Физико-химические свойства биогазов

Тип газа	Объёмная доля компонентов, %		Кинематическая вязкость ν, м/с2	Плотность ρ, кг/м3
	СН4	СО2
Биогаз 1	55	45	10,58×10-6	1,28
Биогаз 2	60	40	11,67×10-6	1,22
Биогаз 3	65	35	12,05×10-6	1,16

 

Вычисления по формулам (6.43)-(6.45) весьма громоздки. Поэтому для каждого биогаза эти формулы с учётом значений кинематической вязкости, плотности и эквивалентной абсолютной шероховатости внутренней поверхности стенок стальных труб (0,01 см) приобретают вид:

– для ламинарного режима движения газа

                                    (7.46)

– для критического режима движения газа

                                          (7.47)

– для турбулентного режима движения газа

                            (7.48)

Значения коэффициентов K ₁, K ₂, K ₃ и K ₄ приведены в табл. 7.7.

 

Таблица 7.7

Расчётные коэффициенты K ₁, K ₂, K ₃ и K ₄ для биогазов

Тип газа	K 1	K 2	K 3	K 4
Биогаз 1	15,33	29,97	88,22	0,020
Биогаз 2	16,12	27,65	84,17	0,022
Биогаз 3	15,82	26,01	80,04	0,023

 

Границы областей различных гидравлических режимов зависят от числа Рейнольдса Re.

Для выбранных биогазов можно вычислить пограничные значения расходов по приведенным ниже формулам:

– биогаз 1

       (7.49)

.       (7.50)

– биогаз 2:

       (7.51)

        (7.52)

– биогаз 3:

         (7.53)

        (7.54)

С учётом формул (7.46)-(7.54) в логарифмической сетке построены номограммы для гидравлического расчёта биогазопроводов низкого давления (рис. 7.3-7.5). Их использование для определения удельных потерь давления в стальных трубах, наиболее часто применяемых в системах газоснабжения, позволяет быстро и достаточно точно выполнять гидравлические расчёты биогазопроводов.

Номограммы и охватывают диапазоны:

– по расходу биогаза 0,1-2000 м³/ч;

– по удельным потерям давления 0,1-50 Па/м.

 

Рис 7.1. Номограмма для расчёта биогазопроводов низкого давления (биогаз 1: СН₄ – 55 %, СО₂ – 45 %, ρ = 1,28, ν = 10,56∙10^-6)

 

Рис. 7.2. Номограмма для расчёта биогазопроводов низкого давления (биогаз 2: СН₄ – 60 %, СО₂ – 40 %,ρ = 1,22, ν = 11,67∙10^-6)

 

Рис.7.3. Номограмма для расчёта биогазопроводов низкого давления (биогаз 3: СН₄ – 65 %, СО₂ – 35 %, ρ = 1,16, ν = 12,05∙10^-6)

 

Приведём пример расчёта по приведённым выше формулам.Требуется выполнить гидравлический расчёт системы снабжения биогазом объектов фермерского хозяйства. Газ из двух метантенков в количестве 3,01 м³/ч через влагоотделитель направляется для отопления телятников. В летнее время года на нужды телятника требуется 1,757 м³/ч биогаза, в зимнее время – 7,04 м³/ч, т.е. в летнее время года имеется существенный избыток биогаза, который накапливается в газгольдере, откуда отбирается в холодный период. В результате расчёта тепловых нагрузок установлено, что после покрытия собственных нужд биогазовой установки и всех технологических и отопительных тепловых нагрузок помещений хозяйства остается избыток биогаза в количестве 0,504 м³/ч, который может быть реализован другим потребителям. Давление биогаза на выходе их биореакторов 1,6 кПа. Средний состав биогаза по объёму: метан – 60 %, углекислый газ – 40 %.

Для удобства расчёта составим расчетную схему газопроводов на рис. 7.6, на которой условными обозначениями покажем метантенки, влагоотделитель, регулятор давления, газгольдер.

 

Рис. 7.6. Расчётная схема биогазовой сети фермерского хозяйства

 

Разобьём сеть газопроводов на расчетные участки: участок 1-2 от биореакторов до точки отбора товарного биогаза; участок 2-3 до байпасной линии газгольдера, обеспечивающий непосредственный отбор газа в теплый период года; участок 3-4 – байпас газгольдера; участок 3-5-4 – основной газопровод через газгольдер; участок 4-6 газопровод в помещение телятника; участок 2-7 – ответвление для отбора товарного биогаза. На расчётной схеме укажем расходы газа на участках сети, а также определенные в результате расчета диаметры участков и давление в узловых точках.

Для определения удельных потерь давления используем номограмму на рис. 7.1. Потери давления в местных сопротивлениях учтём путём увеличения расчетной длины на 10 % по сравнению с действительной. На конечном участке газопровода к помещениям телятников принимаем расчётный расход биогаза для холодного периода года. Результаты расчётов сведём табл. 7.8.

 

Таблица 7.8