Дәріс тақырыбы. Жанар ғаздардың қасиеттері. Қысылған ғаздар.

Металдарды газжалынды өңдеуде жанар газдар ретінде, төменгі жану жылулығы ең кемінде 4000 ккал/м³ болатын, әртүрлі жанар газдар қолданылады (тек сутектің төменгі жану жылулығы әдетте 2400 ккал/м³). Оттектендірігіш қызметін көбінесе оттек орындайды.

Газтәрізді және сұйық оттектің қасиеттері.Кәдімгі жағдайда оттек түсі мен иісі жоқ газ болады. 0ºС температурада және 0,1 МПа қысымда оның тығыздығы 1,43 кг/м³. 0,1 МПа қысымда –182,97ºС температураға дейін суытса оттек көгілдір сұйықтыққа айналады.

Оттекті ортада жану процестері өте белсенді жүргізіледі. Қысым астында (0,3 МПа–дан жоғары) болған оттек майлармен түйіскенде, олар сәтте тотықтанады. Осындай процесс нәтижесінде бөлінген жылудың мөлшері өте жоғары болады, сондықтан, майлардығ оттанып жануы мүмкін. Оттекпен жұмыс істегенде аппараттар, балондар және персоналдың киімі майлардан таза болуын қадалау керек. Майланағн беттер табылған жағдайда, ластанған жабдықтарды үзілді–кесілді қолдануға тиым салынады. Адам денесіне сұйық оттек тигенде түрлі денгейлі үсіктер пайда болады.

Газтәрізді техникалық оттегі, МЕСТ 5583-78–ке (ИСО 2046-73) сәйкес, мүмкінді болатын қоспалардың (көмірқышқылды газ, азот және аргон) мөлшеріне байланысты үш сортты болып шығарылады. Тазалығы ең жоғары – бірінші сортты оттегі. Оның тазалығы, көлемі бойынша, 99,7% болуға тиіс. Екінші және үшінші сортты оттектін тазалығы 99,5% және 99,2тен кем болмау керек. Газтәрізді оттекте ылғалдың мөлшері 0,07 г/м³ аспау керек. Сұйық техникалық оттекте, МЕСТ 6331-78–ге (ИСО 2046-73) сәйкес, екі сортты болып шығарылады: А (тазалығы 99,2%) және Б (тазалығы 98,5%).

Газбен пісірудің, дәнекерлеудің, шынықтырудың және газ жалынымен қыздырудың басқа да жауапты емес түрлерінде тазалығы 92-98%, металлургиялық өндірісінің қондырғыларында немесе азот өндірісінің жанама өнімі ретінде алынған, оттегін де пайдалануға болады. Қысылған газтәрізді оттекті МЕСТ 9490-75 бойынша құыс денелі баллондарда сақтап тасымалдайды (қысым 15 МПа). Баллондағы оттектің мөлшері 8 кг немесе 6 м³ болуы мүмкін. Оның мөлшері (V_k) баллонның дм–мен сиымдылығының (V_б) манометрмен анықталған баллондағы МПа–мен қысымына (V_б) көбейтіндісі арқылы анықталады:

V_k = V_б· V_б, немесе V_k = 40 · 150кгс/см³ (15 МПа) = 6000 л = 6 м³.

Баллондағы оттектің мүмкінді болатын қысым қоршаған ортаның температурасына тәуелді:

Температура, ºС –50 -40 –30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

Баллондағы қысым, МПа 9,9 10,7 12,4 2,95 13,45 13,95 14,5 15,0 15,5 16,0 17,2

Сұйық оттекті арнайы ыдыстарда – танктарда – сақтап тасымалдайды. Сұйық күйде оттегі тек алынып, сақталып тасымалданады. Газ жалынды өңдеуге арналған оттекті алдымен сүйық күйлен газға аударып 16 МПа–ға дейін қысыммен жұмыс орнына жеткізеді.

Оттек құбыржолдары мүмкінді максимальды қысымына байланысты төрт категорияға бөлінеді. Олардағы жұмыс қысымдары (МПа) категориялар бойынша: 1,6 дейін – ΙV; 1,6 дан 2,5–ға дейін – ΙΙΙ; 2,5–нан 6,4–ке дейін – ΙΙ; 6,4–тен 60,0–қа дейін – Ι. Сұйық оттекті буландыру арқылы алынған оттекте ылғал болмайды. Оттектің жанар газдармен қоспаларының жарылыс қауіпі ьар.

Жанар газдардың қасиеттері.Газжалынды жұмыстарды жүргізу үшін жалыннан металға, жұмыстардың нақты жағдайларына жеткілікті мөлшерде, жылуды беруін қамтамасыз ету қажет. Әдетте, жанар газдар оттекпен қосылғанда жанып кетеді. Ең жоғары температура ацетилен–оттекті жалында (3200ºС). Сондықтан, ацетиленнің газ жалынды өңдеудің барлық түрлерінде қолданылуы мүмкін. Жалынның жану қарқындылығы жанудың қалыпты жылдамдылығының қоспаның жану жылулығына көбейтіндісі арқылы анықталады. Ацетиленнің жану қарқындылығы барынша ең жоғарғы болып есептелінеді (стехиометриялық құрамды қоспа үшін – 27700 ккал/(м²·с).

Ацетилен.Ацетилен толық емес сутектер C_nH_2n-2 қатарлы тобына жатады. Бұл газдың түсі жоқ, және құрамында фосфорлі сүтектің, күкіртсутектің қоспаларының бар болуына байланысты иісі ерекше болады. 20ºС температурада және 0,1 МПа қысымда ацетиленнің тығыздығы 1,091 кг/м³, 0ºС және 0,1 МПа тығыздығы 1,171 кг/м³. Ацетилен ауадан жеңіл; ауамен салыстырғанда тығыздығы 0,9; молекулярлы массасы 26,038. Ацетилен үшін сындық нүкте 35,54ºС температурада және 6,165 МПа–ға тең қаныққан будың қысымымен сипатталанады. 0,1 МПа және -84ºС температурада ацетилен қатаяды.

Оттекпен басқа да қышқылдандырғыштар жоқ болған жағдайда да өндірісте кеңінен қолданылатын газдардың ішінде жалғыз ацетиленнің жануы мен жарылуы мүмкінді болады. Ацетилен – жоғарыэндотермиялық қосылыс; 1 кг ацетиленнің ыдырауынан 2000 ккал–дан жоғары жылу бөлінеді, немесе 1 кг қатты ЖЗ тротилдың жарылуынан шамамен 2 есе көп болады. Өзінен өзі оталу температурасы 0,2 МПа қысымда 500-600ºС температуралық шектерде болады және қысым артқан сайын төмендейді. Мысалы, 2,2 МПа қысымда ацетиленнің оталу температурасы 350ºС, ал темір ұнтағы, силикагкль, белсенді көмір және т.б. смяқты катализаторлар болса ацетиленнің ыдырауы 280-300ºС температурада басталады. Мыс тотығы өзінен өзі оталу температурасын 246ºС дейін төмендетеді. Белгілі бір жағдайларда ацетилен мыспен әрекеттесіп жарылғыш қосылыстарды құрауы мүмкін, сондықтан, ацетилен жабдықтарын дайындағанда 70%–тен жоғары мыс бар қорытпаларды қолданылуға үзілді–кесілді тиым салынады.

Әдетте, ацетиленнің жарылыс арқылы ыдырауы жылдамдығы 100-500ºС/с белсенді қыздыруда басталады. Баяу жылдамдықпен қыздыру кезінде ацетиленнің полимеризация реакциясы өтеді. Бұл реакция жылудің бөлінуімен жүреді де 530ºС температурадан жоғары температурада ацетиленнің жарылыс арқылы ыдырауына келтіреді.

Ацетиленнің ыдырауының мүмкінді болатын ең аз қысымы – 0,65 МПа. Ацетилен үшін жарылыс шектері өте кең болады. Қауіпі ең жоғары болып саналатын оттекпен ацетиленнің қоспасы ол стехиометриялық құрамды (~30%) қоспа. Жалынның таралауының және детонацияның жылдамдықтары қалыпты жағдайларда максимальды мағынасына ацетилен мен оттектің қатынасы1:2,5 тең болғанда жетеді де 13,5 және 2400 м/с–ке сәйкес болады. Жарылыс кезінде пайда болатын қысым бастапқы параметрлерге және жарылыс сипатына тәуелді. Бұл қысым, бастапқымен салыстырғанда, кішкені ыдыстарда шамамен 10-12 есе ұлғаяды, таза ацетиленнің детонациясында 22 есе және ацетилен–оттекті қрспасының детонациясында 50 есе ұлғаюы мүмкін.

Металдарды газ жалынды өңдеуде ацетилен, тасымалды немесе стационарлы ацетилен генераторларда алынған жағдайда, газтәрізді күйде немесе ерітілген күйде қолданылады. Ерітілген ацетилен дегеніміз ол баллонда қысым астында кеуекті толтырғышта бірқалыпты таралған ацетондағы ацетиленнің ерітіндісі. Ацетиленнін ерігіштігі температура мен қысымға тәуелді. Баллондағы кеуекті толтырғыш ацетиленнің барлық көлемі бойынша таралуын қамтамасыз етеді және жарылыс арқылы ыдырау мүмкіндігін азайтады. Кеуекті толтырғыштар ретінде әртүрлі қопсыту және құйма кеуекті материалдар қолданылады.

Газтәрізді және ерітілген техникалық ацетиленнің физика–химиялық көрсеткіштері МЕСТ 5457-75–те белгіленген. Қоспаларды мүмкінді болатын мөлшері бойынша ерітілген (сапа белгілі), ерітілген және газтәрізді ацетиленді айырады. Қоспалардың мүмкінді мөлшері (көлемдік үлесі бойынша) келесі: ауамен басқа да суда ерігіштігі төмен газдар 0,9, 1,0, 1,5 көп емес; фосфорлы сутекттің – 0,01; 0,04; 0,08; күкірсутегі – 0,005; 0,05; 0,15; 20ºС температурада және 0,1 МПа қысымда су булары – 0,5; 0,6.

Техникалық ерітілген ацетиленді болат баллондарда ТУ 6-21-32-78 бойынша тасымалдайды. Мүмкәнді максимальді қысым -5ºС температурада және 0,1 МПа қысымда 1,34 МПа–дан аспау керек, +40ºС температурада және 0,1 МПа қысымда 3,0 МПа–дан аспау керек. Тура сондай параметрлер кезінде баллондағы қалдық қысым сәйкес 0,05 МПа және 0,3 МПа–дан аспау керек..

Металдарды газ жалынды өңдеуде, кальций карбидынан алынған, ацетиленмен бірге, метан мен оттектің термоқышқылдандыру пиролтзі арқылы алынған, пиролизді ацетилен де қолданылады. Пиролизді ацетиленді де ерітілген күйде баллондарда сақтап тасымалдайды. Кеуекті толтырғыш та еріткіш те кальций карбидынан алынған ацетилендікіндей.

Газтәрізді ацетиленмен салыстырғанда, ерітілген ацетиленнің қолданылуы карбидтың пайдаланылу коэффициенті ең жоғары болуы, пісірушінің жұмыс орнының тазалығы, аппаратураның тұрақты жұмысы және еңбек кауіпсіздігі қамтамасыз етіледі. Ацетиленді алуда негізгі шикізаттың бірі кальций карбиды болып саналады (Кесте 24). Ацетилен кальций карбидының сумен ыдырау (гидролиз) арқылы алынады. 20ºС температурада және 0,1 МПа қысымда 1 кг техникалық кальций карбидының ыдырауынан ацетиленнің нақты "литражі" 285 л–ден аспайды және карбидтың гранулометриялық құрамына тәуелді. Кальций карбидының кесектер өлшемі артқан сайын "литраж" да артады, бірақ оның ыдырау жылдамдығы төмендейді, немесе карбидтың ыдырау ұзақтылығы ұлғаяды.

Кесте 24 - Кальций карбидының физика-химиялық кқрсеткіштері

Ацетилендегі фосфорлы сутегінің мөлшері (көлемі бойынша) 0,08%–тен көп емес, сульфидті қүкіртің мөлшері l,2%–тен көп емес. МЕСТ 1460-81–де белгіленген грануляциялы партияда басқа өлшемді кальций карбидының кесектерінің мүмкінді мөлшенрі де белгіленеді.

Карбидтың ыдырау реакциясының жылулық эффекті жоғары болғандықтан, шектен тыс қыздырудың қауіпі пайда болады. Жылуды әкетпесе, кальций карбиды мен судың стехиометриялық мөлшерінің әрекеттесуінен, реакциялық масса 700-800°С температураға дейін қыздырылуы мүмкін. Жеткіліксіз суытудан және, әсіресе ауаның бар болуынан, карбидтың ыдырауы жарылысқа әкеліп соғуы мүмкін. Сондықтан, процесті судың шектен тыс жоғары мөлшерінде жүргізу қажет. 1 кг карбидтың ыдырауына 5 – 20 л су қажет. Карбидте карбидтың шаңының бар болуына ерекше назар аудару керек. Карбидтың шаңы бір сәтте ыдырайды, сонда бір сәттілік қыздырудан ацетилен жарылып кетуі мүмкін. Сондықтан, шаңды пайдаланылуға ескерленбеген кәдімгі генераторларда шаңды өңдеу жұмыстарыңа қатаң тиым салынады. Егер шағның мөлшері жоғары болған жағдайда, генераторға салынар алдында кальций карбидын тор өлшемі 2 мм–лі електен өткізу қажет. Жиналған шаңды сиымдылығы ең кемінде 800-1000 л арнаулы ыдыста белсенді араластыру арқылы карбид шаңының мөлшері 250 г–нан көп емес ашық ауада ыдырату керек. Шаңның әр 100 кг ыдырағаннан кейін суды ауыстыру қажет.

Кальций карбидын қабырға қалыңдығы еғ кемінде 0,51 мм темір 50–130 кг массасы данғараларда сақтап тасымалдайды. Даңғараның бүір бетін қатаңдығын арттару үшін гофрленген қылып жасайды. Кальций карбиды белсенді түрде ауадан да ылғалды тартады, сондықтан, ыдыстын герметикалығы нашар болған жағдайда, тікелей даңғарада ацетилен пайда болуы мүмкін. Даңғаралардың герметикалығын мұқият тексеру қажет; даңғараларды ашық машиналарда тасымалдағанда даңғараларды брезентпен жабу керек. Даңғара зақымдалған жағдайда карбидты басқа герметикалық ыдысқа салу керек.

Стационарлық генереторларды қызмет еткенде даңаралардағы карбидты арнаулы қабылдағыш–шанақтарға тиейді. Даңғараларды ашу жұмыстары станцияларда механикаландырылған түрде жүргізіледі. Осы мақсат үшін арнаулы станоктар қолданылады. Даңғараның жоғарғы қақпағы арнаулы кесуші роликпен немесе пышақпен кесіледі. Пышақ пен ролик ұшқындамайтын материалдан жасалады. Сонымен қатар, кесу орнына азот немесе май беріледі.

Балқу температурасы болаттың балқу температурасынан төмен алюминий, жез, қорғасын және басқа материалдарды газ жалынымен өңдегенде, жанар газ ретінде ацетиленнің орнына басқа газдар немесе сұйық жанарларды қолданған дұрыс болады.

Жанар газдардың негізгі физикалық және жылулық қасиеттері кесте 25–те келтірілген.

Газдарды шартты түрде қоюландырылған, суыту арқылы қысылған, газ қоспалары, ерітілген газдар және қарапайым газдар деп бөлуге болады.

Қысылған газдар. Қысылған немесе қысылатын газдар деп – ацетиленнің орнын алатын, қандай болса сондай қысымдарда кәдімгі сақтау және тасымалдау жағдайларында сұйықтыққа айналмайтын газдарды атайды. Қысылған газдарға сутегі, метан, көмір тотығы, коксті, пиролизді, мұнай, сланецті және табиға газдар жатады.

Сутекті А, Б, В, Г маркалы қылып шығарады. А маркалы сутекті судың электролизі арқылы алады. Б маркалы сутекті ферросилиций мен сілті ерітіндісімен әрекеттесу арқылы темірбулы тәсілі бойынша алады. В маркалы сутек хлорлы тұздарды электролиздеу арқылы алынады. Г маркалы сутек көмірсутекті газдардың булы конверсиясы кезінде алынады.

Сутектің иісі мен түсі жоқ, суда ерімейді. Металдарды газ жалынды өңдеуде қолданылатын сутегі МЕСТ 3022-80 талаптарына сай болу қажет. Стандартта қоспалардың (оттек, көмір тотығы, сілтілер, күкірсутек, хлор, ылғал) мөлшері белгіленген. А маркасында сутектің мөлшері 98,8%, Б маркасында – 98% болу керек. В және Г маркалы сутек екі сортты (ьірінші және екінші) болып шығарылады. В маркасы үшін тазалығы 98,5 және 97,5%, ал Г маркасы үшін - 97,5 және 95% .

Сутекті–оттекті жалын түссіз. Сутектің жалын аймағының айқын кескіні жоқ болғандықтан, оны реттеу қиынға соғады. Шілтеріге сутектің 1 м³–не 0,25-0,35 м³ оттегі беріледі, ал теориялық жағдайда сутектің толық жануына 0,5 м³ оттегі қажет. Ауа мен оттек қоспалаларымен сутек жарылғыш қоспаларды құрайды, сондықтан, жұмыс кезінде аппаратаура мен коммуникациялардың герметикаоығына ерекше назар адару қажет. Газ жалынды өңдеуде сутегі таза күйде сирек қолданылады: негізінде қорғасынды пісіруде немесе дәнекерлеуде және, жанар материалдарды кескішке жоғары қысыммен беруді талап ететін, оттекті кесудің арнайы түрлерінде. Көбінесе сутек жанар газдың компонент құрамына кіреді. Неғұрлым сутектің мөлшері жоғары болса, солғұрлым жанар газдың жылулық қасиеттері төмен және оталу жылдамдығы мен жарылудың жоғағы шегі жоғары болады.

Метанның жарылғыштық диапазоны кең болады. Метан табиғи немесе кокс газдарынан толық суыту әдісі арқылы алынады. Метанның оталу температурасы 340ºС. Метанның 1 м³ толығымен жануына 2 м³ оттегі қажет. Оттегімен қоспасының жалынның таралуының максимальды жылдамдығы 3,3 м/с. Сутегі мен көмір қышқылды газбен қатар, метанның сындық температурасы (көмірсутектердің арасында жалғыз метанның) қошаған ортаның температурасынан едәуір төмен болады. Таза күйінде газжалынды өңдеуде метан өте сирек қолданылады. Метан табиғи газдардың негізгі компоненті болып саналады да басқа қысылған жанар газдардың құрамына кіреді.

Табиғи және қалалық газдарғагазтәрізді шекті көмір сутектерд жатады (Негізгі құраушысы метан. Оның мөлшері 75,7-99,4%. Сонымен қатар құрамында аз мөлшерде инертті газдар мен азот болады). Табиғи газдардың төменгі жану жылулығы 7480-9060 ккал/м³ шектерде болады.Табиғи газдың иісі болмайды, сондықтан, тұтынушыға жеткізілетін газдарға, оған арнайы иіс беру мақсатымен одорант деп аталатын компонент қосылады. Осы одоранттың иісінен газдың таралуын байқап білуге болады. Тұтынушыға табиғи газ балландар арқылы немесе газқұбыр жолдары арқылы жеткізіледі. Табиғи газдар мен калорийлығы төмен газдардың (окс, генераторлық және т.б.) қоспасын калалық газ деп атайды да оны тұрмыстық жағдайларда және оттекті кесуде қолданады.

Көміртек тотығыкелесі газдардың құрамына кіреді: кокс газы (5-12%), қалалық (5-15%), мұнайдың пиролизді газдың (1-11%). Көмртек тотығы улы газ болып есептелінеді. Өндірістіқ ғимараттарда оның шекті концентрациясы 0,03 мг/л.

Кокс газыретінде тас көмірді құрғақ айдау арқылы алынған газтәрізді өнімдердің қоспасы болып саналады. Көмірдің кең орнына және кокс газды алу технологиясына байланысты газжың құрамы келесі болуы мүмкін: 40-60% Н₂, 20-30% СН₄, 5-12% СО, 1,5-4% ауыр көмірсутектер, 2-3% СО₂, 0,4-1,0% О₂. Кокс газдың жану жылулығы салыстырмалы түрде төмен болады, бірақ металлургиялық өндірістерде жанама өнім ретінде кеңінен қолданылады. Газжалынды өңдеуде тек жақсылап тазаланған кокс газы қолданылады, өйткені, басқа жағдайларда аппаратураның тар каналдары бу түріндегі газ құрамындағы түрлі шайырлы заттармен ластанады, немесе газ құбыр жолдары газ құрамындағы күкіртті қосылыстармен жлініп кетуі мүмкін. Кокс газын қолданылғанда мүштүктерді жезден немесе шойыннан жасау керек. Кокс газдың 1 м³ толығымен жануын қамтамасыз ету үшін 0,9 м³ оттегі қажет болады. Пайдалану орнына кокс газы баллондарда 15,0 мПа қысымда немесе қысымы төмен (сулы бағ. 30-50 мм) құбыр жолдары арқылы беріледі. Кокс газында 12%–ке дейін көміртек тотығы болуы мүмкін.

Мұнай газдардегеніміз жанар газдардың қоспасы. Алыну тәсілдеріне байланысты мұнай газдары табиғи (мұнайды алу кезінде бөлінетін) және жасанды (заводтық) болып екіге бөлінеді. Табиғи мұнай газдарды кейде ілеспелі немесе серіктес деп аталады. Табиғи мұнай газдардың негізгі компоненттеріне метан, этан, пропан, бутан және одан да жоғары молекулярлық парафин текті көмірсутектер жатады. Жасанды мұнай газдардың құрамына, сылардан басқа, олефин қатарының көмірсутектері кіреді: этилен, пропилен, бутилен, амилен. Жасанды мұнай газдардың құрамында (табиғи газдардан айырмашылығы) 60% –ке дейін Н₂ болады..

Сланецті газарнаулы генераторларда жанар сланецтерді өңдеу арқылы алынады және қалалық газ ретінде химиялық өңдеуде немесе тұрмыстық мақсаттар үшін қолданылады. Кейбір жағдайларда металдардың газ жалынды өңдеуінде де қолданылады.

Пиролизді газ - мұнай мазутының термиялық ыдырауының өнімі. Тазалаудан кейін газда,мыспен әрекеттесетін; күкірт қосылыстары пайда болады. Сондықтан газды мұқият тазалау керек. Мүштүктерді жезден немесе шойыннан жасау керек.

Кесте 25 – Жанар газдардың негізгі физикалық және жылулық қасиеттері

Ұсынылған әдебиет:

1 [123-130]

Бақылау сұрақтары:

1. Қандай жанар газдар пісіруде қодлданылады?

2. Қандай газдар қысылған газдарға жатады?

3. Жанар газдардың физикалық қасиеттері қандай?

4. Жанар газдардың жылулық қасиеттері қандай?

5. Қысылған газдардың қасиеттері қандай?

• ⇐ Назад
• -2
• -1
• 0
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8910
• 11
• 12
• 13
• Далее ⇒