Топливный газ температура самовоспламенения

Обновлено: 22.06.2024

Природный газ не имеет цвета, запаха и вкуса.

Основные показатели горючих газов, которые используются в котельных: состав, теплота сгорания, удельный вес, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и скорость распространения пламени.

Природные газы сугубо газовых месторождений состоят в основном из метана (82-98%) и других углеводородов.

В состав любого газообразного топлива входят горючие и негорючие вещества. К горючим относятся: водород (Н2), углеводороды (CnHm), сероводород (H2S), окись углерода (СО); к негорючим — углекислый газ (С02), кислород (02), азот (N2) и водяной пар (Н20). Природный и топливный газы имеют различный углеводородный состав.

Теплота сгорания — это количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м3 газа. Измеряется в ккал/м3, кДж/м3 газа. На практике используются газы с различной теплотой сгорания. У топливного газа теплота сгорания больше чем у природного.

Удельный вес газообразного вещества — это величина, которая определяется отношением массы вещества к объему, занимаемого ею. Основная единица измерения удельного веса кг/м3. Отношение удельного веса газообразного вещества к удельному весу воздуха при одинаковых условиях (давление и температура) называется относительной густотой. Природный газ легче воздуха, а топливный тяжелее. Плотность природного газа (метана) при нормальных условиях — 0,73кг/м3, а плотность воздуха — 1,293 кг/м3.

Температурой горения называется максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает химическим формулам горения, а начальная температура газа и воздуха равна 0. Температура горения отдельных газов составляет 2000 — 2100°С. Действительная температура горения в топках котлов ниже жаропродуктивности (1100-1400°С) и зависит от условий сжигания.

Температура воспламенения — это минимальная начальная температура, при которой начинается горение. Для природного газа она составляет 645°С.

Границы взрываемости.

Газовоздушная смесь, в которой газа находится:

от 5 до 15% — взрывается;

больше 15% — горит при подаче воздуха.

Скорость распространения пламени для природного газа — 0,67 м/сек (метан СН4).

Горючие газы не имеют запаха. Для своевременного определения наличия их в воздухе, быстрого и точного обнаружения мест утечки газ одоризуют (дают запах). Для одоризации используют этилмеркаптан. Норма одоризации 16г на 1000 м3 газа. Одоризация проводится на газораспределительных станциях (ГРС). При наличии в воздухе 1% природного газа должен ощущаться его запах.

Использование природного газа имеет ряд преимуществ по сравнению с твердым и жидким топливом:

— отсутствие золы и выноса твердых частичек в атмосферу;

— высокая теплота сгорания;

— удобство транспортировки и сжигания;

— облегчается труд обслуживающего персонала;

— улучшаются санитарно-гигиенические условия в котельной и в прилегающих районах;

— появляются разнообразные возможности автоматизации рабочих процессов.

Однако использование природного газа требует особых мер осторожности, т.к. возможна его утечка через неплотности в местах соединения газопровода и оснащения с арматурой.
Наличие в помещении более 20% газа вызывает удушье, скопление его в закрытом объеме от 5 до 15% может привести к взрыву газовоздушной смеси, при неполном сгорании выделяется угарный газ СО, который даже при небольшой концентрации (0,15%) — отравляющий.

Горение газа

Горение — это реакция, при которой происходит преобразование химической энергии топлива в тепло. Горение бывает полным и неполным. Полное горение происходит при достаточном количестве кислорода. Нехватка его вызывает неполное сгорание, при котором выделяется меньшее количество тепла, чем при полном, и окись углерода (СО),

Необходимо следить, чтобы коэффициент избытка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает КПД котлоагрегата. Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально — по цвету и характеру пламени.

Процесс горения газообразного топлива можно разделить на четыре основные стадии:

1) вытекание газа из сопла горелки в горелочное устройство под давлением с увеличенной скоростью (по сравнению со скоростью в газопроводе);

Взрывоопасные и пожароопасные свойства нефтепродуктов

  • легко воспламеняющиеся (ЛВЖ);
  • горючие (ГЖ).

ЛВЖ — жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61 °С в закрытом тигле или 65 °С в открытом тигле.

ГЖ — жидкости, имеющие температуру вспышки выше 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле.

В соответствии с международными рекомендациями ЛВЖ делят на три разряда:

  • разряд — особо опасные, с температурой вспышки минус 18 °С в закры­том тигле, или минус 13 °С и ниже в открытом тигле;
  • разряд — постоянно опасные, с температурой вспышки от минус 18 °С до плюс 23 °С в закрытом тигле, или выше минус 13 до плюс 27 °С в открытом тигле;
  • разряд — опасные при повышенной температуре, с температурой вспышки выше 23 °С до 66 °С в открытом тигле.

По этой классификации автомобильные бензины относят к I разряду осо­бо опасных легко воспламеняющихся жидкостей; дизельные топлива — к го­рючим жидкостям, способным самостоятельно гореть после удаления источ­ника зажигания; смазочные масла также относят к разряду горючих жидко­стей; пластичные смазки относят к группе горючих веществ (ГВ), которые способны гореть после удаления источника зажигания.

Характеристики взрыво- и пожароопасности горючих:

  • температура вспышки;
  • температура воспламенения; .
  • температура самовоспламенения;
  • область воспламенения (температурные (ТПВ) и концентрационные пре­делы взрываемости (КПВ)).

Температура вспышки — самая низкая температура вещества (в стандарт­ных условиях испытания), при которой над поверхностью образуются пары или газы, способные вспыхнуть в воздухе от источника зажигания, однако скорость образования паров или газов недостаточна для длительного горе­ния. В зависимости от способа определения различают температуру вспышки в закрытом тигле и температуру вспышки в открытом тигле.

Температура вспышки позволяет судить о температурных условиях, при которых вещество становится огнеопасным. Она имеет принципиальное зна­чение для классификации нефтепродуктов и других горючих веществ по по­жарной опасности. Температура воспламенения — температура, при которой жидкость (го­рючее вещество — ГВ), нагреваемая в стандартных условиях, загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 секунд. Эта температура на несколько градусов превышает температуру вспышки.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура, при кото­рой вещество в стандартных условиях может воспламеняться без открытого пламени. Воспламенение происходит в результате увеличения скорости экзо­термических реакций окисления паров ГВ в воздухе (или другого окислите­ля), заканчивающихся возникновением пламени.

Температуру самовоспламенения учитывают при:

  • классификации газов и паров горючих жидкостей по группам взрывоо­пасности;
  • выборе типа электрооборудования;
  • определении температурных границ безопасного применения вещества при нагреве его до высоких температур;
  • при расследовании причин пожаров.

Жидкости с низкой температурой вспышки имеют более высокие темпе­ратуры самовоспламенения, чем жидкости с высокой температурой вспыш­ки. Это объясняется разным механизмом процесса распространения пламени.

При наличии источника зажигания (пламени) в закрытом тигле фронт пламени заранее сформирован и для его распространения требуется лишь минимальная концентрация паров горючего вещества, способная гореть в воздухе, которая более быстро образуется у легко летучих жидкостей (бензи­ны).

В случае воспламенения жидкости от горячей поверхности критические условия воспламенения и распространения пламени более быстро создаются у тяжелых углеводородов, термически менее стойких к процессам распада и автокаталитического окисления. По этой причине более тяжелые углеводо­роды дизельного топлива самовоспламеняются при более низкой температу­ре, чем легкие термически стойкие углеводороды бензина. Область воспламенения газов (паров) в воздухе характеризуется граница­ми, в пределах которых смесь газа (паров) с воздухом способна воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламе­ни.

Границы области воспламенения чаще всего выражаются концентрация­ми горючего вещества в смеси с воздухом в объемных процентах — концент­рационные пределы воспламенения, либо температурой — температурные пределы воспламенения (взрываемости). Концентрационные пределы взрываемости выражаются концентрацией горючего вещества в смеси с воздухом ниже и выше которых при заданных условиях пламя по смеси не распространяется.

При смешении газа с воздухом образуется взрывоопасная смесь, при этом концентрация газа зависит от его состава. Пределы воспламеняемости - это то количество газа в смеси, при котором происходит воспламенение и самопроизвольное распространение пламени.

До нижнего предела воспламеняемости (т.е. до минимального количества газа в смеси) не происходит воспламенение и горение. Между нижним и верхним пределами воспламеняемости смесь начинает гореть, в том числе и после удаления источника зажигания.

Газ Смесь газа и кислорода Смесь газа и воздуха
Содержание, об. % Содержание, об. % Максимальное
давление взрыва,
МПа		 Коэффициент избытка воздуха при пределах воспламенения
При пределах воспламеняемости При пределах воспламеняемости При стехиометрическом составе смеси При составе смеси, дающем максимальное давление взрыва
нижнем верхнем нижнем верхнем нижнем верхнем
Водород 4,0 94,0 4,0 75,0 29,5 32,3 0,739 9,8 0,15
Оксид углерода 12,5 94,0 12,5 74,0 29,5 – – 2,9 0,15
Метан 5,0 6,0 5,0 15,0 9,5 9,8 0,717 1,8 0,65
Этан 3,0 56,0 3,2 12,5 5,68 6,28 0,725 1,9 0,42
Пропан 2,2 55,0 2,3 9,5 4,04 4,60 0,858 1,7 0,40
н-Бутан 1,7 49,0 1,7 8,5 3,14 3,6 0,858 1,7 0,35
Изобутан 1,7 49,0 1,8 8,4 3,14 – – ~1,8 0,35
н-Пентан - - 1,4 7,8 2,56 3,0 0,865 1,8 0,31
Этилен 3,0 80,0 3,0 16,0 6,5 8,0 0,886 2,2 0,17
Пропилен 2,0 53,0 2,4 10,0 4,5 ~5,1 ~0,89 1,9 0,37
Бутилен 1,47 50,0 1,7 9,0 3,4 ~4,0 ~0,88 1,7 0,35
Ацетилен 2,5 89,0 2,5 80,0 7,75 14,5 1,03 3,3 0,019

Температура самовоспламенения - это минимальный показатель температуры, при которой начинается процесс горения без внешнего подвода теплоты. Значения в таблице являются экспериментальными данными, так как фиксированные показатели сложно получить на практике из-за влияния многих факторов: степени однородности газовоздушной смеси, содержания газа, давления, способа нагрева и т.д.

Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха.

Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения (табл. 5).

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

  • нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
  • применением посторонних источников зажигания (запальников и т. д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а ее часть. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;
  • существующим факелом непрерывно в процессе горения.

Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.

Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения пользуются уравнениями, выражающими начальное и конечное состояния реакций горения газа.

Если углеводородные газы обозначить СmНn, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид

где m - количество атомов углерода в углеводородном газе; n - количество атомов водорода в газе; (m + n/4) - количество кислорода, необходимое для полного сгорания газа.

В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов:

В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха. Так как воздух состоит по объему на 79 % из азота и на 21 % из кислорода, то на каждый объем кислорода требуется 100: 21 = 4,76 объема воздуха или 79: 21 = = 3,76 объема азота. Тогда реакцию горения метана в воздухе можно записать следующим образом:

Из уравнения видно, что для сжигания 1 м 3 метана требуется 1 м 3 кислорода и 7,52 м 3 азота или 2 + 7,52 = 9,52 м 3 воздуха.

В результате сгорания 1 м 3 метана получается 1 м 3 диоксида углерода, 2 м 3 водяных паров и 7,52 м 3 азота. В таблице ниже приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.

Для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется верхним пределом воспламеняемости.

Для инциирования реакций горения нужны условия воспламенения смеси топлива с окислителем. Воспламенение может быть самопроизвольным и вынужденным (зажигание).

Температура самовоспламенения — минимальная температура, при которой в нагретой газовоздушной смеси начинается самопроизвольный (т.е. без внешнего подвода теплоты) процесс горения, за счет выделения теплоты горящими частицами газа.
Температура самовоспламенения не является фиксированной для данного газа и зависит от многих параметров: его содержания в газовоздушной смеси, степени однородности смеси, формы и размеров сосуда, в котором смесь нагревается, быстроты и способа ее нагрева, каталитического влияния стенок сосуда, давления, под которым находится смесь. Точный учет перечисленных факторов весьма сложен, поэтому на практике, например, при оценке взрывоопасности, пользуются экспериментальными данными (см. табл. 8.10).

Температуры самовоспламенения горючих газов в кислороде несколько ниже, чем в воздухе. Введение в состав газов балластных примесей (азота и диоксида углерода) приводит к увеличению температуры самовоспламенения. Присутствие в сложных газах компонентов с низкой температурой самовоспламенения приводит к снижению температуры самовоспламенения смеси.

Вынужденное воспламенение (зажигание) осуществляется поджиганием смеси в одной или в ряде точек высокотемпературным источником — открытым пламенем или электрической искрой в точке вылета газа из огневых каналов горелок в топочный объем. Зажигание отличается от самовоспламенения тем, что горючую смесь доводят до появления пламени не во всем объеме, а только в небольшой части его. Теплоотвод из нагреваемой зоны требует, чтобы интенсивность тепловыделения источника зажигания превышала этот отвод теплоты. После воспламенения источник зажигания удаляется, и горение происходит за счет распространения фронта пламени.

Таблица 8.10. Наименьшие измеренные температуры самовоспламенения некоторых газов и паров в смеси с воздухом при атмосферном давлении

Газ Температура самовоспламенения, °С Газ Температура самовоспламенения, °С
Водород 530 Этилен 455
Оксид углерода 610 Пропилен 455
Метан 650 Бутилен 455
Этан 510 Ацетилен 335
Пропан 500 Сероводород 290
Бутан 429 Коксовый газ 560

Наша компания является представителем и сервисным центром компаний Фасэнергомаш, Corken, ReGo, Edur
на территории РФ

Читайте также: