	0.2069
5	И-Бутан	118.180	128.23	0.958	0.2049
6	Пентан	146.000	158.07	0.918	0.2864
7	Хексан	173.450	187.53	0.892	0.3286
8	Въглероден диоксид	-	-	0.9933	0.0819
9	Азот	-	-	0.9995	0.0224
10	Сeроводород	23.100	25.12	0.99	0.10

Гориво	Плътност, kg/m3	Калоричност, kcal/kg
Течни горива
Автомобилен бензин	710 - 735	10 600
Дизелово гориво	835 - 855	10 000
Мазут	940 - 970	9 600 - 9 900
Нефт	810 - 875	10 000
Течни горива
Дървесина (влажност 20-25%)	400	3 300
Дървесина (влажност 30-35%)	470	2 750
Кокс	400	6 500
Антрацитни въглища	1 000	300

П
РИЛОЖЕНИЯ