prosdo.ru
добавить свой файл
1 2 ... 6 7



ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО




Промышленное значение и общая характеристика горючих газов

Преимущества газообразного топлива:


  • Себестоимость добычи в 10-15 раз меньше, чем угля в шахте, и в 3-4 раза меньше открытым способом

  • Транспортировка газа по трубопроводам значительно дешевле, чем угля ж-д транспортом.

  • Освобождается большое количество рабочей силы и подвижного состава.

  • При использовании газа упрощается топливное хозяйство предприятия.

  • Повышение производительности агрегата при переводе на газообразное топливо.

  • Отсутствие серы в газе повышает качество продукции и делает процессы экономичными и чистыми.

  • Облегчение процесса производства и поддержание заданного температурного режима.

  • Облегчение автоматизации процесса.

Недостатки:

  • Повышенные требования к герметичности газопроводов и к устройствам сжигания топлива.

  • Взрывоопасность.

Газоснабжение   сложный комплекс самостоятельных и вместе с тем взаимосвязанных технических устройств по добыче естественных или производству искусственных горючих газов, их хранению, передаче и распределению для использования в качестве химического сырья и топлива промышленными, коммунальными и бытовыми потребителями.

Классификация и характеристика горючих газов
Состав природных газов основных месторождений

Месторождение

Состав газа объёмные %

Относительная плотность по воздуху






СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

С5Н12

СO2

N2

H2S

Европейская часть России

Бугурусланское

81,7

5,0

2,0

1,2

0,6

0,4

8,5

0,6

0,660

34200

Ставропольское

98,7

0,4

0,12

0,06

0,06

0,1

0,7

 

0,562

33400

Западная Сибирь

Уренгойское

92,5

2,0

0,66

0,5

0,15

0,33

3,7

 


0,60

33600

Медвежье

63,7

10,2

12,6

7,6

3,6

0,7

1,8

 

0,76

52250

Средняя Азия

Газлинское

(Узбекистан)

94,7

3,7

0,12

0,29

0,11

0,40

1,1

 

0.591

34600

Ачакское

(Туркмения)

93,0

3,6

0,95

0,25

0,31

0,4

1,3

 

0,600

37100

Небит Дагское

(Туркмения)

91,0

3,0

2,3

1,3

1,8

0,5

0,1

 

0,520

40800

Украина

Шебелинское


93,3

4,0

0,6

0,4

0,3

0,1

1,3

 

0,600

37100


по происхождению:

  • природные;

  • искусственные.

Природные – смеси горючих газов, добываемые из недр земли. Состоят из предельных углеводородов СН4 и др.

По составу газы, содержащие менее 50 г/м3 тяжёлых углеводородов (пропан и выше)   сухие (тощие), иначе – жирные.

3 типа природных газов:

  • из чистого месторождения

  • из газоконденсатных месторождений

  • попутные нефтяные

Газы чисто газового месторождения легче воздуха, 0,6 – относительная плотность по воздуху; относится к сухому газу.

Если природные газы, находящиеся в пласте под высоким давлением, содержат углеводороды, конденсирующиеся при снижении давления, то такое месторождения называется газоконденсатным.

Скважина – установка улавливания конденсата, а сухой (отбензиненый) газ закачивают в газоносный пласт для поддержания давления.

Попутные нефтяные газы   побочные продукты при добыче нефти и находящиеся в ней в свободном или растворённом состоянии (жирные).

Пределы взрываемости СН4: 5   15 %. При нагревании пределы расширяются.
Добыча и обработка природных газов

Месторождения делятся на 4 категории:

А   изучены детально, позволяют определить формы, размеры, условия разработки месторождения (погрешность до 10%).

В   данные позволяющие проектировать разработки.


С 1 – запасы, установленные по газоности отдельных скважин или принятые по аналогичному с более изученными соседними месторождениями.

С2   запасы наличие которых, предполагается в неразведанных районах.

Глубина залегания большинства газоносных пластов: 1-3км.

Скважина для добычи природного газа выглядит так см. рисунок 1:

П


Рисунок №1. Скважина.
одземная часть скважины выполняется из нескольких колонн труб:

Наружная колонна (5)   кондуктор опускается на глубину до 200м. Внутрь кондуктора вставляется колонна обсадных труб (4). Обычно до газоносного пласта в глубину. Для герметизации скважины, затрубное пространство (2) заполняется цементным раствором. Обсадные трубы и цементное кольцо предохраняют скважину от разрушения и охраняют промысел от самопроизвольных выбросов газа, а газоопасный пласт от затопления верхними горизонтами вод.

Газ подается на поверхность по колонне фонтанных труб (3).

Для изоляции межтрубного пространства устанавливаются сальниковое уплотнение (1) – пакер.

Наземная часть – колонная головка или пьедестал (6), служащая для герметизации кольцевого пространства или фонтанной елки с газовой арматурой (штуцер для регулировки дебита скважины, манометр, термометр и др.)

В начале разработки скважины дебет скважины составляет 10-20% свободного дебета, т.е. расхода газа при полностью открытой задвижке.

К концу выработанной скважины дебет достигает 100%.

Обработка газа на месте добычи включает его осушку, очистку от сероводорода Н2S, углекислого газа СО2, одоризацию.

Осушка нужна для избежания образования конденсата, ледяных пробок и кристаллогидратов – соединения образующие с водой газы: СН46Н2О; С2Н67Н2О; С3Н618Н2О.


Обычно газ осушают, снижая температуру точки росы на 5-7оС ниже рабочей температуры в газопроводе.

Содержание сероводорода в природном газе не должно превышать 0,02г/м3.

Содержание СО2 нормами не лимитируют, однако по технико-экономическим соображениям не должно превышать 2%.

Наиболее распространенный способ очистки   этанонаминовый, когда газ под давлением пропускается через раствор моноэтаноламина.

Одоризация газа нужна, т.к. природный газ не имеет запаха. Количество одоранта должно быть таким, чтобы при содержании газа в воздухе не более 1/5 нижнего предела взрываемости ощущается резкий запах. Для природного газа – 1%.

Одорант, используемый для природного газа этилмеркаптан С2Н5SH   16г на 1000м3.

Транспортировка газа на большие расстояния

Газ от скважины поступает в сепараторы, где от него отделяются твердые и жидкие механические примеси. Далее по промысловым трубопроводам газ поступает в коллекторы и промышленные газораспределительные станции (ПГРС) здесь газ снова осушают. Очищают, одорируют и снижают его давление в газопроводе. После снижения давления в пласте строят головную компрессорную станцию (ГКС). Промежуточные компрессорные станции (ПКС) сооружают приблизительно через 150км. Для возможности проведения ремонтов предусматривают линейную запорную арматуру, которую устанавливают не реже, чем через 25км. Для надежности газоснабжения газопроводы располагают в 2 или несколько ниток Диаметр современных газопроводов до 1420мм.

Р


Рисунок №2. Схема транспортировки газа

ассчитаны газопроводы на давление P= 7,5 МПа, которое, бывает после компрессорной станции. Перед ПКС P= 3-4 МПа.

Для компенсации сезонных неравномерностей используют подземные хранилища (ПХ) истощенные пласты газовых или нефтяных месторождений. Пористость пласта 15-20%, а кровля из плотных или крепких известняков толщиной от 5 до 15м.


Заканчивают газопровод одной или несколькими ГРС, по ходу газопровода может осуществляться отвод газа к промежуточным потребителям.
Искусственные газы (горючие)

Искусственные газы могут быть разделены на три основные группы в зависимости от способа производства:


Газы сухой перегонки получаются при нагревании твердого или жидкого топлива без доступа воздуха. Наиболее часто употребляемыми газами сухой перегонки является полукоксовый и коксовый газы.
Схема процесса коксования в камере коксовой печи

  1. слой сушки;

  2. слой начального разложения;

  3. пластический слой;

  4. слой полукокса;

  5. слой кокса;

  6. стенки камеры;

  7. в


    Рисунок №3. Схема коксования.
    ыделение летучих веществ;

  8. выделение водяного пара и смолы.

В процессе коксования при обработке твёрдого топлива при температуре 100-150 оС выделяется гидроскопическая влага.

Т – 150-250 оС – выделение углекислоты;

Т – 250-350 оС выделение гидратной влаги и начинается возгонка смол;

Т – 350-550 оС наиболее активное разложение топлива с выделением водорода Н2, метана СН4, непредельных углеводородов. При этих температурах образуется пластический слой.

В случае прекращения нагрева при этих температурах образуется полукоксовый газ и полукокс.

Если продолжить температуру обработки до 1000-1100 оС происходит выделение оставшихся летучих веществ, а ранее выделившиеся могут распадаться. В результате чего получается кокс и коксовый газ.


При термической переработке (без доступа воздуха) нефти может быть получен:


  1. Газ жидкофазного крекинга t=400-450 оС, Р=4 МПа.

  2. Газ парофазного крекинга образуется при t=550-600 оС, Р=О,5МПа.

  3. Газ процесса пиролиза t = 600-700 oC, Р=Ратм.

Количество выделяемых газов составляет:

  1. 50-60 м3/т сырья.

  2. 200-250 м3/т.

  3. 400-450 м3/т.


Характеристика газов сухой перегонки топлива




  1. подмосковный уголь;

  2. торф;

  3. донецкий уголь;

  4. эстонские сланцы;

  5. нефть.

  1. Полукоксовый;

  2. Коксовый;

  3. жидкофазный крекинг;

  4. парофазный крекинг;

  5. пиролиз.







Вид

Топлива

Вид


Газа


Состав газа, объёмные %



,

H2

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

C2H4

C3H6

C4H8

СnНm

H2S

CO

CO2

O2

N2

1

I

9,0

28,0

 

 

 

 

 

 

3,5

1,5

7,8

48,5

 

1,7

14500

1,36

2

I

20,0

19,5

 


 

 

 

 

 

1,7

 

16,0

41,2

 

1,5

12300

1,22

3

II

57,6

22,6

 

 

 

 

 

 

1,9

 

6,8

2,3

0,8

8,0

16500

0,47

4

II

39,0

23,8

 

 

 

 

 

 

5,7

 

10,9

18,8

0,3

0,3

18500

0,85

5

III

6,0

30,5

18,0

15,0


6,0

4,5

7,5

6,0

6,0

 

0,5

 

 

 

66700

1,38

5

IV

7,0

32,0

14,0

6,5

2,0

12,5

15,0

6,0

5,0

 

 

 

 

 

61000

1,28

5

V

14,0

41,0

12,0

 

 

17,0

9,0

5,0

 

 

0,8

0,8

0,2

0,2

46000

1,0


Газы безостановочной газификации

В зависимости от способа газификации различают:
  • воздушный генераторный газ (при неполном окислении топлива воздухом);


  • смешанный генераторный газ (при неполном окислении топлива смесью воздуха и водяного пара);

  • водяной генераторный газ (при неполном окислении топлива парами воды);

  • парокислородный газ (при неполном окислении смесью водяного пара и кислорода).

Газификация топлива может быть описана следующими основными реакциями:

1.Газификация кислородом (воздухом):

С+1/2О2=СО Н=-123 кДж/моль, неполное горение, экзотермическая реакция.

2.Горение в кислороде:

С+О2=СО2 Н= -404,7 кДж/моль, неполное горение экзотермическая реакция.

3. Газификация углекислым газом (реакция Будуара):

С+СО2=2СО Н= 159,9 кДж/моль, эндотермическая реакция.

4. Газификация водяным паром – реакция водяного газа:

С+Н2О=СО+Н2 Н= 118,5 кДж/моль, эндотермическая реакция.

5. Газификация водородом (гидрогазификация):

С+2Н2=СН4 Н= -87,5 кДж/моль.

Доменный газ является побочным продуктом производства чугуна, которое осуществляется в доменных печах.

Может быть организовано целенаправленное получение горючих газов в процессе нагревания топлива с частичным его сжиганием в газогенераторах.
Характеристика газов безостановочной газификации

Вид

топлива

Вид

Газа

Состав газа, объёмные%


,

H2

СН4

СnНm

H2S

CO

CO2

O2

N2

Антрацит

Смешанный

13,5

0,5

 

0,2

26,7

5,8

0,2

53,1

5100

1,14

Газовый уголь

Смешанный

14,1

2,3

0,3

0,03

24,0

6,0

0,2

52,8

5700

1,12

Древесная щепа

Смешанный

14,0

3,0

0,4

 

28,0

6,5

0,2

48,0

6400

1,20

Кокс

Водяной

50,2


0,5

 

0,3

37,0

6,5

0,2

5,5

10400

0,72

Антрацит

Водяной

48,0

0,5

 

0,5

38,5

6,0

0,2

6,3

10300

0,75

Подмосковный уголь

Парокислородный

53,4

15,3

2,7

 

23,1

2,9

0,3

2,3

15800

0,56

Каменный уголь

Газ подземной газификации

11,1

1,8

 

0,6

18,4

10,3

0,2

57,6

4300

1,2

Кокс

Доменный

2,7

0,3

 

0,3

28,0

10,2


 

58,5

4000

1,3


Сжиженные газы применяются для снабжения населенных пунктов и небольших предприятий, удаленных от газовых месторождений и магистралей газопровода.

При перевозе в сжиженном состоянии объем газа уменьшается приблизительно в 250 раз. Газы, полученные из природных, состоят в основном из пропана С3Н8 и бутана (изобутана) С4 Н10, газы, полученные из жидкого продукта содержат и более тяжелые углеводороды.

Общим свойством этих газов является возможность перевода их в жидкое состояние при умеренных температурах и сравнительно небольшом увеличении давления. Это позволяет транспортировать в жидком состоянии, а сжигать в газообразном состоянии.

Характеристика основных компонентов:

С3Н8 tкип=-42 oC, ,

С4Н10 tкип=-1…-10 oC, .

Сжиженный газ производят в основном при переработке попутного нефтяного газа, в котором содержится до 30% пропан бутановых фракций.

Состав товарного газа определяется климатическими условиями в местах потребления. Давление паров сжиженного газа должно быть достаточным для транспортировки его к газо-используемым устройствам, но не превышать предел безопасной работы, что составляет обычно Р= 0,02…1,0 МПа

В зимнем газе средней полосы должно содержаться не менее 75% пропана, а в летнем – 35%.
С

Рисунок № 4. Схема переработки попутных газов.


хема переработки попутных газов


В 1 отделении производится компрессия очищенного сырого газа с выделением полупереработанного газа и сырого компрессионного бензина.

В отделении 2 происходит окончательное отбензинивание газа методом сорбции или глубокого охлаждения. Сухой газ направляется к потребителю, а сырой бензин поступает в 3 отделение (газофракционирующую установку) для окончательной переработки. В этом отделении получают узкие фракции.

Сжиженный газ в ж-д цистернах поступает на газораздаточную станцию, а от нее в автоцистернах или в баллонах к индивидуальным потребителям.

Рабочее давление в цистернах с пропаном 2 МПа; бутаном 0,8 МПа. Цистерны выполняются в виде термосов.
Газораспределительные станции   ГРС.

Газорегуляторные пункты и установки   ГРП

Газ из магистральных газопроводов поступает в городские промышленные системы газоснабжения через ГРС, на которых давление газа уменьшают до величины, необходимой для этих систем и поддерживает её на постоянном уровне. Оборудование ГРС рассчитывают на давление 5,5-7,5 МПа.

ГРС характеризуется большими пропускными способностями газа 100-200 тыс. м3/ч.

На ГРС проводят дополнительную обработку газа очистку в фильтрах- одоризацию, подогрев.

Защитная автоматика работает по принципу резервирования, а не отключения газа.

Основное оборудование ГРС   входной блок узла отключения; блок очистки; устройства дросселирования и регулирования давления газа; расходомерная нитка; отключающий блок.

ГРП сооружаются на территории городов, промышленных и коммунальных предприятий.

ГРУ могут размещать внутри газифицируемых зданий.

В зависимости от давления газа на вводе различают ГРП и ГРУ среднего до 0,3 МПа и высокого 0,3-1,2 МПа давления.

ГРП размещают в отдельностоящих зданиях или шкафах. Расстояние от ГРП до автодорог не менее 8м, до ж.д. путей и жилых зданий не менее 10-15м.


ГРП имеет следующее основное оборудование: узел регулирования давления с предохранительным запорным клапаном (ПЗК) и обводным газопроводом (байпас); предохранительно сбросной клапан (ПСК); комплект КИП; продувочные линии.

ПСК срабатывает только при увеличении давлении на 15% больше номинального, при этом ПСК срабатывает первым.

ПЗК срабатывает как при уменьшении давления (на 50% от номинального), так и при увеличении давлении (на 20% от номинального).

ГРП следует располагать в несгораемом одноэтажном помещении с легкосбрасываемой крышей при взрыве, с массой не более 120кг/м2. Площадь окон дверных проемов 500см23.Температура воздуха в помещении ГРП не менее 5оС.

Здание ГРП должно обеспечивать циркуляцию с 3х кратным воздухообменом. Освещение   естественное, а электрическое должно выполняться во взрывобезопасномом исполнении.

На вводе в ГРП должны быть отключающее устройство на расстоянии не менее 5м и не более 100м.

К комплексу ГРП относятся автоматическая система управления расчетными гидравлическими режимами и сбора информации о режимах газопотребления.
СХЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Для обеспечения рационального использования ресурсов горючего газа, предприятия промышленного района и населённые пункты объединяются общими сетями, с образованием единого газового узла.
Схемы газоснабжения промышленных предприятий без внутренних источников газа

Рациональной считается схема газоснабжения с учетом следующих факторов:


  • протяженность газопроводов (ГП) должна быть минимальной;

  • схема ГП должна учитывать возможность отключения отдельных потребителей без ущерба для остальных, а также возможность использования иного вида топлива;
  • схема газоснабжения должна предусматривать возможность расширения и видоизменения производства;


  • схема должна быть надежной и безопасной в эксплуатации, удобной в обслуживании и экономичной.

Промышленные и коммунальные предприятия получают газ от распределителя систем среднего и высокого давления. Предприятия с малым расходом газа 50-150 м3/ч могут подключаться к городским сетям низкого давления.

Схема газоснабжения промышленных предприятий включает в себя следующие основные элементы:

  • ввод газа на территорию ГРП (задвижка);

  • межцеховые и внутрицеховые газопроводы;

  • регуляторные пункты и установки;

  • пункты измерения расхода газа;

  • обвязочные газопроводы топливиспользуемых агрегатов;

  • продувочные и измерительные линии

Предприятия, в газоснабжении которых возможен перерыв, снабжаются газом с помощью одно или двух ступенчатых тупиковых схем; другие предприятия обеспечиваются газом посредством кольцевых разветвлённых схем с двумя или несколькими вводами.
Одноступенчатая схема газоснабжения предприятия с сетью низкого давления

Из городской распределительной сети низкого давления газ через задвижку 1 поступает в межцеховой газопровод 2.На ответвлениях от основного (межцехового) газопровода 3 устанавливаются отключающиеся устройства 4. На обвязочных газопроводах 6 имеются отключающие устройства 7 непосредственно перед газо-используемыми агрегатами. Кроме того, имеются продувочные газопроводы 9 с кранами 8 и пробками для отбора газа 10, 5  пункт измерения расхода газа.
Двухступенчатая схема газоснабжения

П


Рисунок №5. Одноступенчатая схема. Рисунок №6. Двухступенчатая схема.

о двухступенчатой схеме промышленное предприятие подключают к городскому газопроводу высокого давления через городской газорегуляторный пункт. В этом ГРП давление газа снижается до среднего, которое необходимо одной группе цехов и которое присоединяется непосредственно к межцеховому газопроводу.


Цеха, для агрегатов которых требуется низкое давление, присоединяется к межцеховому газопроводу через свои ГРП или ГРУ.
Схемы газоснабжения промышленных предприятий с внутренним источником газа

(на примере металлургического завода)

Типичным представителем такого предприятия является металлургический завод. Он почти восполняет потребность в топливной энергии, без учета расхода кокса, за счет газообразного топлива.

Структура топливного баланса металлургического завода приблизительно такая:


  • 80%   газообразное топливо;

  • 15%   твердое топливо;

  • 5%   жидкое топливо.

Для облегчения газоснабжения различных предприятий, их обычно объединяют созданием единого газового узла.




Рисунок № 7. Схема газоснабжения промышленных предприятий.

Металлургический завод с полным циклом объединяет следующие виды производств:

  1. Подготовка шихты к доменной плавке (аглофабрики, фабрики окатышей и коксовое производство, причем последнее может выделяться в обособленный завод).

  2. Производство чугуна (доменный цех).

  3. Производство стали (конверторный, мартеновский цеха, электродуговые печи).

  4. Производство проката (заготовительные, крупносортные, мелкосортные, листопрокатные станы).

  5. Энергетические, ремонтные, транспортные и т.д. службы.

Все производства на металлургическом предприятии в той или иной степени потребляют газообразное топливо.

Объем потребления

I. Аглофабрики.

II. Воздухонагреватели доменных печей (кауперы).

III. Доменная печь.

IV. Производство стали.


V. Прокатное производство.

VI. Вспомогательное и буферные потребители.

Аглофабрики осуществляют спекание железорудной шихты, в состав которой входит концентрат железных руд, железная руда, известь, коксик и т.д.

Спекание шихты осуществляется при горении входящего в ее состав коксика, а зажигания и предварительный нагрев за счет горелок, работающих на смеси коксового газа, доменного и природного или чистого природного газа.

При производстве окатышей газообразное топливо используется для обогрева печей, где происходит процесс обжига окатышей. Температура обжига составляет 900-11000С, и для ее создания могут использовать различные виды газообразного топлива.

В доменном производстве газообразное топливо используется воздухонагревателями и доменными печами.

Воздухонагреватели предназначены для подогрева воздушного дутья перед подачей его в доменную печь, и представляют собой теплообменные аппараты регенеративного типа. Нагрев дутья достигает 1000-14000С.

Для отопления используют доменный газ с добавлением коксового или природного.

Доменные печи потребляют природный газ, который подается в нижнюю часть печи вместе с воздушным дутьем и служит для замены дорогостоящего и дефицитного кокса.

Изменение расхода природного газа сразу же сказывается на тепловом состоянии печи, а кокса через 3-8 часов, поэтому изменение расхода кокса следует осуществлять значительно раньше, чем изменение расхода газа.

Сталеплавильный процесс производства стали носит цикличный характер. Этот процесс включает несколько этапов:


  • завалка шихты, заливка чугуна;

  • плавление;

  • рафинирование;

  • выпуск стали.

Расход газообразного топлива по периодам неравномерный. Наибольший за период разогрева и плавления, нулевой расход в конце плавки.

Колебания расхода газа на одной печи значительны, а в цехе из-за большого количества печей-5-20%.


Для отопления чаще всего используется природный газ.

Прокатный цех: газообразное топливо используется, прежде всего, в нагревательных устройствах при подготовке металла к прокатке. Различны по конструкции, мощности и виду используемого газа.

Вспомогательное производство – ТЭЦ, кузнечные, литейные, термические и др. обычно работают по прерывному графику.

К большинству из них предъявляются требования буферных производств, т.е. возможность перехода на другой (резервный) вид топлива.

Правильная и четкая организация использования всех ресурсов газа как естественных, так и поступающих со стороны, а также смежные предприятия определяет надежность газоснабжения металлургического предприятия.
Схема снабжения металлургического предприятия доменным и коксовым газами

П


Рисунок №8. Схема снабжения металлургического предприятия доменным и коксовым газами.


осле доменных печей 1 газ через пылеуловители 5 и газоочистительные сооружения 6 подается в основные магистральные системы газоснабжения. Доменный газ поступает также на коксовые батареи 2, а коксовый после цеха улавливания 3 поступает на газоповысительную станцию 4. Эти же газы поступают на воздуходувные станции 7; через газосмесительную станцию 8 на аглофабрику 9, а через газосмесительную станцию на 10- ремонтно-механические цеха 11.

Эти же газы подаются к сталеплавильным цехам 12, к блюмингам 13 и через газосмесительную станцию 14 к прокатным цехам 15.

С


Рисунок №9.Схема снабжения объектов природным газом.
хема снабжения газопотребляемых объектов природным газом

Природный газ поступает от ГРС с Р=1,2 МПа, которое снижается на ГРП 1 до Р=0,9 МПа и подается в мартеновский цех 7. На ГРП 2 давление газа снижается до 0,6 МПа и 15кПа; газ отсюда подается к доменным печам 3, на ТЭЦ 4, а также через ГРП шкафного типа 5 на аглофабрику 6. Через ГРП 8 природный газ поступает также в ремонтный цех 9 и прокатные цехи 10.




следующая страница >>