Общая характеристика топлива. Состав. Теплота сгорания топлива.

Топливо - это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии.

В качестве топлива используют:

Природный газ, добываемый из газовых месторождений;

Попутный газ, получаемый при разработке нефтяных месторождений;

Сжиженные углеводородные газы, получаемые при переработке попутных нефтяных месторождений, и газы, добываемые из газоконденсатных месторождений

Наиболее крупные месторождения газа в России: Уренгойское, Ставропольское, Сызранское и т.д.

Природные газы однородны по составу и состоят в основном из метана. Попутные газы нефтяных месторождений содержат также этан, пропан и бутан. Сжиженные газы являются смесью пропана и бутана, а газы, получаемые на нефтеперерабатывающих заводах при термической переработке нефти, кроме пропана и бутана содержат этилен, пропилен и бутилен.

Кроме горючих компонентов в природных газах содержатся в больших количествах сероводород, кислород, азот, диоксид углерода, пары воды и механические примеси.

Нормальная работа газовых приборов зависит от постоянства состава газа и числа вредных примесей, содержащихся в нем.

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

Основные свойства газов.

Удельный вес воздуха – 1,293 кг/ м. куб.

Природный газ метан СН4 , удельный вес 0,7 кг/м.куб., легче воздуха в 1,85 раза, поэтому он скапливается в верхней части помещения или колодца.

Сжиженный газ пропан-бутановая смесь (пропан С3Н8, бутан С4Н10) имеет удельный вес в жидком состоянии 0,5 т/м.куб., в газообразном состоянии 2,2 кг/м.куб.

Теплотворная способность.

При полном сгорании одного кубического метра газа выделяется 8-8,5 тыс. килокалорий;

Сжиженный газ пропан-бутан 24-28 тыс. килокалорий

Температура горения газов +2100 градусов С.

Природный и сжиженный газы в смеси с воздухом взрывоопасны.

Пределы взрываемости газовоздушных смесей.

До 5% воспламенение не происходит

От 5% до 15% происходит взрыв

Свыше 15% если есть источник огня воспламенится и будет гореть

Источники воспламенения газовоздушной смеси

● открытый огонь(спички, папироса);

● Электрическая искра, возникающая при включении и выключении любого электроприбора;

● Искра, возникающая от трения инструмента о детали газового оборудования или при ударе металлических предметов друг о друга

Природный и сжиженные газы не имеют цвета и запаха. Для облегчения обнаружения утечки газа в него добавляют этилмеркаптан – вещество, имеющее характерный запах кислой капусты.

3 июня 2011

–	Нижний предел взрываемости	Верхний предел взрываемости
Бензин Б-70	0,8	5,1
Керосин тракторный	1,4	7,5
Пропан	2,1	9,5
н-Бутан	1,5	8,5
Метан	5	15
Аммиак	15	28
Сероводород	4,3	45,5
Окись углерода	12,5	75
Водород	4	75
Ацетилен	2	82

Взрыв — мгновенное химическое превращение, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов.

При взрывах газо-воздушных смесей выделяется большое количество тепла и образуется большое количество газов.

Газы за счет выделившегося тепла нагреваются до высокой температуры, резко увеличиваются в объеме и, расширяясь, давят с большой силой на ограждающие конструкции зданий или стенки аппаратов, в которых происходит взрыв.

Давление в момент взрыва газовых смесей достигает 10 кгс/см 2 , температура колеблется в пределах 1500—2000° С, а скорость распространения взрывной волны достигает нескольких сотен метров в секунду. Взрывы, как правило, вызывают большие разрушения и пожары.

Пожароопасные свойства горючих веществ характеризуются рядом показателей: температурой вспышки, воспламенения, самовоспламенения и др.

К другим свойствам горючих веществ относятся давление взрыва, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, ниже которого вослламенение и горение смеси становятся невозможными при любой концентрации горючего вещества в смеси, характер взаимодействия со средствами пожаротушения и др.

«Охрана труда и техника безопасности в газовом хозяйстве»,
А.Н. Янович, А.Ц. Аствацатуров, А.А. Бусурин

Показатели Метан Пропан н-Бутан Авиационный бензин Керосин тракторный Масло индустриальное Температура вспышки паров, °С —188 — —77 —34 27 200 Температура самовоспламенения, °С 537 600—588 490—569 300 250 380 Концентрационные пределы воспламенения, % по объему 6,3—15 2,2—9,5 1,9—8,5 0,8—5,2 1,4—7,5 1—4 Температурные пределы воспламенения паров над жидкостью, °С —188/+180 — —(77/52) —(34/4) 27—69 146—191 Скорость…

Взрывоопасные концентрации сжиженных и природных газов образуются во время отключения трубопроводов, резервуаров и аппаратов, когда газ удален не полностью и при его смешивании с поступающим воздухом создается взрывоопасная смесь. В связи с этим до начала работ газопроводы и резервуары промывают водой, пропаривают, продувают инертным газом. Чтобы из других резервуаров или трубопроводов не попал газ, ремонтируемые…

Анализ пожаров, происшедших на эксплуатируемых кустовых базах сжиженного газа, свидетельствует о том, что основными типами аварий являются следующие: наличие утечек газа, разрывы трубопроводов и гибких шлангов, пробои фланцевых соединений и срывы заглушек, пробои сальниковых уплотнений на запорной арматуре, неплотно закрытые вентили, разрушение емкостей сжиженного газа вследствие их переполнения; различные поломки на трубопроводах и резервуарах (разрушение…

При испарении газа происходит образование взрывоопасной газовоздушной смеси. При авариях в помещениях взрывоопасные концентрации газа возникают в первую очередь, вблизи места утечки газа, а затем распространяются по всему помещению. При испарении газа на открытых площадках вблизи места утечки образуется зона загазованности, распространяющаяся по территории склада. Величина зоны загазованности при аварийном истечении газа зависит от многих…

Главная трудность при тушении пожаров газов — борьба с загазованностью и повторным воспламенением после тушения пожара. Ни одно из известных средств тушения не устраняет опасности загазованности и повторного воспламенения. Основная задача при борьбе с пожарами газов — локализация пожара. Она должна осуществляться путем ограничения времени истечения и объема вытекающего газа, а так-же путем тепловой защиты…

Климатические условия в шахтах. Их отличия от климатических условий на поверхности.

Климатические условия (тепловой режим) горных предприятий оказывают большое влияние на самочувствие человека, его производительность труда, на уровень травматизма. Кроме того, они оказывают влияние на работу оборудования, поддержание выработок, состояние вентиляционных сооружений.

Температура и влажность воздуха в подземных выработках зависят от таковых на поверхности.

При движении воздуха по подземным выработкам его температура и влажность изменяются.

Зимой воздух, поступающий в шахту, охлаждает стенки воздухо-подающих выработок, а сам нагревается. Летом воздух нагревает стенки выработок, а сам охлаждается. Теплообмен происходит наиболее интенсивно в воздухоподающих выработках и на некотором расстоянии от их устья затухает, а температура воздуха становится близкой к температуре пород.

Основными факторами, определяющими температуру воздуха в подземных горных выработках, являются:

1. Тепло- и массообмен с горными породами.

2. Естественное сжатие воздуха при его движении вниз по вертикальным или наклонным выработкам.

3. Окисление горных пород и материалов крепи.

4. Охлаждение горной массы при ее транспортировании по выработкам.

5. Процессы массообмена между воздухом и водой.

6. Тепловыделение при работе машин и механизмов.

7. Тепловыделение людей, охлаждение электрических кабелей, трубопроводов, горение светильников и пр.

Максимально допустимая скорость движения воздуха в различных выработках колеблется от 4 м/с (в призабойных пространствах) до 15 м/с (в вентиляционных стволах, не оборудованных подъемом).

Воздух, подаваемый в подземные выработки в зимнее время, должен подогреваться до температуры +2 о С (в 5 м от сопряжения канала калорифера со стволом).

Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений (в т.ч. и обогатительных фабрик) приведены в ГОСТ 12.1.005-88 и СанПиН – 2.2.4.548-96.

Оптимальные микроклиматические условия – такие сочетания метеорологических параметров, которые обеспечивают ощущение теплового комфорта.

Допустимые – такие сочетания метеорологических параметров, при которых не возникает повреждений или нарушений состояния здоровья.

Так, допустимый диапазон температур в холодный период года для работ I категории тяжести составляет 19-25 о С; II категории – 15-23 о С; III категории – 13-21 о С.

В теплый период года эти диапазоны составляют соответственно 20-28 о С; 16-27 о С; 15-26 о С.

Концентрационные пределы воспламеняемости и взрываемости метана. Факторы, влияющие на интенсивность воспламеняемости и взрываемости

Метан (СН 4) – газ без цвета, запаха и вкуса, при обычных условиях весьма инертен. Его относительная плотность 0,5539, вследствие чего он скапливается в верхних частях выработок и помещений.

Метан образует с воздухом горючие и взрывчатые смеси, горит бледным голубоватым пламенем. В подземных выработках горение метана происходит в условиях недостатка кислорода, что приводит к образованию оксида углерода и водорода.

При содержании метана в воздухе до 5-6% (при нормальном содержании кислорода) он горит около источника тепла (открытого огня), от 5-6% до 14-16% взрывается, свыше 14-16% не взрывается, но может гореть при притоке кислорода извне. Сила взрыва зависит от абсолютного количества участвующего в нем метана. Наибольшей силы взрыв достигает при содержании в воздухе 9,5% СН 4 .

Температура воспламенения метана 650-750 о С; температура продуктов взрыва в неограниченном объеме достигает 1875 о С, а внутри замкнутого объема 2150-2650 о С.

Метан образовался в результате разложения клетчатки органической массы под влиянием сложных химических процессов без доступа кислорода. Существенную роль при этом играет жизнедеятельность микроорганизмов (анаэробных бактерий).

В породах метан находится в свободном (заполняет поровое пространство) и связанном состоянии. Количество метана, содержащегося в единице массы угля (породы) в естественных условиях, называется газоносностью.

Различают три вида выделения метана в горные выработки угольных шахт: обыкновенное, суфлярное, внезапные выбросы.

Основной мерой предотвращения опасных скоплений метана является вентиляция выработок, обеспечивающая поддержание допустимых концентраций газа. По правилам безопасности содержание метана в шахтном воздухе не должно превышать значений, приведенных в табл. 1.3.

Допустимое содержание метана в горных выработках

При невозможности обеспечить допустимое содержание метана средствами вентиляции применяется дегазация шахт.

Для предупреждения воспламенения метана запрещается применение в горных выработках открытого огня, курение. Электрооборудование, применяемое в опасных по газу выработках, должно иметь взрывобезопасное исполнение. Для ведения взрывных работ должны применяться только предохранительные взрывчатые вещества и средства взрывания.

Основные меры по ограничению вредных последствий взрыва: разделение шахты на независимо проветриваемые участки; четкая организация спасательной службы; ознакомление всех работников со свойствами метана и мерами предосторожности.

Газовоздушные смеси могут воспламеняться (взрываться) только тогда, когда содержание газа в смеси находится в определенных (для каждого газа) пределах. В связи с этим различаютнижний и верхний концентрационные пределы воспламеняемости. Нижний предел соответствует минимальному, а верхний — максимальному количеству газа в смеси, при котором происходят их воспламенение (при зажигании) и самопроизвольное (без притока тепла извне) распространение пламени (самовоспламенение). Эти же пределы соответствуют и условиям взрываемости газовоздушных смесей.

Таблица 8.8 . Степень диссоциации водяного пара H2O и диоксида углерода CO2 в зависимости от парциального давления

Температура,

Парциальное давление, МПа

Водяной пар H2O

Диоксид углерода CO2

Если содержание газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости, такая смесь гореть и взрываться не может, поскольку выделяющейся вблизи источника зажигания теплоты для подогрева смеси до температуры воспламенения недостаточно. Если содержание газа в смеси находится между нижним и верхним пределами воспламеняемости, подожженная смесь воспламеняется и горит как вблизи источника зажигания, так и при удалении его. Такая смесь является взрывоопасной.

Чем шире будет диапазон пределов воспламеняемости (называемых также пределами взрываемости) и ниже нижний предел, тем более взрывоопасен газ. И наконец, если содержание газа в смеси превышает верхний предел воспламеняемости, то количества воздуха в смеси недостаточно для полного сгорания газа.

Существование пределов воспламеняемости вызывается тепловыми потерями при горении. При разбавлении горючей смеси воздухом, кислородом или газом тепловые потери возрастают, скорость распространения пламени уменьшается, и горение прекращается после удаления источника зажигания.

Пределы воспламеняемости для распространенных газов в смесях с воздухом и кислородом приведены в табл. 8.11-8.9. С увеличением температуры смеси пределы воспламеняемости расширяются, а при температуре, превышающей температуру самовоспламенения, смеси газа с воздухом или кислородом горят при любом объемном соотношении.

Пределы воспламеняемости зависят не только от видов горючих газов, но и от условий проведения экспериментов (вместимости сосуда, тепловой мощности источника зажигания, температуры смеси, распространения пламени вверх, вниз, горизонтально и др.). Этим объясняются отличающиеся друг от друга значения этих пределов в различных литературных источниках. В табл. 8.11-8.12 приведены сравнительно достоверные данные, полученные при комнатной температуре и атмосферном давлении при распространении пламени снизу вверх в трубке диаметром 50 мм и более. При распространении пламени сверху вниз или горизонтально нижние пределы несколько возрастают, а верхние снижаются. Пределы воспламеняемости сложных горючих газов, не содержащих балластных примесей, определяются по правилу аддитивности:

L г = (r 1 + r 2 + … + r n)/(r 1 /l1 + r2 /l2 + … + rn/ln) (8.17)

где L г — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа (8.17)

где 12 — нижний или верхний предел воспламеняемости сложного газа в газовоздушной или газокислородной смеси, об. %; r, r2 ,..., rn — содержание отдельных компонентов в сложном газе, об. %; r, + r2 + ... + rn = 100%; l, l2 ,..., ln — нижние или верхние пределы воспламеняемости отдельных компонентов в газовоздушной или газокислородной смеси по данным табл. 8.11 или 8.12, об. %.

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

L6 = LJ 1 + Б/(1 - Б);00]/ (8.18)

где Lg — верхний и нижний пределы воспламеняемости смеси с балластными примесями, об. %; L2 — верхний и нижний пределы воспламеняемости горючей смеси, об. %; Б — количество балластных примесей, доли единицы.

Таблица 8.11. Пределы воспламеняемости газов в смеси с воздухом (при t = 20°C и p = 101,3 кПа)

					Максимальное давление взрыва, МПа	Коэффициент избытка воздуХа а при пределах воспламенения
	При пределах воспламеняемости		При стехиометрическом составе смеси	При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва
	нижнем	верхнем				нижнем	верхнем
Оксид углерода
Изобутан
Пропилен
Ацетилен

Таблица 8.12. Пределы воспламеняемости газов в смеси с кислородом (при t = 20ºC и p =

При расчетах часто необходимо знать коэффициент избытка воздуха а при разных пределах воспламеняемости (см. табл. 8.11), а также давление, возникающее при взрыве газовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха, соответствующий верхнему или нижнему пределам воспламеняемости, можно определить по формуле

α = (100/L - 1) (1/VT) (8.19)

Давление, возникающее при взрыве газовоздушных смесей, можно определить с достаточным приближением по следующим формулам: для стехиометрического соотношения простого газа с воздухом:

Р вз = Рн(1 + β tк) (m/n) (8.20)

для любого соотношения сложного газа с воздухом:

Рвз = Рн(1 + βtк) Vвлпс /(1 + αV m) (8.21)

где Р вз — давление, возникающее при взрыве, МПа; рн — начальное давление (до взрыва), МПа; в — коэффициент объемного расширения газов, численно равный коэффициенту давления (1/273); tK — калориметрическая температура горения, °С; т — число молей после взрыва, определяемое по реакции горения газа в воздухе; п — число молей до взрыва, участвующих в реакции горения; V mn ,. — объем влажных продуктов сгорания на 1 м 3 газа, м 3 ; V„, — теоретический расход воздуха, м 3 /м 3 .

Давления взрыва, приведенные в табл. 8.13 или определенные по формулам, могут возникнуть только в том случае, если происходит полное сгорание газа внутри емкости и ее стенки рассчитаны на эти давления. В противном случае они ограничены прочностью стенок или их наиболее легко разрушающихся частей — импульсы давления распространяются по невоспламененному объему смеси со скоростью звука и достигают ограждения гораздо быстрее, чем фронт пламени.

Эта особенность — различие скоростей распространения пламени и импульсов давления (ударной волны) — широко используется на практике для защиты газовых устройств и помещений от разрушения при взрыве. Для этого в проемах стен и перекрытий устанавливаются легко открывающиеся или разрушающиеся фрамуги, рамы, панели, клапаны и т.д. Возникающее при взрыве давление зависит от особенностей конструкции устройств защиты и коэффициента сброса kc6, представляющего собой отношение площади защитных устройств к объему помещения.

1. Газ – без цвета, вкуса и запаха. Неядовит, нетоксичен. Обладает удушающим действием, т.е. при утечках вытесняет кислород из объёма помещений.

2. Пожаровзрывоопасен.

3. Примерно в два раза легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхних слоях помещений.

Плотность воздуха: r возд .=1,29 кг/м 3 .

Плотность газа: r газа .=0,72 кг/м 3 .

4. При температуре –162 О С и атмосферном давлении (760 мм Hg . ст.) природный газ переходит в жидкое состояние.

5. Температура, развиваемая при сгорании газа от +1600 до +2000 О С.

6. Температура воспламенения +645 О С.

7. При сгорании одного кубометра газа выделяется 8500 Ккал тепла (Теплотворная способность природного газа).

8. Пределы взрываемости газа: от 5% до 15% по объёму.

При концентрации газа в воздухе помещений менее 5% или более 15% взрыва не будет. Будет пожар или возгорание. Когда меньше 5% - будет недостаток газа и меньше теплоты, которая поддерживает горение.

Во втором случае (концентрация более 15%) будет мало воздуха, т.е. окислителя, и малое количество тепла для поддержания горения.