2015-10-13
1878
Большинство органических и неорганических веществ способны соединяться с кислородом.
Процесс окисления, происходящий быстро во времени и сопровождающийся выделением большого количества теплоты называется горением. В процессе горения происходит нагрев продуктов горения до высокой температуры.
Исходные вещества, участвующие в процессе горения называются горючими. Горючие вещества находятся в различных агрегатных состояниях – в твердом, жидком и газообразном.
Горючие газообразные вещества называются горючими газами. Каждый горючий газ состоит из различных веществ. Эти вещества, как правило, подразделяются на три составляющие: горючие, инертные и вредные составляющие.
Горючая часть состоит из углерода или водорода, а также их химических соединений. К горючей части можно было бы отнести входящий в состав некоторых горючих газов сероводород. Однако при сгорании он выделяет сравнительно малое количество теплоты, а в продуктах его сгорания содержатся токсичные компоненты. Вследствие чего сероводород следует отнести к числу вредных составляющих.
Как было сказано ранее, основной частью горючих составляющих являются углеводороды. Химическая формула этих углеводородов CmHn. В большинстве случаев горючие газы относятся к классу насыщенных углеводородов – парафинов или алканов. Химическая формула насыщенных углеводородов записываются в следующем виде: CmH2m+2. К насыщенным углеводородам относятся: CH4 – метан, C2H6 – этан, C3H8 – пропан, C4H10 – бутан. Структурная формула первых трех соединений и нормального бутана (н – бутан) может быть представлена в следующем виде:
Метан (CH4) Этан (C2H6)
H H H
½ ½ ½
H¾C¾ H H¾C¾C¾H
½ ½ ½
H H H
Пропан (C3H8) н – бутан (C4H10)
H H H H H H H
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
H¾C¾C¾C¾H H¾C¾C¾C¾C¾H
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
H H H H H H H
Молекула бутана может иметь и другую структуру. В этом случае гомолог бутана называется изобутаном (и - бутан) и структурная формула имеет следующий вид:
CH3
½
CH3¾CH¾
½
СH3
Все приведенные выше углеводороды при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии.
Далее класс насыщенных углеводородов продолжают: C5H12 – пентан; C6H14 – гексан. Эти вещества и далее, включая C15H32, являются жидкостями. Начиная сC16H34 – это твердые парафины.
К горючей части относится также водород H2, непредельные углеводороды и окись углерода CO.
К инертным составляющим относятся: азот - N2, углекислый газ – CO2, а также свободный кислород – O2, содержащийся в некоторых горючих газах. Азот и углекислый газ уменьшают теплоту сгорания газового топлива и увеличивают его плотность. Поэтому наличие их в горючем газе приводит к увеличению диаметра газопроводов, что, в свою очередь, приводит и к росту металло – и капиталовложений в газопроводы. Наличие инертных газов приводит также и к понижению температуры горения и скорости распространения пламени. Это приводит к повышению выхода продуктов неполного сгорания и как следствие к снижению коэффициента полезного действия агрегатов, использующих газовое топливо.
К вредным составляющим относятся такие вещества, которые либо сами по себе, либо же продукты их сгорания токсичны, а также которые вызывают коррозию газопроводов, регулирующей и контрольно – измерительной аппаратуры. Кроме того, к вредным составляющим относятся вещества, способные привести к закупорке газопроводов и регулирующей арматуры. Прежде чем направить горючий газ потребителю его подвергают соответствующей обработке: очистке и сушке. Однако незначительные количества инертных и вредных компонентов остаются и поступают к потребителю.
К токсичным вредным составляющим относятся сероводород, сероуглерод, аммиак, а также различные сернистые и цианистые соединения. Указанные выше вещества являются токсичными не только сами по себе. Токсичными являются и продукты их сгорания. К токсичным веществам относятся также и окись углерода CO, однако, продуктом ее полного сгорания является углекислый газ CO2, который является инертным. Горючие газы не подвергаются очистке от окиси углерода не только и не столько из-за сложности этого процесса, сколько потому, что окись углерода является основной составляющей горючей смеси искусственных газов.
Содержание токсичных и инертных составляющих в горючих газах, которые используются для газоснабжения городов, населенных мест, а также промышленных предприятий, строго нормируется соответствующими ГОСТами.
На процессы коррозии в газопроводах и в регулирующей арматуре существенное влияние оказывает не только наличие сероводорода в горючих газах, но также присутствие свободного кислорода и паров воды. Для защиты от коррозии все газопроводы должны быть оборудованы специальными средствами. Подсчитано, что ежегодные убытки от коррозии газопроводов значительно превышают расходы на установку и эксплуатацию антикоррозийных устройств. Более подробно с устройствами для защиты газопроводов от коррозии будет рассмотрено в главе 11.
К закупоривающим составляющим относятся нафталин, пыль, окалина, смолы, а также вода, которая образуется при конденсации водяных паров. Нафталин и различные смолы присущи искусственным газам. При снабжении искусственным газом потребителей происходит покрытие внутренней поверхности газопроводов слоем нафталина и смолистых веществ. Особые проблемы появляются при переводе систем газоснабжения с искусственного газа на природный. Природный газ, транспортируемый по газопроводу, является сухим газом и при тех давлениях и температурах, которые имеют место в газопроводах влага не имеет возможности конденсироваться. Указанные выше проблемы имели место в г. Чикаго. Там газовые сети в свое время были смонтированы из чугунных труб, соединяемых между собой раструбами. Уплотнение в раструбах осуществлялось просмоленной прядью. При эксплуатации систем газоснабжения, использующих природный газ уплотнения высохли, потеряли эластичность и перестали обеспечивать достаточную герметичность, что привело к значительным утечкам газа. Более того, началось распыление нафталина, находившегося на внутренней поверхности газопроводов. Это привело к закупориванию нафталиновой пылью различной регулирующей арматуры и сопел в газовой аппаратуре. Чтобы избежать подобных неприятностей пришлось произвести монтаж специальных устройств для создания так называемого «масляного тумана». Эти установки контролировались непосредственно в газорегуляторных пунктах и при помощи них в газопроводы впрыскивалась нефть, предотвращающая высыхание слоев нафталина, различных смол и уплотняющих манжетов.
Аналогичная ситуация возникла и в г. Харькове, но решение было принято более радикальное. Была произведена полная замена чугунных труб стальными.
Выше отмечалось, что состояние газа определяется тремя факторами: давлением, температурой и объемом.
