ГАЗ-11.Устойчивость горения.Стабилизация пламени.

Для осуществления стабильного процесса горения в потоке необходимо создать такие условия, чтобы фронт пламени был оставлен в пространстве. Выполнение этого условия обеспечи­вает газогорелочное устройство. Воз­никший фронт пламени, распространя­ющийся навстречу потоку газовоздуш­ной смеси, стабилизируется в той об­ласти, где скорость потока равна ско­рости фронта пламени.Условием ста­билизации горения является прямая компенсация скорости пламени ско­ростью потока, т. е. Wпот=Uн.

Вместе с тем, если бы даже удалось осуществить прямую компенсацию плоского фронта пламени, то такая горелка могла бы работать толькона одном режиме, соответствующем ста­бильности фронта пламени.При уве­личении скорости потокаона превос­ходила бы скорость распространения пламени {Wпот>Uн} и пламя отрыва­лось бы от горелки. В противополож­ном случае, когда {Wпот<Uн} пламя проскакивало бы внутрь горелки. В обоих случаях терялась бы устойчи­вость процесса горения. Таким образом, косое пламя может устойчиво существовать только при непрерывном поджигании газовоз­душной смеси с периферии. Если поджигание прекратить, то пламя пере­местится к вершине и погаснет. От­сюда следует, что условием, обеспечи­вающим устойчивость пламени, яв­ляется полная и прямая компенсация скорости потока встречной скоростью пламени. Компенсация только нор­мальной составляющей скорости пото­ка, которая наблюдается при косом пламени, не обеспечивает устойчивого горения. Исходя из этого газовая горелка должна иметь такие конструк­тивные элементы, в которых создаются благоприятные условия для возможно­сти прямой компенсации скорости потока скоростью пламени. Эти благоприятные условия должны существовать во всем диапазоне нагрузок от минимальной до максимально допустимой. При рассмотрении устойчивости го­рения в ламинарном потоке установ­лено, что пламя сохраняется стабиль­ным, т.е. не проскакивает внутрь го­релки и не отрывается от нее в доста­точно узком диапазоне скоростей. Для горелок, работающих с полным пред­варительным смешением газа с возду­хом, и при турбулентном течении смеси зона устойчивой работы делается на­столько узкой, что обеспечить норма­льную работу горелки можно только с применением приемов искусственной стабилизации. Задача искусственной стабилизации пламени складывается из борьбы с проскоком и борьбы с от­рывом пламени. проскок пла­мени определяется условиями движе­ния потока и теплообмена внутри го­релки, на выходе из нее. Для предотв­ращения проскока пламени необходи­мо увеличить градиент скоростей пото­ка у границ стенок и уменьшить гра­диент нормальных скоростей распрост­ранения пламени вблизи стенок горел­ ки. Первое требование достигается, увеличением скорости выхода газовоз­душной смеси и максимальным вырав­ниванием выходногополя скоростейиз горелки дости­гают поджатием потока с помощью конфузоров. Уменьшить градиент нормальных скоростей у стенки можно увеличением интенсивности теплоотвода в стенки горелки. Для этого го­ловки горелки следует выполнять с воздушным или водяным охлаждени­ем. Охлаждающее действие стенок растет с уменьшением диаметра отвер­стия, поэтому установка на выходе из горелки сетки с малыми ячейками или пакета, состоящего из близкорас­положенных пластинок, способствует предотвращению проскока пламени. Для предотвращения отрыва пламени необходимо предусмотреть поджига­ющий очаг вне горелки на ее выходе. Его можно создать при помощи ис­кусственного, непрерывно действу­ющего зажигателя, созданием затор­моженных зон или путем возврата рас­каленных продуктов горения к корню факела. В качестве зажигателен могут быть использованы непрерывно дей­ствующая искра, раскаленное тело или пламя дополнительной горелки. При стабилизации пламени с по­мощью поджигающего очага пламя не отрывается от горел­ки и увеличивается её производительно­сть.Таким способом удает­ся стабилизировать пламя в турбу­лентном потоке. При введении в поток газовоздушной смеси тела плохо обте­каемой формы вблизи стенок этого тела поток тормозится и за ним соз­дается зона медленного течения, а при больших поперечных размерах стаби­лизатора зона возвратного движе­ния продуктов горения. В заторможен­ных зонах имеются участки, где скорость распространения пламени равна скорости потока. Эти участки обеспечивают стабилизацию пламени. Наибольшее распространение по­лучила стабилизация пламени с помо­щью туннелей и тел плохо обтекае­мой формы, обеспечивающих возник­новение зон с рециркуляцией раска­ленных продуктов горения. Схема ста­билизации пламени в туннельной го­релке показана на рис

Рис.Стабилизация пламени в туннеле горелки

ГВС выхолит из горелки 1 в туннель 3, где образует факел 2. Вследствие эжектирующего действия факела к его корню подсасываются раскаленные продукты горения, созда­ется зона возвратного их движения, образуя устойчивый очаг зажигания. У открытого пламени к корню подсасы­вается холодный воздух. Это ухудша­ет условия зажигания. С ростом скоро­сти интенсивность подсоса холодной среды увеличивается, что приводит к нарушению устойчивого периферийно­го зажигания.

Если горение протекает внутри тун­неля достаточной длины, то факел пе­рекрывает сечение туннеля, горение устойчивое. Если туннель короткий и факел перекрывает часть его сечения, в туннель засасывается холодный газ из окружающей среды и горение сры­вается. Отрыв пламени у горелок пред­варительного смешения с огнеупор­ными туннелями происходит в том слу­чае, когда нарушается тепловой ба­ланс на поверхности контакта между холодной струёй и зажигающими ра­скаленными продуктами горения.

Если стенки туннеля не раскалены, то увеличива­ются потери теплоты от продуктов го­рения в окружающую среду, их тем­пература падает и они оказываются неспособными поджечь горючую смесь. Роль раскаленных стенок в зажигании потока очень велика, поэтому для по­вышения температуры стенок нужно достаточно хорошо -тепло изолировать камеру, в которой протекает процесс горения.

Работа стабилизаторов, представ­ляющих собой тела плохо обтекаемой формы, по принципу действия близка к процессу стабилизации пламени в туннельных горелках. Разница заклю­чается в том, что в туннеле зажигание горючей смеси осуществляется с пери­ферии корневой части факела, а в осесимметричных стабилизаторах раска­ленные продукты циркулируют внутри газовоздушной струи. В этом случае потери теплоты от зажигающих про­дуктов горения в окружающую среду отсутствуют, что улучшаетусловия воспламенения смеси.

Как показывают исследования, на­илучшие результаты получаются при размещении в потоке горючей смеси V-образных тел плохо обтекаемой фор­мы. Схема работы V-образного стаби­лизатора, установленного в центре турбулентного потока, показана на рис.

Газо воздушная смесь

Рис.Стабилизация пламени телом V-образной формы

Воспламенение смеси про­исходит по периметру конического стабилизатора, вблизи которого поток заторможен, а позади циркулируют раскаленные продукты горения.

Искусственные газы, содержащие большой процент водорода, склонны к проскоку пламени, а природные газы, характеризующиеся меньшим значением Uн, склонны к отрыву пламени.

ГАЗ-9. Размещение отключающихся устройств на газопроводе.

Запорные устройства в г/сн следующие: -запорный клапан (вентиль); -краны, задвижки; -затворы (применяются для г/пр низкого давления). Все запорные устройства д.б. предназначены для газовой среды. Допускается применение арматуры общего назначения при условии дополнительных работ в соответствии с ГОСТ. При выборе арматуры нужно учитывать условия эксплуатации по давлению и температуре.

1) Отключающие устройства размещают на входах и выходах ГРП (не ближе 5м и не далее 100м); 2) На всех ответвлениях от распределительных г/пр; 3) На входах и выходах г/пр от хранилищ (от 5 до 100м); 4) На вводах г/пр в отдельные здания или группу смежных зданий (как правило, снаружи здания, но допускается внутри); 5) При пересечении г/пр водных преград отключающие устройства устанавливаются по обе стороны перехода. Допускается на однониточных тупиковых г/пр установка одного отключающего устройства до перехода, а также при ширине перехода меньше 50м установка отключающего устройства необязательна. Решение об установке принимается в зависимости от местных условий строительства; 6) На распределительных г/пр всех давлений для отключения определённых участков или районов г/сн (задвижки секционирующие); 7) При пересечении г/пр ж/д-ых, трамвайных путей, автомобильных дорог на тупиковых г/пр не далее 1000м пересечения с двух сторон

Отключающие устройства не предусматривают при наличии в г/пр других устройств, обеспечивающих прекращение подачи газа потребителю. В городских условиях на подземных г/пр отключающее устройство устанавливается совместно с линзовыми компенсаторами в колодцах. Колодца бывают: -прямоугольные глубокого заложения; -круглые мелкого заложения. Устройство колодцев д. Исключать попадание в них грунтовых вод, материалы для устройства колодцев д.б. влагостойкими, биостойкими и несгораемыми (бетон, ж/б, кирпич). Переход г/пр через стенки колодца выполняется в футляре, концы которых выступают за стенки колодца не менее чем на 2м. При этом диаметр футляра д. Обеспечивать независимую осадку стен колодца и г/пр. По трассе г/пр кроме отключающих устройств д.б. установлены таблички-указатели с целью определения местоположения г/пр и др. устройств.

Установка отключающих уст­ройств. Отключающие устройства на газопроводах у ста па вливают в сле­дующих местах: 1) на распределительных г/пр низкого давления для отключе­ния отдельных микрорайонов, кварта­лов, группы жилых домов и на га­зопроводах среднего и высокого давления при отключении отдельных участков;

2) перед жилыми, общественными и производственными зданиями, на­ружными газопотребляющими уста­новками, на пересечении водных пре­град, ж/дорог общей сети и а/м дорог I и II катего­рий и ГРП. Отключающие устройства допуска­ется не устанавливать: 1) на выводе из ГРП при системах газоснабжения с одним ГРП; 2) перед ГРП предприятий, если отключающее устройство, имеющееся на отводе от распределительного га­зопровода, находится от ГРП на рас­стоянии не более 100 м;

3) на пересечении ж/дпутей общейсети и а/м дорог I и II категории при наличии отключающего устройст­ва нарасстоянии от путей (дорог) не далее 1000 м,обеспечивающегопрекращение подачигаза на участкеперехода. На наружных г/пр от­ключающие устройства устанавли­вают в колодцах, наземных шкафах или оградах, а также на стенах зданий. На вводе г/пр в жилых и об­щественных зданиях отключающее устройство следует устанавливать на стене снаружи здания. На подземных г/пр от­ключающие устройства следует уста­навливать в колодцах с линзовыми компенсаторами или косыми фланце­выми вставками. На г/пр малого диаметра {dy=100мм) лучше применять гнутые или сварные П-образные компенсаторы. При стальной арматуре, присоединяемой к г/пр на сварке, компенсаторы не устанавливают. Участки закольцо­ванных распределительных г/пр, проходящие по территории предприятий, должны иметь отклю­чающие устройства вне их террито­рии. При тупиковом г/пр достаточна установка одного отклю­чающего устройства перед террито­рией предприятия.