Соединение разных видов труб

1. Трубы из стали и чугуна. Соединение чугунных и стальных труб проходит с применением патрубка. Патрубок с переходом на сталь чугунный – это фасонная часть трубопровода, при помощи которой проводится переход с труб чугунных на стальные. Переход на сталь приваривают сваркой к трубе из стали. Сам патрубок может быть сделан из чугуна или же из стали.

2. Трубы из меди и стали. Соединение медной трубы со стальной трубой проводится с использованием фитингов обжимных. Чтобы присоединить фитинг к трубе, его сначала нужно разобрать и затем надеть на трубу обжимное кольцо с зажимной гайкой. После этого медная труба вставляется вместе с кольцом и гайкой в фитинг и гайка руками затягивается до упора. Потом гайку нужно затянуть на конкретное количество оборотов и количество оборотов должно быть таким, как указывается производителем, иначе обжимное кольцо стенку трубы сможет прорезать.

Способы соединения полиэтиленовых труб:

1. Метод сваривания.

2. Фланцевый.

3. Электромуфтовый.

4. Компрессионный (фитинговый).

Применяя разные способы для соединения элементов трубопроводной магистрали, можно получить:

· разъемные соединения, которые в дальнейшем подлежат разборке и сборке необходимое количество раз;

· неразъемные соединения, которые представляют собой монолитное соединение.

Метод сваривания

Соединение труб из полиэтилена между собой методом сваривания применяется в основном для изделий большого диаметра (более 63,0 мм). Для выполнения сваривания необходимо обеспечить определенный пространственный доступ к трубам и специальное приспособление. Операция может выполняться двумя методами в зависимости от расположения труб:

· встык торцами изделий;

· в раструб (одна труба входит в другую).

Сварка ПЭ труб встык

Выполняется соединение методом сваривания в несколько этапов:

1. В специальном станке жестко фиксируются трубы, предназначенные для сваривания.

2. Очищаются от пыли и обрабатываются с помощью торцевателя края изделий.

3. Выставляется точная ось размещения стыковочных деталей.

4. Нагревательным устройством расплавляются торцы труб.

5. Оплавленные поверхности на короткое время смыкаются между собой с плавным увеличением усилия.

6. После охлаждения шва, визуально оценивается его качество.

Фланцевый способ

Для соединения полиэтиленовой продукции широко используются фланцы. Фланцевое соединение применяется для трубопроводов разного предназначения и позволяет организовать разъемное, герметичное соединение труб как между собой, так и с другой трубопроводной арматурой:

· задвижками различного предназначения;

· магистральными кранами;

· клапанами и прочими элементами.

Фланцевое соединение

Полученное фланцевое соединение позволяет оперативно разбирать его для проведения ремонта (прочистки) участка водопровода или замены трубопроводной арматуры. Фланцы применяются накидные или с приварными втулками.

Данный тип соединения с применением приварных втулок производится в следующей последовательности:

1. Обеспечивается идеально ровный срез труб в месте стыковки.

2. На торец изделия приваривается втулка.

3. На втулку с помощью резьбового соединения плотно одевается фланец.

4. Производится монтаж с ответным фланцем с использованием болтового соединения.

Муфтовые способы соединения

С помощью электромуфты

Данный метод стыковки продукции из полиэтилена применяется при ограниченном пространстве для проведения сваривания. Различают электрические и компрессионные муфты.

Электрическая муфта

В электромуфтах присутствует встроенный нагревательный элемент, который позволяет расплавить соединяющуюся поверхность. Рассмотрим, как соединить полиэтиленовые трубы с помощью электрической муфты:

1. Трубопроводные изделия, подлежащие соединению, размещаются строго на одной оси.

2. Небольшой участок поверхности изделия от края соединения очищается от пыли, обезжиривается. Затем проводится зачистка (снятие) поверхностного слоя микроскопической толщины.

3. На трубы одеваются электромуфты и подключаются к источнику тока.

4. Закладные внутренние элементы обеспечивают нагрев поверхности и слегка расплавляют полиэтилен.

5. Благодаря своей способности к расширению и увеличению в диаметре при нагревании, труба создает необходимое давление для получения надежного, герметичного соединения.

Время, на протяжении которого необходимо подавать электричество, а также момент отключения современными устройствами контролируется самостоятельно. Все данные по этой операции сохраняются в электронной памяти прибора.

С помощью компрессионной муфты

Компрессионные муфты (фитинги) позволяют соединять полиэтиленовую трубную продукцию:

· одинакового диаметра;

· разного диаметра;

· с изделиями, имеющими внутреннюю (внешнюю) резьбу, в том числе со стальными трубами.

Преимуществом данного способа соединения является отсутствие необходимости в дополнительном специальном оборудовании и более низкая стоимость фитингов. Используются компрессионные муфты для соединения труб в следующей последовательности:

1. Муфта частично разбирается, накидная гайка отворачивается на несколько оборотов.

2. Поверхность трубы очищается от пыли и снимается наружная фаска с торца изделия.

3. На трубе отмечается расстояние, на которое должен войти фитинг в изделие.

4. Муфта с определенным усилием полностью плотно вводится в трубу до отметки.

5. После затяжки накидной гайки получается прочное соединение.

Компрессионное соединение

Герметичность обеспечивается благодаря упругому уплотнительному кольцу, которое удерживается с помощью запрессовывающейся втулки.

Для каждого вида компрессионной муфты производителем указывается усилие, с которым необходимо затягивать накидные гайки. При слабой затяжке не будет обеспечена необходимая герметичность соединения, а от чрезмерного усилия могут повредиться полиэтиленовые изделия.

Способы врезки

Врезка в полиэтиленовую трубу благодаря современным техническим решениям выполняется оперативно без лишних манипуляций с перекрытием водопровода и монтажа громоздких приспособлений для ответвления магистрали. Для присоединения к действующему водопроводу используются:

· специальный вентиль, который дает возможность врезаться в трубу под давлением и впоследствии регулировать поток жидкости или полностью перекрыть его.

· седелки для ответвления бытового трубопровода, которые выполняются в виде обжимных хомутов или накладок.

Таким образом, в зависимости от условий выполнения монтажа, соединение труб ПЭ может выполняться одним из рассмотренных в статье способов или путем комбинации нескольких видов с целью получения монолитных (неразъемных) или разъемных соединений.

 

29. Реконструкция систем газоснабжения. (ничего не нашел по данному вопросу).

 

30. Производство монтажных работ. Сварка газопроводов.

Монтаж производится посредством стыковой или электромуфтовой сварки с использованием соединительных деталей с закладными нагревателями. Выбор метода сварки определяется диаметром труб, наличием доступа к месту монтажа, требованиями бюджета. Сварочное оборудование может быть взято в аренду, что позволяет сократить себестоимость готового трубопровода в случае, если проект разовый.

Производителем предложен широкий перечень комплектной запорно-регулирующей арматуры и фасонных изделий для газопроводов любых диаметров, что позволяет без проблем смонтировать любой участок, в том числе с присоединением к существующим стальным трубам. При соблюдении технологии прочность соединений превосходит прочность самой трубы и гарантирует исключение порывов и иных дефектов стыка.

К монтажу допускается квалифицированный персонал, прошедший обучение и регулярную аттестацию для работы со сварочным оборудованием согласно закрепленному регламенту работ.

 

31. Газовая арматура и оборудование. Устройство и принцип работы.

Вентили, краны, задвижки и затворы поворотные, применяемые в качестве запорной арматуры (отключающих устройств) в системах газоснабжения, должны быть предназна-чены для газовой среды. На газопроводах низкого давления в качестве запорных уст-ройств допускается применять гидрозатворы.

Краны и поворотные затворы должны иметь ограничители поворота и указатели по-ложения «открыто – закрыто», а задвижки с невыдвижным шпинделем – указатели степе-ни открытия.

Регуляторы давления поставляются со сменными пружинами или грузами, обеспе-чивающими настройку выходного давления в пределах заданного диапазона, и, по требо-ванию заказчика, со сменными клапанами и седлами, допускающими изменение на-стройки регулятора по пропускной способности в пределах заданного диапазона.

Запорно-предохранительная арматура. Предохранительно-запорные клапаны (ПЗК) применяются для автоматического отключения потока газа при повышении или пониже-нии давления против установленных пределов. Основные параметры ПЗК приведены ни-же:

Давление на входе (рабочее), МПа 0,05; 0,3; 0,6; 1,2; 1,6

Диапазон срабатывания при повышении давления, МПа 0,002 ± 0,75

Диапазон срабатывания при понижении давления, МПа 0,0003 ± 0,03

Точность срабатывания ПЗК должна составлять±5\% заданных величин контролиру-емого давления для ПЗК, устанавливаемых в ГРП,и ±10\% для ПЗК в шкафных ГРП, ГРУ и комбинированных регуляторах.

ПЗК поставляются со сменными пружинами или грузами, обеспечивающими настройку импульсного давления в пределах заданного диапазона. По требованию заказ-чика их комплектуют электромагнитом или воздушной головкой.

Предохранительные сбросные клапаны (ПСК)устанавливают на газопроводах, ре-зервуарах сжиженных газов, сепараторах и т.п. Основные параметры ПСК приведены ни-же. Давление перед клапаном (рабочее),

МПа 0,001; 0,3; 0,6; 1,0; 2,0

Диапазон срабатывания, МПа от 0,001до 2,0

ПСК должны обеспечивать открытие при превышении установленного максималь-ного рабочего давления не более чем на 15\%.

Давление, при котором происходит полное закрытие клапана, устанавливается соот-ветствующим стандартом или техническими условиями на изготовление клапанов, утвер-жденными в установленном порядке.

Пружинные ПСК должны быть снабжены устройством для их принудительного от-крытия. На газопроводах низкого давления допускается установка ПСК без приспособле-ния для принудительного открытия.

ПСК изготавливают на следующее давление срабатывания: 0,001 – 0,005 МПа для низкого давления; 0,005 – 0,125 – для среднего. Для предела срабатывания более 0,125 МПа применяют пружинные предохранительные клапаны общего назначения или клапа-ны, изготовляемые по специальному заказу. Пружинные клапаны снабжают устройством принудительного открытия.

 

32. Конденсатосборники и компенсаторы. Устройство и принцип работы.

Конденсатосборники.

Для сбора и удаления конденсата и воды в низких точках газопроводов сооружают конденсатосборники (рисунок ниже).

Конденсатосборники

а - высокого давления; б - низкого давления; 1 - кожух; 2 - внутренняя трубка; 3 - контакт; 4 - контргайка; 5 - кран; 6 - ковер; 7 - пробка; 8 - подушка под ковер железобетонная; 9 - электрод заземления; 10 - корпус конденсатосборника; 11 - газопровод; 12 - прокладка; 13 - муфта; 14 - стояк

В зависимости от влажности транспортируемого газа конденсатосборники могут быть большей емкости - для влажного газа и меньшей — для сухого газа. В зависимости от величины давления газа их разделяют на конденсатосборники низкого, среднего и высокого давлений.

Конденсатосборник низкого давления представляет собой емкость, снабженную дюймовой трубкой, которая выведена под ковер и заканчивается муфтой и пробкой. Через трубку удаляют конденсат, продувают газопровод и замеряют давление газа.

Конденсатосборники среднего и высокого давлений по конструкции несколько отличаются от конденсатосборников низкого давления. В них имеется дополнительная защитная трубка, а также кран на внутреннем стояке. Отверстие в верхней части стояка служит для выравнивания давления газа в стояке и футляре. Если бы отверстия не было, то конденсат под давлением газа постоянно заполнял бы стояк. При пониженных температурах возможны замерзание конденсата и разрыв стояков.

Под действием давления газа происходит автоматическая откачка конденсата. При закрытом кране газ оказывает противодействие на конденсат, который под действием своей массы опускается вниз. При открывании крана противодействие прекращается и конденсат выходит на поверхность.

Компенсаторы.

В процессе эксплуатации газопроводов величина изменения температуры может достигать нескольких градусов, что вызывает напряжения в несколько десятков МПа. Поэтому для предотвращения разрушения газопровода от температурных воздействий необходимо обеспечить его свободное перемещение. Устройствами, обеспечивающими свободное перемещение труб, являются компенсаторы - линзовые, лирообразные и П-образные. На подземных газопроводах наибольшее распространение получили линзовые компенсаторы (рисунок ниже).

Линзовый компенсатор

1 - патрубок; 2 - фланец; 3 - рубашка; 4 - полулинза; 5 - ребро; 6 - лапа; 7 - гайка; 8 - тяга

Линзовые компенсаторы изготавливают сваркой из штампованных полулинз. Для уменьшения гидравлических сопротивлений и предотвращения засорения внутри компенсатора устанавливают

направляющий патрубок, приваренный к внутренней поверхности компенсатора со стороны входа газа. Нижняя часть линз через отверстия в направляющем патрубке заливается битумом для предупреждения скопления и замерзания в них воды.

При монтаже компенсатора в зимнее время его необходимо немного растянуть, а в летнее - сжать стяжными тягами. После монтажа тяги надо снять. Компенсаторы при установке их рядом с задвижками или другими устройствами обеспечивают возможность свободного демонтажа фланцевой арматуры и замены прокладок (рисунок ниже).

Установка компенсаторов

а - линзового с задвижкой; б - резинотканевого; 1 - нижний кожух; 2 - верхний кожух; 3 - штифт; 4 - муфта; 5 - насадка; 6 - колпак; 7 - ковер малый; 8 - подушка под ковер; 9 - труба водогазопроводная усиленная; 10 - фланец приварной; 11 - задвижка; 12, 14 - прокладки; 13 - компенсатор двухлинзовый

 

Ввиду того что в колодцах очень часто находится вода, гайки и стяжные болты ржавеют, поэтому работа с ними затрудняется, а в отдельных случаях эксплуатационный персонал оставляет стяжные болты на линзовых компенсаторах, не свертывая гайки. Линзовый компенсатор перестает выполнять свою функцию, поэтому новые конструкции компенсаторов не предусматривают стяжных болтов. При ремонтах применяют струбцину для сжатия компенсаторов.

В связи с тем что компенсаторы выполнены из тонкостенной стали толщиной 3-5 мм, они не могут быть равнопрочны трубе. Ограниченность давления - основной недостаток линзовых компенсаторов. Для увеличения допустимого давления компенсаторы изготовляются из более прочной стали, с большим количеством волн, но меньшей высоты.

Существуют компенсаторы, выполненные из гнутых, обычно цельнотянутых труб (П-образные и лирообразные). Основной недостаток таких компенсаторов - большие габариты. Это ограничивает их применение на трубопроводах больших диаметров. В практике газоснабжения гнутые компенсаторы распространения не получили и совершенно не применяются в качестве монтажных компенсаторов при установке задвижек.

Большим достоинством обладают резинотканевые компенсаторы (рисунок выше). Они способны воспринимать деформации не только в продольном, но и в поперечном направлениях. Это позволяет использовать их для газопроводов, прокладываемых на территориях горных выработок и в сейсмоопасных райо

 

33. Особенности газового топлива.

Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива.

1. Стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче примерно в 35 раз выше, чем при добыче угля, и в 5 раз выше, чем при добыче нефти.

2. Высокая теплотворная способность дает возможность транспортировать газ по магистральным газопроводам на значительные расстояния.

3. Обеспечивается полнота сгорания и облегчаются условия труда обслуживающего персонала.

4. Отсутствие в природных газах окиси углерода предотвращает возможность отравления при утечках газа, что особенно важно при газоснабжении, коммунальных и бытовых потребителей.

5. Применение природного газа обеспечивает населению снижение затрат только на топливо, расходуемое для бытовых нужд (без отопления), на 60—80 руб. в год на среднюю семью.

6. Газоснабжение городов и населенных пунктов значительно улучшает состояние воздушного бассейна городов, что имеет не только санитарное, но и экономическое значение (увеличивается срок службы, металлических конструкций, сохранность зеленых насаждений и т. д.).

7. Высокая жаропроизводительность (более 2000С) позволяет эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлив.

8. Природный газ является ценным сырьем для химической промышленности.

9. Обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достижение высоких к.п.д. Наибольшее увеличение к.п.д. достигается в жилищно-коммунальном хозяйстве у бытовых приборов, отопительных печей и котлов малой производительности.

Вместе с тем газовому топливу присущи и отрицательные свойства: природный газ взрыво- и пожароопасен и токсичен.

 

34. Сгорание газового топлива.

Заставить гореть газообразное топливо возможно исключительно при наличии воздуха, соответственно в котором должен содержаться кислород. А сам процесс горения, а это и есть взрыв, может происходит при определенных соотношениях газа и воздуха. Воспламеняемость метана находится в пределах 5-15 %. Если выделяемая теплота достаточна для нагревания в газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения, то смесь может гореть или взрываться. Природные газы из метана неядовиты, но при насыщении воздуха метаном до 10 % и более, возможно удушье вследствие уменьшения количества кислорода в воздухе.

В процессе горения происходит быстрый нагрев продуктов горения и их расширение, тем самым создается повышенное давление.

Объяснить разрушительный эффект взрыва можно резким возрастанием давления и быстрым расширением продуктов горения.

Давление в процессе горения может достигать 0,8 МПа. В газовоздушной смеси в трубах с большими диаметром и длиной, при взрыве, скорость распространения пламени может превзойти скорость распространения звука, тем самым достичь пределов 2000-4000 м/с. Местное повышение давления, при быстро движущемся взрывном воспламенении, составит 8 МПа и выше, это взрывное воспламенение называют детонацией. Детонация достигается под возникновением и действием ударных волн в воспламеняющейся среде.

Ударная волна, перемещаясь с большой скоростью, резко увеличивает температуру и давление газовоздушной смеси, это вызывает ускорение реакции взрыва и увеличивает разрушительный эффект детонации. Самыми опасными взрывами газа считаются взрывы с самыми низкими пределами взрываемости. При близких величинах нижних пределов взрываемости двух газов наиболее опасен газ, у которого шире область взрываемости и ниже температура самовоспламенения.

 

35. Условия воспламенения и горения газов.

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, сопровождаемое образованием факела (пламени) с интенсивным тепловыделением.
Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры самовоспламенения.
Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:
нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. В этом случае газовоздушная смесь воспламеняется и горит без постороннего источника зажигания. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
применением посторонних источников зажигания (высоконагретых тел, запальников и т.д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а часть ее. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов.
Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.
Молекулы газа и воздуха находится в постоянном хаотическом движении, сопровождающемся столкновениями. Кинетическая энергия молекул пропорциональна абсолютной температуре газов. Энергия столкновения возрастает с повышением абсолютной температуры.
При температуре воспламенения сила удара такой молекулы о встречную так велика, что связи между атомами не выдерживают и молекула распадается на атомы. При соединении горючих (углерод, водород) атомов с кислородом выделяется дополнительная энергия, температура молекул повышается и процесс горения приобретает цепной характер со все возрастающей скоростью до полного соединения кислорода с горючими компонентами газа.
Не всякую холодную газовоздушную смесь можно поджечь внешним источником зажигания. Чтобы смесь воспламенилась и продолжала сгорать, нужны определенные соотношения объемов сжигаемого газа и подаваемого воздуха. Если газа в газовоздушной смеси мало, а воздуха много, то смесь гореть самостоятельно не может. Горение такой смеси через определенное время прекратится, так как выделяющейся теплоты будет недостаточно для нагрева газовоздушной смеси до температуры воспламенения. Если в смеси недостаточно воздуха, то при воспламенении может сгореть ограниченное количество газа и выделяемой химической энергии будет недостаточно для поддержания температуры не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.
Итак, 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.
Газовоздушная смесь, в которой содержание газа больше верхнего предела воспламеняемости, может гореть при подогреве газовоздушной смеси. Если смесь будет подогреваться, то пределы воспламеняемости расширяются за счет снижения нижнего предела воспламеняемости и повышения верхнего. Если газовоздушную смесь нагреть до температуры ее воспламенения, то она воспламенится и будет гореть при любом соотношении газа и воздуха.
Если в газовоздушной смеси содержится газа меньше нижнего предела воспламеняемости, то она не будет гореть. Если в газовоздушной смеси недостаточно воздуха, то горение протекает не полностью.
Значения пределов воспламеняемости зависят также от давления газовоздушной смеси. При повышении давления диапазон между нижним и верхним пределами воспламеняемости расширяется.
Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N2 и CO2) сужают пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха.

 

36. Продукты сгорания и контроль за процессом горения.
В предыдущих параграфах было отмечено, что в зависимости от соотношения сжигаемого газа и необходимого воздуха горение может быть полным и неполным. Продуктами полного сгорания природного газа являются углекислый газ, водяные пары, некоторое количество избыточного кислорода и азот. Избыточный кислород содержится в продуктах горения только в тех случаях, когда горение происходит с избытком воздуха, а азот в продуктах сгорания содержится всегда, так как является составной частью воздуха и не принимает участия в горении. Продуктами неполного сгорания газа могут быть окись углерода, несгоревшие водород и метан, тяжелые углеводороды, сажа.

Таким образом, чем больше в продуктах сгорания углекислого газа СО₂, тем меньше будет в них окиси углерода СО, т. е. тем полнее будет сгорание. Исходя из этого, введено понятие максимальное содержание CO₂ в продуктах сгорания. Это количество СО₂, которое можно было бы получить в продуктах сгорания при организации полного сгорания газа без избытка воздуха.

Наиболее совершенным способом контроля поступления воздуха в топку и полноты горения является анализ продуктов сгорания с помощью автоматических газоанализаторов. Эти газоанализаторы периодически отбирают пробу отходящих газов и определяют в них содержание углекислого газа, а также сумму окиси углерода и несгоревшего водорода CO+H₂ в объемных процентах. При этом может наблюдаться случай, когда показания стрелки по шкале СО+Н₂ равны нулю. Это значит, что горение полное и в продуктах сгорания нет окиси углерода и несгоревшего водорода. Если же стрелка отклонилась от нуля вправо, то в продуктах сгорания имеются окись углерода и несгоревший водород, т. е. происходит неполное сгорание. На другой шкале стрелка газоанализатора должна показывать максимальное содержание CO2 в продуктах сгорания. Отсюда самое выгодное горение будет происходить при максимальном проценте углекислого газа, когда стрелка указателя шкалы СО+Н₂ находится на нуле.

37. Скорость распространения пламени.

В качестве примера на рис. 3.1 приведена схема вытяжной вентиляции в угольной шахте. Из штреков шахты 1 по трубопроводу 2 осуществляется удаление запыленной смеси воздуха и угольной пыли, а в ряде случаев – выделившегося в угольных пластах метана. При возникновении очага возгорания, фронт пламени 3 будет распространяться в сторону штреков 1. Если скорость движения горючей смеси w будет меньше скорости распространения фронта пламени и относительно стенок трубки, то пламя распространится в шахту и приведет к взрыву. Поэтому для нормальной работы системы вентиляции необходимо соблюдение условия

 

w > u.

 

Скорость удаления взрывоопасной смеси должна быть больше скорости распространения фронта пламени. Это позволит не допустить попадания пламени в штреки шахты.

Рис. 3.1. Схема распространения пламени в шахте:

1 – шахта; 2 – трубопровод; 3 – фронт пламени

 

Теория распространения пламени, развитая в работах Я.Б. Зельдовича и Д.А. Франк-Каменецкого, основана на уравнениях теплопроводности, диффузии и химической кинетики. Воспламенение горючей смеси всегда начинается в одной точке и распространяется по всему объему, занимаемому горючей смесью. Рассмотрим одномерный случай – трубку, заполненную горючей смесью (рис. 3.2).

Если смесь поджечь с одного конца трубки, то узкий фронт пламени будет распространяться вдоль трубки, отделяя продукты горения (позади фронта пламени) от свежей горючей смеси. Фронт пламени имеет вид колпачка или конуса, обращенного выпуклой частью в сторону движения пламени. Фронт пламени представляет собой тонкий газовый слой шириной (10^-4÷10^-6) м. В этом слое, который называется зоной горения, протекают химические реакции горения. Температура фронта пламени в зависимости от состава смеси составляет Т = (1500÷3000) К. Выделяющаяся теплота горения расходуется на нагрев продуктов сгорания свежей горючей смеси и стенок трубки за счет процессов теплопроводности и излучения.

 

 

Рис. 3.2. Схема распространения фронта пламени в трубке

 

При движении фронта пламени в трубке в горючей смеси возникают волны сжатия, которые создают вихревые движения. Завихрения газов искривляют фронт пламени, не изменяя его толщины и характера протекающих в нем процессов. На единице поверхности фронта пламени всегда сгорает одно и тоже количество вещества в единицу времени . Величина является постоянной для каждой горючей смеси и называется массовой скоростью горения. Зная площадь фронта пламени S, можно рассчитать массу вещества М, сгораемого во всем фронте горения в единицу времени:

 

.

 

Каждый элемент фронта пламени dS перемещается относительно свежей смеси всегда по направлению нормали к фронту пламени в данной точке (рис. 3.2), причем скорость этого перемещения:

,

где – плотность свежей горючей смеси.

Величина называется нормальной скоростью распространения пламени и имеет размерность м/с. Она является постоянной величиной процесса горения данной смеси и не зависит от гидродинамических условий, сопутствующих процессу горения. Нормальная скорость распространения пламени всегда меньше наблюдаемой скорости и, то есть скорости перемещения фронта горения относительно стенок трубки:

 

u_n  u.

 

Если фронт пламени плоский и направлен перпендикулярно оси трубки, то в этом случае наблюдаемая и нормальная скорость распространения пламени будут одинаковы

 

u_n = u.

 

Площадь выпуклого фронта пламени S _вып всегда больше площади плоского фронта S _пл, поэтому

> 1.

 

Нормальная скорость распространения пламени u_n для каждой горючей смеси зависит от примеси инертных газов, температуры смеси, влажности и других факторов. В частности, предварительный подогрев горючего газа увеличивает скорость распространения пламени. Можно показать, что скорость распространения пламени u_n пропорциональна квадрату абсолютной температуры смеси:

u_n.= const · T ².

38. Стабилизация газового пламени.

Сжигание газа производится в газовых горелках. В зоне горения, при устойчивом пламени, устанавливается динамическое равновесие между стремлением пламени продвинуться навстречу движению газовоздушной смеси и стремлением потока продвинуть пламя от устья горелки в топку.

 

Отрыв и проскок пламени в горелку являются пределами устойчивости работы горелок. Перемещение фронта пламени в направлении движения, полное отделение пламени от горелки и последующее его погасание можно наблюдать при большой скорости движения газовоздушной смеси. Это явление называется отрывом пламени. Если уменьшается подача и скорость выхода газовоздушной смеси нарушается стабильное горение, в результате чего пламя начинает втягиваться в горелку. При горении газовоздушной смеси внутри горелки, может произойти проскок пламени.

 

Необходимо для поддержания устойчивого горения обеспечивать необходимое соотношение между скоростями распространения пламени и поступления газовоздушной смеси к месту ее горения. Также большое влияние на устойчивость пламени имеет соотношение объемов газа и воздуха в газовоздушной смеси, чем больше газа, тем устойчивее будет пламя.

 

Если пламя проскакивает, горение газа происходит внутри горелки, что приводит к неполному сгоранию газа и образованию оксида углерода или даже погасанию пламени. Если горение газа происходит внутри горелки, горелка раскаляется и может выйти из строя. А при отрывном пламени газовоздушная смесь поступает в окружающее пространство, а это может привести к взрыву газовоздушной смеси. Очень важно обеспечить стабильное горение газа, чтобы создать условия его безопасного использования.

 

Устойчивость пламени газовоздушной смеси обеспечивается по средствам специальных устройств. Для удержания устойчивого пламени необходимо придерживаться таких условий:

 

- поддержание скорости выхода газовоздушной смеси в безопасных пределах;

- поддержание температуры в зоне горения не ниже температуры воспламенения газовоздушной смеси.

 

При попадании вместо газовоздушной смеси в горелку чистого газа пламя будет наиболее устойчиво, потому что в чистом газе пламя не распространяется и проскок пламени не возникает. При резком увеличении скорости выхода газа есть вероятность отрыва пламени, но это менее вероятно, чем при подаче газовоздушной смеси. Регулировать расход чистого газа в горелке можно в достаточно широких пределах.

При подаче газовоздушной смеси, с содержанием воздуха 50-60 % от теоретически необходимого для полного сжигания газа, обеспечивается горение менее устойчивое. Заранее подготовленные газовоздушные смеси для полного сжигания газа обеспечивают наименьшее горение пламени. Чем меньше воздуха содержится в газовоздушной смеси, тем устойчивее процесс его сгорания.

 

Добить стабилизации пламени, при сжигании полностью подготовленной газовоздушной смеси, можно с помощью специальных устройств (рис. 1).

Например, проскок пламени предотвращается, если сузить выходное отверстие для газовоздушной смеси, при этом увеличивающаяся скорость выхода смеси не позволяет произойти проскоку. Пламя не распространяется через узкие щели плоской стабилизирующей решетки (рис. 1, г), из-за быстрого охлаждения в них газовоздушной смеси. Предотвратить проскок пламени в горелку можно с помощью выходного отверстия в виде мелкой решетки. При охлаждении выходного отверстия носика горелки можно снизить вероятность проскока пламени, скорость распространения пламени в этом месте снижается, и температура смеси становится ниже температуры воспламенения.

 

С помощью установки различных устройств предотвращают отрыв пламени от горелки. Например, у устья горелки помещают небольшую дежурную горелку с устойчивым факелом для постоянного поджигания выходящей из горелки газовоздушной смеси, либо на поду печи выполняют горку из битого огнеупорного кирпича (рис. 1, в).

 

Широко используются при стабилизации горения огнеупорные тоннели. Газовоздушная смесь поступает из кратера горелки в цилиндрический тоннель (рис. 1, а, б) диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра кратера горелки. Резкое расширении тоннеля вокруг корневой части факела создается разрежение, и вызывает обратное движение части раскаленных продуктов горения. За счет этого температура газовоздушной смеси в корне факела повышается и обеспечивается устойчивая зона зажигания. Такой же эффект достигается при размещении на выходе из горелки плохо обтекаемого тела (рассекающий стаби<