Газоснабжение

Для транспортування природного газу використовують одно-, двох- та трьохступеневі системи газопостачання. Одноступеневі  передбачають постачання усіх споживачів газом однакового тиску (рис. 21). При  цьому газопровід підприємства може підключатися або безпосередньо  до міського газопроводу низького тиску, або через центральний ГРП  до мережі низького або середнього тиску.

Двох ступеневі схеми дозволяють здійснювати постачання споживачів газом низького та середнього тиску (рис. 22). Підключення газопроводу  підприємства до міської мережі середнього тиску здійснюється через газо регуляторні  установки споживача з середнім або низьким тиском. Трьохступенева система являє собою підведення також газу високого тиску, якщо цього  вимагає технологічний процес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У одноступінчастій системі  газопостачання газ з міської  мережі низького тиску через головний відключаючий  пристрій – засувку  з компенсатором та відключаючий пристрій на вводі у цех надходить  до пункту виміру витрати газу. Окрім  того, облік витрати газу здійснюється кожним цеховим споживачем. Перед  кожним споживачем встановлені свої відключні пристрої. Для продування цехового газопроводу передбачена  газова свіча з відключним та пробовідбірним кранами. Якщо відключні пристрої (засувки) встановлені на висоті більш, ніж  2 м, то монтуються площадки для їх обслуговування.

За двох ступінчастою схемою газ з міського газопроводу середнього тиску надходить на центральний  ГРП. Споживачі цеху №1 працюють на середньому тиску, а цеху №2 – на низькому тиску через цеховий  ГРП. Загальна витрата газу вимірюється  на центральному ГРП, а витрата газу у цех №2 – на цеховому ГРП.

Найбільш жорсткі вимоги висуваються до газопроводів споживачів, тобто технологічних або енергетичних агрегатів (рис. 23). Головною з них  є неприпустимість витоків газу у агрегат під час продувки газових ліній та при відключенні  споживача.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При продувці відгалуження до пальників відкривають головний відключний пристрій, кран на продувному газопроводі і кран на газопроводі  безпеки. Момент закінчення продувки визначають аналізом проби газу, що відібрана  через кран на лінії запальника. Проникненню газу у агрегат перешкоджають  два послідовно розташовані відключні  пристрої. Якщо перший з них є  негерметичним, то газ через відкритий  кран на трубопроводі безпеки буде проходити у атмосферу. Запальник  для розпалу пальників вноситься  у агрегат  до відкривання контрольного та робочого відключних пристроїв.

 

 

 

Тема 9. Очищення промислових газів від пилу.

 

Види аерозолів. Процеси і апарати  сухого очищення. Принцип роботи та конструкції гравітаційних, інерційних, відцентрових апаратів. Мокре уловлювання  пилу. Принцип роботи та конструкції  порожнистого та насадкового скруберів, барботажних, пінних, ударно-інерційних апаратів, турбулентних газопромивачів. Фільтрація; види фільтрів. Принцип  роботи електрофільтра. Порівняльна  характеристика і галузі застосування апаратів.

 

Очищення промислових газів  від твердих та рідких частинок, газоподібних домішок виконується  для зменшення забруднення оточуючого повітря, уловлювання з газу цінних продуктів, видалення шкідливих  домішок.

Промислові  гази, що утримують завислі частинки, являють собою двофазні системи  – аерозолі. Аерозолі, що утримують  тверді частинки розміром більш, ніж 10 мкм, називають грубим пилом; з розміром 1 ¸ 10 мкм – дрібним пилом; менш, ніж 1 мкм – димом. Аерозолі з рідкими частинками розміром до 1 мкм називають туманом.

У залежності від розміру частинки розподіляються по фракціях. Фракція – це масова частка частинок, розміри яких знаходяться  у визначених межах. Дисперсійний склад  пилу ще називають гранулометричним складом.

У якості експериментальних  методів дисперсійного аналізу  пилу використовують ситовий, мікроскопування, седиментометрії. При ситовому методі наважку пилу просівають крізь сита з вічками, що поступово зменшуються, і визначають масу твердих частинок, які залишилися на них. У методі мікроскопування  візуально визначають число, форму  та розміри різних частинок і розраховують їх розподіл по фракціях. У методі седиментометрії  використовують властивості різної швидкості осідання частинок різних розмірів.

Розглянемо  процеси і апарати сухого очищення промислових газів від пилу. Сила опору середовища тілу, що рухається  у ньому, описується формулою Ньютона:

Р = x

,

де F – площа проекції тілу на площину, що є перпендикулярною напрямку руху;

r - густина середовища (газу);

w - швидкість його руху;

x коефіцієнт опору середовища.

Для ламінарного (Re £ 2) , перехідного (2 <  Re < 500) та турбулентного (Re ³ 500) режимів руху значення x визначають відповідно за виразами:

x = 24/Re; x = 18,5/Re^0,6;  x = 0,44.

Тоді для  ламінарного режиму руху сферичної  частинки діаметром d отримуємо рівняння Стокса:

,

де m коефіцієнт динамічної в’язкості середовища.

При відсутності  опору середовища рух частинки під  дією сили тяжіння описується рівнянням:

w = gt,

де g – прискорення вільного падіння;

• - час осадження частинки.

Однак зі зростанням швидкості зростає  опір середовища у підсумку частинка буде рухатися зі сталою швидкістю w_В, яку називають швидкістю вітання або седиментації. Її значення можна визначити з рівності сили опору середовища та сили тяжіння з урахуванням дії сили Архімеда:

;   .

Якщо знехтувати густиною середовища у порівнянні з густиною частинок, то отримуємо спрощену формулу визначення швидкості седиментації:

.

Швидкість вітання (седиментації) можна  розглядати як швидкість спрямованого уверх потоку газу, при якому дана частинка буде утримуватися у зайнятому  нею положенні.

Найбільш простим методом видалення  з потоку газу твердих частинок є  їх осадження під дією сили тяжіння, що здійснюється у гравітаційних  апаратах (рис. 24).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У камері для  осаджування пилу довжиною L, шириною В і висотою Н найбільший шлях для осадження повинна пройти частинка, що знаходиться зверху камери. Частинки рухаються уздовж камери зі швидкістю w і водночас униз зі швидкістю w_В. Для осадження частинка повинна досягнути днища раніш, ніж газовий потік винесе її з камери. Тобто, повинна дотримуватися нерівність:

Н/w_В £ L/ w.

Оскільки  , де V – об’ємна витрата газу, то отримуємо:

.

Тоді мінімальний розмір частинок, які будуть повністю осаджені у камері, становить:

.

З цієї формули видно, що для більш  повного осадження необхідно  збільшувати площу днища камери осадження. Ця формула є справедливою для ламінарного руху газу, звичайно при w < 3 м/с.

Перевагою камер  осаджування пилу є простота конструкції, малий аеродинамічний опір, надійність у експлуатації, можливість уловлювання  абразивних частинок. Вони добре уловлюють  частинки розміром 30 ¸ 40 мкм та більші. Недоліком їх є великі габарити. На рис. 25 наведені схеми різновидів камер осаджування пилу.

 

 

 

 

 

 

 

Принцип роботи інерційних уловлювачів  пилу заснований на виділенні частинок пилу з газового потоку під дією сил інерції при різкій зміні  напряму руху або швидкості газового потоку. В уловлювачі пилу типу “пиловий мішок” (рис. 26) запилений газ уводиться  через спрямовану униз центральну трубу. Осадження пилу відбувається при  різкому повороті газового потоку на виході газу з центральної труби  у корпус уловлювача, а потім при  під’ємі газу з малою швидкістю (0,5 ¸ 1 м/с) до вихідного штуцера. Цей уловлювач пилу осаджує у основному крупні частинки, розмір яких більше 100 мкм.

До інерційних уловлювачів пилу відноситься також відбивний, схема  якого наведена на рис. 27. Цей уловлювач  утримує вертикальні відбивачі, що встановлені у шаховому порядку. Запилений потік газу рухається  горизонтально крізь ряди відбивачів і багатократно змінює напрям свого  руху. Частинки пилу осаджуються на увігнутій поверхні відбивача при  стиканні з нею. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найбільш  розповсюдженими з відцентрових апаратів є циклони. Циклон являє  собою уловлювач пилу, у якому  використовується відцентрова сила обертально – поступального руху газового потоку (рис. 28). Цією силою  частинки пилу відкидаються до стінки циклону і разом з деякою кількістю  газу відводяться до бункера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Патрубок  входу газу розташований по дотичної до окружності циліндричної частини  циклону, а відведення очищеного  газу здійснюється через трубу, що розташована  по осі його.

Величина  відцентрової сили, що діє на частинку масою М, становить:

Р_Ц = Мw²/R =

,

де w - тангенціальна швидкість частинки у циклоні, що дорівнює швидкості газу у вхідному патрубку;

R – радіус обертання частинки, тобто відстань від частинки до осі циклону. Під дією відцентрової сили частинка рухається у радіальному напрямі зі швидкістю w_Р і на неї діє сила опору середовища, що визначається рівнянням Стокса:

Р = 3pmw_Рd.

На вході в циклон значення Р = 0, оскільки радіальна швидкість w_Р = 0. Потім w_Р різко зростає, наступає рівновага сил, що діють на частинку (відцентрової та опору середовища), і рух частинки у радіальному напрямі стає рівномірним. Тоді, якщо прирівняти відцентрову силу та силу опору середовища, отримаємо:

Р_Ц = Р;

= 3pmw_Рd;  .

Середній радіус обертання частинки у циклоні:

R = (R₁ + R₂)/2,

де R₁; R₂ – радіуси вихідної труби та корпусу циклону.

Найбільш довгий шлях частинки у  радіальному напрямі складає (R₂ – R₁), тому час руху частинки у зазорі до досягнення стінки циклону складає:

.

Зі зменшенням t ступінь очищення газу у циклоні зростає. З наведеного виразу бачимо, що для підвищення ефективності очищення необхідно збільшення швидкості газового потоку на вході у циклон w, зменшення величини зазору (R₂ – R₁) та значення (R₁ + R₂). Найбільш ефективною є швидкість w = 20 ¸ 25 м/с; перевищення цієї величини призводить до зриву частинок пилу, що осіли на стінку корпусу циклону, та виносу їх з газовим потоком. Надмірне зменшення величини зазору (R₂ – R₁) призводить до зростання аеродинамічного опору циклону. За сталої величини (R₂ – R₁) та зростанні абсолютних значень R₁та R₂ зростає сума (R₁ + R₂), час t та погіршується якість очищення. Звідси випливає, що доцільно використовувати циклони малого діаметру (до 1000 мм). Для очищення великої кількості газу використовують групи циклонів малого діаметру або батарейні циклони.

Батарейний циклон (рис. 29) складається  з окремих елементів, що зібрані  у одному корпусі з загальним  підводом та відводом газу. Газ на очищення уводиться через вхідний патрубок у розподільчу камеру, де він розподіляється по окремих циклонних елементах  діаметром 40 ¸ 250 мм. На відмінність від звичайних циклонів, де обертальний рух потоку створюється за рахунок тангенціального підводу газу, тут він досягається за рахунок установки у кожному елементі спрямовуючих пристроїв у вигляді гвинтів або розеток. Очищений газ через вихідні труби надходить до збірної камери, звідки відводиться через вихідний патрубок. Пил, що уловлений циклонними елементами, накопичується у пиловому бункері. Необхідна кількість елементів батарейного циклону знаходять виходячи з оптимальної швидкості потоку у елементах 3,5 ¸ 4,75 м/с.

До відцентрових апаратів відносять  також вихрові та відцентрові  ротаційні уловлювачі пилу. Вихрові  апарати – це прямоточні апарати  відцентрової дії; У відцентрових ротаційних уловлювачах пилу пило газова суміш  приводиться у обертання робочим  колесом. З огляду на складність конструкції  та експлуатації ці апарати не отримали розповсюдження.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розглянемо принцип дії та конструкції  апаратів мокрого уловлювання пилу.

Цей метод заснований на контакті запиленого газового потоку з рідиною, що захоплює частинки та виносить їх із апарату у вигляді шламу. Водночас з очищенням від пилу може відбуватися  уловлювання пари та газів, охолодження  та зволоження газового потоку. Ефективність очищення такими апаратами значно вища, ніж у пристроях сухого очищення. Однак виникає необхідність очищення стічних вод, що утворюються. Найбільш розповсюдженими типами мокрих уловлювачів  пилу є насадкові скрубери та скрубери без насадки, барботажні  та пінні  апарати, мокрі циклони, швидкісні  промивачі газу. 

У насадкових та порожнистих апаратах газ, що надходить  на очищення, пропускають крізь потік  рідини, яка розбризкується, розпилюється або стікає по насадці (рис. 30). У порожнистому скрубері промивання газу здійснюють розбризкуванням рідини назустріч  потоку газу. Водночас з очищення відбувається охолодження та зволоження газу. У  насадковому скрубері осадження  пилу здійснюється на змоченій поверхні насадки зі шматків коксу, кераміки, кілець та інш. Недоліком цих апаратів є забивання насадки при обробці  запилених газів.

У барботажному апараті запилений газ у вигляді  бульбашок проходить крізь шар  рідини. Дякуючи великий поверхні стикання газу з рідиною інтенсивно проходить процес очищення від завислих частинок. Газ на очищення подають  у рідину через перфоровані трубки. Ефективність таких апаратів є доволі високою, однак з-за складності виготовлення та малої продуктивності вони мають  обмежено використання.