Дәріс тақырыбы. Қоюландырылған газдар. Сүйық жанарлар. Оттық аппарату-раны есептеу негіздері.

Қоюландырылған газдар. Қоюландырылған газдар деп 20°С темпратурада және 0,1 МПа қысымда газтәрізді күйде болатын, ал салыстырмалы түрде шамалы қысымның көтерелуінде немесе температураның төмендеуінде сұйық күйге ауысатын көмірсутектерді және оларды қоспаларыг атайды. Қоюландырылған газдардың газ күйінде де тығыздығы ауа тығыздығынан жоғары болады, сондықтан олар жер немесе еден бетінде жиналады. Сұйық күйде қоюландырылған газдардың көлемдік кеңею коэффициенті судың көлемдік кеңею коэффициентінен едәуір жоғары болады. Қоюландырылған газдардың осы қасиеттері олармен жұмыс істеуде ерекше сақтықтыкты талап етеді. Металдарды газ жалынды өңдеуде қолданылатын газдарға техникалық пропан мен бутанның және метилацетилен мен пропадиеннің қоспалары жатады.

Пропан-бутан қоспалары табиғи газдарды (ілеспелі) алуда және мұнау мен мұнай өнімдерін өңдеуде адынады. Пропан-бутан қоспалары сұйық күйге аударылуы мүмкін. -40ºС атмосфералық қысымда пропан-бутан қоспасы сұйықтық түрінде болады. Пропан-бутанды қысым астынды жұмыс істейтін ыдыстарда сақтау керек. Ашық ыдыстарды сақтауға болмайды, өйткені 0ºС температураның өзінде газдар булана бастайды, ал ауа мен пропан–бутан қоспалардың қоспасының жарылғыштығы өте жоғары. Температура артқан сайын булардың серпімділігі артады. Сұйық пропанның 1 кг булануынан 0,535 м³ бу пайда болады, ал сол мөлшерлі бутанның булануынан - 0,406 м³ бу пайда болады. Пропан-бутан қоспасының, басқа жанар газдармен салыстырғанда, жану жылулығы ең жоғары болады. Металға уақыт бірлігінде жалынмен берілетін жылу мөлшері жалынның эффективті қуаты деп аталады. Пропан-бутан қопасы үшін ол ацетиленнен жоғары, бірақ осы қоспа үшін жалынның таралу жылдамдығы едәуір төмен және конус ұзындығы едәуір ұлғайтылған. Нәтижеде, пропан-бутан жалынының концентрациясы төмендеу болады Пропан-бутан тұтынушыға 1,6 МПа қысымда баллонадарда немесе құбыр жолдары арқылы беріледі. Қоюландырылған көмірсутекті қоспаларды келесі маркалы болып шығарады: негізінде пропаннан немесе пропан мен пропиленнен тұратын техникалық пропан; бутаннан немесе бутан мен бутадиеннен тұратын техникалық бутан; техникалық бутан мен пропанның қоспасы.

Метилацетилен-пропадиен МАПП (АҚШ–та кеңінен қолданылады) - жанар газдардың қоспасы; физикалық қасиеттері бойынша пропанға жақын. МАПП–тың ауамен қоспадағы жарылғаштық шектері 3,4 -10,8%, ал оттекпен қоспадағы 2,5-60%. Метилацетилен мен пропадиеннің қоспасы термодинамикалық тұрақсыз, сондықтан МАПП құрамына тұрақтандырғышты қосады. Метилацетиленнің ыдырауы жылудың жоғары мөлшерде бөлінкіне әкеліп соғады. МАПП–тің жалын температурасы (2900°С) ацетилен температурасына жақын. МАПП–ті оттекті кесуде және пісіруде және де басқа газ жалынды процестерде қолданылады.

МАФ жанар – метилацетиленді пропадиен фракциясы олифин, этилен және моновинилацетилен өндірістерінің қалдығы болады. Осы фракция құрамында 48-75% метилацетилен мен пропадиен және тұрақтандырғыштар болады: 3% пропилена, 15% пропана, 7% других углеводородов. МАФ үшін жарылғыштық шектері МАПП–қа сияқты болады. МАФ соқұқыға сезімтал емесе. МАФ баллондары жанып жатқан баллонмен жақын болсада жарылмайды. 215ºС температураға дейін және 2,0 МПа қысымға дейін қоспа инерттілігі жоғары. Мыспен түйіскен жағдайда жарылу қауіпі жоғары мыс ацетиленидтер пайда болады. МАФ–тің жалынының таралу жылдамдығы 470 см/с.

Қоюландырылған газдар үшін баллондаодың сиымдылығы 40 немесе 55 дм³; қабырға қалыңдығы 3 мм. Қоюландырылған газдар үшін шекті жұмыс (МПа) қысым әртүрлі: пропан үшін 1,6 көп емес, пропиленге 2,0, бутан мен бутилен үшін 0,38. Баллондарды қоюландырылған газдармен толтырылу коэффициенті: 42,5 пропан үшін, 44,5 - пропилен, 44,8 - бутан и 52,6 - бутилен. Толтырылу коэффициенті деп баллонның 1 м³ сиымдылығына келетін килограммен келетін газдың массасы аталады және де әр газға белгіленген шамадан аспау керек.

Қоюландырылған газдарды сиымдылығы 51—54 м³ темір жол цистерналарда және сиымдылығы 2—10 м³ автоцистерналарда тасымалдауға болады. Жоғары мөлшерде қоюландырылған газдар сфералық немесе горизонтальды цилиндрлі қоймаларда сақтайды.

Сұйық жанарлар. Бензин және керосин - мұнайды өңдеу арқылы алынған ұшқыш және от қауіпі жоғары сұйықтықтар. Газ жалынды өңдеуде оларды бу түрінде қолданылады. Тұтынушыға атмосфералық қысым астында цистерналарда немесе бочкаларда келіп түседі. Бензин мен керосин буларының негізге сипаттамасы ол алмасу коэффициенті (шамамен 1,0-1,3).Оттек ортада жанудың температурасы 2400-2500ºС, төменгі жылушығарғыштық қабілеті 10200-11000 ккал/кг, ауамен жарылу шектері бензин үшін 2,6-6,7 және керосин үшін 1,4-5,5. Бензин мен керосинның булары улы болады. Бензина мен керосинның булары оңай пісірелетін металдарды пісіруде, дәнекерлеуде және оттекті кесуде қолданылады.

Ацетиленнің орнын алатын жанар материалдар. Ацетилен алуда негізге шикізат – кальций карбидының өте қымбат және дефициттілігіне байланысты, көптеген газжалынды процестер үшін ацетиленның орнына басқа газдарды қолданылуға тиімді болды. Процестің жылдамдығының төмендеуіне, бастапқы қыздырудың ұзақтылығы ұзаруына және оттектің шығынының артуына қарамастан ацетиленнің орнына қолданылатын газдардың арқасында жұмыс қауіпсіздігі артады, материалдар елерліктей үнемделеді және газбен пісіруші мен кесушінің уақыты үнемделеді.

Оттық аппаратураның алдындағы жанар газдардың қысымы МЕСТ 8856–72 бойынша анықталады. МЕСТ бойынша қысымды бірінші, екінші және үшінші разрядтарға бөледі. Олар үшін ацетилен қысымының төменгі шектері 0,001; 0,01 және 0,03 МПа, ал қысымның жоғарғы шегі 0,1 МПа–дан аспау керек. Алмастырушы газдар үшін бірінші разряд болмайды, ал екінші және үшінші разрядтар үшін төменгі шектері 0,02 және 0,05 МПа, жоғарғы шектері 0,3 және 0,6 МПа.

Ацетиленді алмастырушы газдардың негізгі есептік сипаттамалары. Жанар газдардың оталу температурасы әртүрлі болғандықтан әр газдың жалын конусының қалыпы мен өлшемдері де әртүрлі болады. Жану және ағу жылдамдықтарының қатынасы бірдей болған жағдайда да ацетилен–оттекті жалын конусының ұзындығы ацетилен–алмасытрушы конусының ұзындығынан аз болады. Жалын конусының ұзындығы артқан сайын металдың қыздырылу аймағы мен жалыннан шығындар артады. Осыған байланысты, металға қажетті жылу беру үшін алмастырушы газдардың шығыны артады.

Жанар қоспаларды құрайтын газдардың (жанар газ және оттек) оттық аппаратураның каналдарының негізгі өлшемдерін есептегенде келесілерді білу қажет: оттек (υ_к, м³/ч) пен жанар газдың (υ_г, м³/ч) шығынын; қоспадағы оттек пен жанардың көлемдік (сұйық жанарлар үшін салмақтық) қатынасын (β_Г) және жалын таралуының салыстырмалы жылдамдығын (s_о). Газ жалынының жылулық қасиеттеріне (температура мен эффективтік құаты) қоспадағы оттек пен жанар газдың қатынасы әсер етеді. Жанар қоспаның толығымен жануында қоюландырылған жанар газдар үшін ең тиімді қатынасы:

Β_г = = 0,009[0,5Н₂+2СН₄+3,5(С₃Н₈+С₄Н₁₀)+(m+ )C_mH_n+0,5CO+1,5H₂S]-0,01O₂,

мұнда H_2, CH₄, C₃H₈, C₄H₁₀, C_mH_n, CO, H₂S, и О₂ – жанар газды құрайтын элементтердің проценттік мөлшері (көлем бойынша).

Құрамындағы ауыр көмірсутектерді C_nH_2n этилен C₂H₄ деп есептейді. Оттек пен кейбір жанар газдардың тиімді қатынастары кесте 26–да келтірілген. Тотықтандыр,ыш пен жанардың қатынасын жалынның сыртқы көрінісі бойынша анықтайды, сонда β_г –нің жұмыс мағынасы әдетте тиімдіден төмен болады.

Ацетиленді алмастыру коэффициенті. Нақты газжалынды процестің тенологиялық мәліметтері бойынша ацетиленнің қажетті шығыны υ_а анықталады. Ацетиленді басқа газбен алмастырғанда процесстің тиімді өнімділігін алу үшін жанардың шыгынын υ_г есептеу қажет. Осыған байланысты металдардың газжалынды өңдеу түрлерін екі топқа бөледі. Дәнекерлеу, оттектік бөліп кесу, түзету үшін қыздыру процестер бірінші топқа жатады. Осылар үшін жанар газдың мқлшерін жалынның эффективтік құаты бойынша таңдайды.

Осы процестер тобы үшін ацетилен–алмастырушы газдың ацетиленнің мөлшеріне қатынасын бірінші текті алмастыру коэффициенті деп атайды.

φ₁ = , (24)

Кесте 26 - Металдарды газжалынды өңдеуде жанар газдардың қолданылу саласы *

Металды газжалынды өңдеудің түрлері	Алмастырушы–жанарлар
Ацетилен	сутек	Табиғи және қалалық газдар	Кокс газы	Мұнай және пиролиз газы	Сланец газы	Пропанбутан қоспасы	МАПП (МАФ)	Бензин	Керосин
Біріктіру: Газбен пісіру Газпресстік пісіру Балқытып қаптау Балқытып пісіру Дәнекерлеу	+ + + + +	+ + -+ +	+ + + + +	+ - - + +	+ - - - +	+ - - - +	+ + + + +	+ + + + +	+ + - - +	+ + - - +
Қыздыру: Беттік жалынды шынықтыру кезінде Оттық түзету кезінде Беттік жалынды тазалау кезінде Жергілікті газжалынды қыздыру кезінде	+ + + +	- - - +	+ + + +	+ + - +	+ + - +	- + - +	+ + + +	+ + + +	+ + - +	+ + - +
Тозңдату: Газжалынды Плазмалық	+ -	- +	- -	- -	- -	- -	- -	+ -	- -	- -
Кесу: Сұйық жанармен оттекті–ацетиленді Оттекті-флюсті Граттық Жылдамдық Жылдамдық аса сапалы оттекті Жоғары қалыңдықты жоғары кысымды оттекпен Алдын ала қыздырумен Жаппай оттық тазалау Су астында оттекпен Газдылазермен Плазмалық-доғалы	+ + + + + + + + - - -	-   + - - +   +   - + + + +	- + - + +   +   + + - - -	-   + - - -   -   + - - - -	-   + - - -   -   + - - - -	-   + - - -   -   + - - - -	-   + + + +   +   + + - - -	-   + + - +   +   + + - - -	+   + - - -   -   + - - - -	+   + - - -   -   + - - - -
* (+) белгімен мүмкінді болатын газжалынды өңдеудің түрлері көрсетілген.

Екінші торқа беттік оттекті тазалау, шынықтыру, пісіру жатады. Осылар үшін жанар газдың мөлшерін металды алмастырушы газдың жалынымен белгілі температураға дейін қыздыру мен ацетилен–оттекті жалынымен қыздыру уақыттарының теңестіру есебінен анықталады. Бұл жағдайда φ_г екінші текті алмастыру коэффициенті белгілінеді. Бірінші және екінші текті алмасастыру коэффициенттері, жанар газдардың Q_н жануының төменгі жылулығына байланысты, сурет 6 келтірілген графиктері бойынша анықталады. Графиктер газдардың оттекпен қоспасының жану температурасы 1800-2900ºС және ацетилен–оттекті қоспасыны алмастыру қатынасы β_г = 1,15 болған жағдайға салынған.

 

а - жану жылулығы 10 000 ккал/м³–ға дейін; б - жану жылулығы 10 000 ккал/м³–дан жоғары

Сурет 6 - Алмастыруышы газдың Qu жануының төменгі жылулығына ацетиленнің φ₁ және φ₂ алмастыру коэффициенттерінің тәуелділігі

 

20ºС температурада және 0,1 МПа қысымда бірнеше жанар газдардан туратын жанар газдың төменгі жылу шығарғыштық қабілеті (ккал/м³),

 

Q_н = 24 Н₂ + 80СН₄ + 208С₃Н₈ + 278С₄Н₁₀ + 160C_mH_n + 28CO + 53H₂S,

 

мұнда H₂, CH₄, C₃H₈, C₄H₁₀, С_mН_n, СО, H₂S - жанар газдарды құраушылары, процентпен (көлемдік).

 

Бірлік деп алынатын қалыпты құрамды ацетилен–оттекті қоспасының жалынының таралу жылдамдығына бірнеше жанар газдардан туратын жанар газдың қоспасының жалынының салыстырмалы таралу жылдамдығы S_о

 

S_o = - 0,07(CO₂+N₂),

 

мұнда H₂, СН₄, С_зН₈, С_mН_n, СО, СО₂, N₂ - балластта жанар газдың элементарлық құраушыларыңың мөлшері, процентпен (көлемдік).

Оттық аппаратураны есептеу негіздері. Оттық аппаратураның мүштүктері бірсоплолық, көпсоплолық және саңлаулы болып бөлінеді. Көп соплолық мүштүктер бір қатарлы, тізбектік, бір қатарлы сақиналы, көп қатарлы сақиналы және көп қатарлы тізбектік болып бөлінеді. Саңлаулы мүштүктер тізбектік және сақиналы болып бөлінеді. Қалыпты жану кезінде оттық аппаратурадан газ ағуының мүмкінді жылдамдығы u, м/с келесі шектермен белгіленеді: жалын мүштүктен үзілмей жануы жоғарғы деп аталады; төменгі деп аталатын кезінде жалын мүштүк соплосына тартылмайды немесе кері соққы не қағу болмайды.

Мүмкінді ағу жылдамдықтарының жағдайларын ескере отырып, цилиндрлі соплоның ішкі диаметрі

d_c= , (25)

 

мұнда n- технолгиялық және конструкторлық жағдайларды ескере анықтауда мүштүктердің саны.

Саңлаулы мүштүктерді жобалағанда саңлаудың ішкі диаметрі белгіленеді, ал саңлаудың сыртқы диаметрі келесі:

D = . (26)

 

Кейбір жағдайларда керісінше сыртқы диаметр арқылы саңлаудың ішкі диаметрін анықтауға болады.

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. [Т2,71-82] 3 нег. [98-115]

Бақылау сұрақтары:

1. Оттық аппаратураның мүштіктері қалай бөлінеді?

2. Көп соплолық мүштіктер қалай бөлінеді?

3. Қоюландырылған газдарға қандай газдар жатады?

4. МАПП дегеніміз не?

5. МАФ дегеніміз не?