Соотношения единиц СИ с единицами технической системы.

Способ образования кратных единиц в соответствии с ГОСТ 7663-55.

Для измерения однородных физических величин применяют различные системы единиц.

Исторически метрическая система мер развивалась по отраслевому принципу. Так в России, Франции, Италии и ряде других стран применяется техническая система МКГСС с тремя основными единицами: метр, килограмм-сила, секунда.

 В США, Англии, Канаде, Австралии применяют британскую систему мер с основным единицам: фут, фунт, секунда, градус Фаренгейта.

В соответствии с решениями 11 Генеральной конференции по мерам и весам в 1960 году принята Международная система единиц – СИ. Основных единиц в этой системе семь (метр, килограмм, секунда, ампер, градус Кельвина, кандела, моль).

В нашей стране и в ряде других стран был разработан и утвержден стандарт (СТ СЭВ 1052-78. «Метрология. Единицы физических величин»). Постановлением Госстандарта СССР, стандарт СЭВ заменен на ГОСТ 8.417-81 «ГСИ. Единицы физических величин». В настоящее время согласно этому стандарту система СИ должна применяться как предпочтительная во всех областях науки и производства.

 

1.1. Единицы измерения давления.

Давление (Р) – это сила действующая на единицу площади.

 

                                Р = F/S

 

 Давление газа на стенки сосуда вызывается ударами молекул, газ давит на стенки сосуда по всем направлениям одинаково. Сила ударов и скорость движения молекул зависят от температуры газа, от количества газа в сосуде (основные законы газового состояния).

Основные законы газового состояния:

1. закон Шарля – объем постоянный, изменение давления прямо пропорционально изменению температуры;

2.  закон Бойля – Мариотта - температура постоянная, объем газа обратно пропорционален величине давления;

3. закон Гей–Люссака – давление постоянно, объем газа прямо пропорционален изменению температуры.

4. Из основных законов газового состояния можно сделать вывод: при сжатии газы нагреваются, при расширении (дросселировании) газы охлаждаются – положителный эффект Джоуля - Томсона. Для природного газа среднее значение коэффициента Джоуля – Томсона составляет 5,5 град/МПа (при снижении давления газа на 1 Мпа температура газа понижается на 5,5 град). Поэтому похождение газа через фильтры, задвижки, регуляторы, где происходит дросселирование газа, может вызвать обмерзание трубопровода, ледяные закупорки после регулирующих и запорных устройств.

 

Технические единицы измерения давления:

Техническая атмосфера (ат) равна давлению в 1 кгс/см2.

Воздух, окружающий земной шар, своей массой давит на поверхность Земли и на все находящиеся на ней предметы. Это давление называется атмосферным (или барометрическим) и зависит от высоты места его измерения по отношению к уровню моря. Чем выше от уровня моря измеряется давление, тем оно меньше, так как уменьшается высота и плотность вышележащего слоя воздуха.

Атмосферное давление или физическая атмосфера (атм) равна давлению столба ртути высотой 760 мм. Рт. Ст. При 0 градусов над уровнем моря.

В качестве единиц измерения давления применяют также метр или мм. водяного столба.

Соотношения между техническими единицами измерения давления газа:

1кгс/см2= 735,6 мм.рт.ст. при 0 град.

1кгс/см2= 10 м. вод. ст. = 10000мм.в.ст. При 4 град.

1кгс/см2= 0,9678 атм = 1атм.

1кгс/см2= 0,981 бар;

1мбар (миллибар) = 10 мм.в.ст.

1атм= 1,0332кгс/см2= 10,332м вод.ст.

Единицы измерения давления в международной системе единиц:

В СИ единицей измерения давления является Па равный давлению в Н/м2. Для практических целей эта единица слишком мала, поэтому пользуются кратными единицами в соответствии с ГОСТ 7663-55:

Дека – даПа = 10 Па;

Гекто – гПа = 100 Па;

Кило – кПа = 1000 Па;

Мега- МПа = 10⁶ Па.

Гига – ГПА = 10⁹ Па (миллиард);

Тера – ТПа 10¹² Па (триллион).

Дольные единицы:

Деци (д) – 10^-1

Санти (с) – 10^-2

Милли (м) –10^-3

Микро (мк) –10^-6

Нано (н) – 10^-9

Пико (п) – 10^-12

 

Соотношение Паскаля с техническими единицами измерения давления:

1Мпа = 1000кПа = 10 кгс/см2

1мм.вод.ст.=9,81Па=10 Па;

1мм.рт.ст.=133,3Па;

1кгс/см2=9,81*10000 Па=100000Па

1кгс/см2 = 0,1 Мпа

1кгс/см2 = 100 кПа

1атм=101325Па.

1бар=1,02 кгс/см2;

1мбар(миллибар)=10 мм.в.ст.= 100Па

Газопроводы, сосуды находятся под избыточным давлением.

Избыточное давление отсчитывается от имеющегося атмосферного давления.

Ри=Рабс-Ратм (разность между внутреннем и наружным давлением сосуда).

Абсолютное давление отсчитывается от абсолютного нуля и может быть больше или меньше атмосферного. Рабс=Ратм+Р и.

Вакуумметрическое давление ниже атмосферного (разряжение); Рв=Ратм-Рабс.

Если Рв или Ри равны нулю, то Рабс=Ратм.

Приборы для измерения давления: манометры избыточного давления, манометры абсолютного давления, вакуумметры, барометры, дифференциальные манометры.

 

 

1.2. Единицы измерения температуры.

Температура – это величина, характеризующая степень нагретости тела.

Основной единицей измерения температуры (t) в технической системе является градус Цельсия.

Для установления размера градуса принят температурный промежуток от точки таяния льда (0 град.) до точки кипения воды при давлении 760мм.рт.ст (100градусов).

В СИ за единицу измерения температуры (T) взят градус Кельвина. В градусах Кельвина измеряется абсолютная температура (термодинамическая), отсчитываемая от абсолютного нуля, от(-273,16 град. Ц.).

0К=(-273,16 град.Ц.); 0 град.Ц.= 273,16К. Между температурами установлена следующая зависимость (t град. Ц.= Т - 273,16 Ц. или Т = t + 273, 16 К).

 

1.3.  Tеплота сгорания.

Это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1м3 газа.

Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Низшая теплота сгорания (Qн) - это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1м3 газа с образованием продуктов сгорания в парообразном состоянии.

Высшая теплота сгорания (Qв) – это количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1м3 с образованием воды в жидком состоянии. 

Разность между высшей и низшей теплотой сгорания газов составляет 2520 кДЖ/м3.

В СИ количество теплоты (Qн, Qв) измеряют в Дж/м3, кДж/м3, МДж/м3.

В технической системе кал/м3, ккал/м3, Мкал/м3.

Калория- это количество тепла, необходимого для нагрева 1г воды на 1 град (от 19,5 до 20,5 град. Ц.).

Соотношения между единицами: 1ккал= 4,187 кДж = 1,16 Вт*ч.

 

 

1.4. Объем и плотность.

Объем газа измеряют в м3 в системе СИ.

В технической системе единица измерения объема – литр (л).

1м3=1000л.

Вследствие того, что объем газа сильно изменяется при нагревании, охлаждении и сжатии, за его единицу принимают 1м3 при нормальных условиях.

Плотность это масса газа в единице объема.

Плотность газа измеряют при нормальных условиях. Плотность газа определяется по формуле:

                    Плотность= молекулярная масса газа/ молекулярный объем газа

      (Кг/м3)=(кг/кмоль)/(м3/кмоль)

Закон Авогадро: при нормальных условиях равное число молекул любых газов занимает один и тот же объем = 22,4 м3/кмоль.

Молекулярная масса метана 16,04 кг/кмоль.

Плотность метана (СН4): 16,04/ 22,4 = 0,72 кг/м3, при нормальных условиях.

Плотность воздуха (21% О2 + 79% N2) = 1,29 кг/м3.

Плотность кислорода (О2) = 1,43 кг/м3

Плотность азота = 1,25 кг/м3

Плотность этана (С2Н6) = 1,36 кг/м3.

Плотность пропана (С3Н8) = 2кг/м3

Плотность бутана (С4Н10) = 2,7 кг/м3

Плотность СУГ = 2,7 кг/м3.

Плотность этилмеркаптана = 2,7 кг/м3.

Плотность ацетилена (С2Н2) = 1,17 кг/м3

Плотность СО (угарный газ) = 1,25 кг/м3.

Плотность СО2 (углекислый газ) = 1,98 кг/м3.

Плотность паров Н2О = 0,77 кг/м3.

Плотность воды = 1000 кг/м3 (1г/см3).

Плотность керосина = 800 кг/м3 (0,8 г/см3).

Плотность спирта = 800 кг/м3 (0,8 г/см3).

 

Относительная плотность по воздуху - это отношение плотности газа к плотности воздуха. Это понятие используется, чтобы показать насколько газ легче или тяжелее воздуха.

Удельный объем- это величина обратная плотности (м3/кг)

 

1.5. Число Воббе.

Число Воббе определяет зависимость между теплотой сгорания газа и его плотностью. Различают число Воббе низшее и высшее, в зависимости от теплоты сгорания низшей или высшей.

Wов = Qв/корень из d (ккал/м3), где d - отосительная плотность газа по воздуху.

Число Воббе характеризует взаимозаменяемость горючих газов, когда достигается устойчивое полное сжигание их в горелках без отрыва и проскока пламени, не изменяя конструкции горелок.

Допускаемое отклонение числа Воббе от номинального значения не более + или – 5% по ГОСТ 5542-87*.

 

1.6. Тепловая мощность.

Тепловая мощность - это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании часового расхода газа, проходящего через горелку. Единица измерения тепловой мощности ккал/ч=1,163 Вт.= 4,187 кДж/ч.

               

     Q = Qн/Vг

Q – тепловая мощность.

Qн – теплота сгорания низшая, ккал/м3.

Vг - расход газа через горелку, м3/ч.

Тепловую мощность различают номинальную, максимальную и минимальную, которая соответствует номинальному, максимальному и минимальному давлению газа перед горелкой.

1.7. Критические параметры газов.

Критические температура (Ткр) и давление (Ркр).

Газы могут быть превращены в жидкость сжатием, но при условии, что температура не превышает строго определенного значения для данного газа.

Температура, при которой и выше которой данный газ не может быть сжижен никаким повышением давления, называется критической (Ткр).

Давление, при котором и выше которого повышением температуры нельзя испарить жидкость, называется критическим (Ркр). Объем газа, соответствующий критической температуре, называется критическим.

Газ	Ткр, град. Цельсия	Ркр, МПа	Плотность кг/м3
Метан СН4	- 82,5	4,58	160,6
Пропан С3Н8	96,84	4,34	231
Бутан С4Н10	152, 01	3,75	228
Азот	-146,9	3, 35	310

 

 

      2. СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВ ГАЗОВ.

        Нормативные документы:

- ГОСТ 5542 – 87* «Газы горючие природные для промышленного и коммунально – бытового назначения. Технические условия.»

- ГОСТ 22387.5 –77* «Газ для коммунально – бытового потребления. Методы определения интенсивности запаха»

Требования ГОСТ к составу природного газа.

В соответствии с ГОСТ 5542 * газ, подаваемый в города и поселки должен удовлетворять следующим техническим требованиям:

 

Наименования показателя	норма	Метод испытания
1. Теплота сгорания низшая при стандартных условиях, МДж/м3 (ккал/м3) не менее	31,8 (7600)	ГОСТ 27193, ГОСТ 22667, ГОСТ10062
2. Область значений числа Воббе высшего, МДж/м3 (ккал/м3)	41,2 –54,5 (9850 –13000)	ГОСТ 22667 - 82
3. Допустимое отклонение числа Воббе от номинального значения, % не более	+/- 5
3. Массовая концентрация сероводорода (Н2S),  г/м3, не более	0,02	ГОСТ 22387.2 - 83
4. Массовая концентрация меркаптановой серы, г/м3, не более	0,036	ГОСТ 22387.2-83, ГОСТ22387.3-77
6. Объемная доля кислорода, %, не более	1,0	ГОСТ 23781 - 83
7.Масса механических примесей в 1м3, г, не более	0,001	ГОСТ 22387.4 - 77
8. Интенсивность запаха газа при объемной доле 1% в воздухе, балл, не менее	3	ГОСТ22387.5-77

 

Точка росы влаги в пункте сдачи должна быть ниже температуры газа.

Наличие в газе жидкой фазы воды и углеводородов не допускается.

Контроль качества газа на соответствие требованиям настоящего стандарта должен производиться не реже одного раза в месяц газотранспортной организацией, по результатам контроля оформляется паспорт контроля качества газа. Результаты периодических испытаний качества газа распространяются на объем газа, прошедший по трубопроводу за период между данным и последующим испытаниями.

 

2.2. Состав природного газа.

 Согласно паспорту контроля качества ООО «Волготрансгаз» ОАО «ГАЗПРОМ».

1. Горючая часть: метан СН₄ (до 99% по объему);

                                 Этан С₂Н₆ (до 0,6% по объему);

                                 Пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀;

2. Негорючая часть (балласт): азот (до 0,76% по объему);

                                                     Углекислый газ;

3. Вредные и ядовитые примеси: отсутствуют;

4. Механические примеси:        отсутствуют;

5. Кислород – отсутствует;

6. Вода – отсутствует.

Данный состав газа соответствует ГОСТ 5542-87*.

 

2.3. Свойства природного газа:

1.Природный газ – метан СН₄

2. не ядовит;

3. не имеет цвета и запаха. Подвергается одоризации.

4. Легче воздуха (плотность воздуха 1,29 кг/м3, плотность метана 0,72 кг/м3); относительная плотность 0,554.

4. Горюч.

Горючие газы характеризуются нижним и верхним пределами воспламенения.

Пределы воспламенения – это диапазон необходимой концентрации горючего газа в смеси с воздухом, при котором возможен процесс горения (реакция окисления).

Чистый газ не горит, горит газовоздушная смесь в диапазоне пределов воспламенения, 5%-------15% природного газа в воздухе при стандартных условиях (при температуре окружающей среды 20⁰С и атмосферном давлении).

5% нижний предел воспламенения (нижний предел взрываемости, НКПРП) – это минимальное процентное содержание газа в воздухе, которого достаточно для возгорания, взрыва газовоздушной смеси, распространения в ней пламени.

15% верхний предел воспламенения – это максимальное процентное содержание горючего газа в воздухе, выше которой газовоздушная смесь становится негорючей.

5. Опасная концентрация природного газа в воздухе с1% об, что составляет 20% НКПРП (нижнего концентрационного предела распространения пламени)

6. Температура воспламенения метана 645 град по Цельсию.

Температура воспламенения –это минимальная температура, при которой газовоздушная смесь воспламеняется. При температуре 645 град метан горит и взрывается при любой концентрации с кислородом, пока не выгорит метан или кислород.

7. Теплота сгорания природного газа низшая.

 

Q_н = 8000 ккал/м3 = 33,5 МДж/м3 = 9,28 кВт *ч.

Число Воббе.

 

8. W_в = 11842ккал/м3 = 49,582 МДж/м3.

 

9. Жаропроизводительность – температура газовоздушного пламени в градусах по Цельсию 2000.

Жаропроизводительност – это температура горения газа.

2. температура кипения при атмосферном давлении (-161 град по Цельсию).

 

 

 2.4. ОПАСНЫЕ  СВОЙСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА.

 

1. Газ в смеси с воздухом пожаро и взрывоопасен. Пределы воспламенения газовоздушной смеси 5%----15% являются одновременно пределами ее взрываемости. Эта же смесь, распространившаяся по всему замкнутому объему, при внесении источника огня или искры мгновенно сгорает с взрывом.

2. При неполном сгорании газа выделяется оксид углерода (СО), который действует на организм человека отравляюще.

 В народе СО называют угарный газ.

СО – горючий газ (пределы воспламенения 12,5 – 74,2%); не имеет цвета и запаха; весит почти столько же сколько и воздух (плотность 1,25 кг/м3) и поэтому легко растворяется в воздухе; отравляющее действие обусловлено его способностью в 200-300 раз быстрее соединяться с гемоглобином крови, чем кислород и образовывать устойчивое соединение; диссоциация СО из крови через 12 часов.

 0.1% СО от объема помещения – приступы отравления (учащенное сердцебиение, стук в висках, головная боль, тошнота, человека клонит в сон);

 0,5 % СО от объема помещения – через 30 минут летальный исход;

1% СО от объема помещения – мгновенная смерть от отравления.

ПДК СО в воздухе бытовых помещений не должна превышать 0,00016 % от объема помещения.