Instalații de gaze

CAPITOLUL 1. ARGUMENTUL PROIECTULUI

Gazele combustibile sunt utilizate în instalaţiile de ardere pentru obţine¬rea energiei termice.

După modul de obţinere sau provenienţa lor, gazele combustibile se împart în două categorii şi anume:

- gaze naturale, constituite din amestecuri de hidrocarburi saturate, având în diverse proporţii impurităţi ca hidrogen sulfurat, mercaptan, azot etc. aceste gaze se captează din zăcăminte subterane cu ajutorul sondelor;

- gaze artificiale (sau fabricate), care se produc prin prelucrarea combustibililor solizi (inferiori) în generatoare de gaze numite gazogene.

Producerea şi utilizarea în industrie a gazelor combustibile artificiale este neeconomică, datorită costului ridicat al investiţiei şi exploatării instalaţiilor respective.

Gazele combustibile naturale pot fi:

- gaze libere care conţin un procent însemnat de metan şi se extrag din zăcăminte subterane;

- gaze dizolvate sau asociate, obţinute odată cu ţiţeiul din sondele petroliere.

În ţara noastră se captează şi se distribuie gaze naturale libere, care, datorită procentului ridicat de metan (circa 98—99%), sunt denumite curent „gaz metan". Acest combustibil are avantajul că este uşor de extras şi de transportat, are o putere calorică ridicată şi poate fi utilizat atât în instalaţiile de dimensiuni reduse ale consumatorilor casnici, cât şi în marile centrale termice ale ansamblurilor urbane sau în industrie.

În afară de utilizarea lor drept combustibil, gazele naturale sunt folosite în industrie ca materie primă pentru obţinerea negrului de fum, a cauciucu¬lui etc. Având o valoare economică ridicată, gazele naturale sunt exploatate şi utilizate raţional, urmărindu-se reducerea ponderii consumului de gaze naturale drept combustibil în balanţa energetică a ţării şi valorificarea lor superioară în industrie. Proprietăţile fizice principale ale gazelor combustibile naturale, de care trebuie să se ţină seama la proiectarea, execuţia, exploatarea şi întreţinerea acestor instalaţii, sunt următoarele: densitatea, presiunea, temperatura, viscozitatea şi puterea calorică.

Densitatea (masa volumică) ρ reprezintă masa unităţii de volum de gaz omogen, în condiţii determinate de temperatură şi presiune şi se exprimă prin relaţia:

ρ = m / V [kg/m3] (3.1)[2]pag.228

Pentru domeniile uzuale de presiuni şi temperaturi de utilizare, gazele naturale combustibile se supun legilor gazelor perfecte. în aceste condiţii şi ţinând seama că densităţile gazelor sunt date în tabele la starea normală, definită prin temperatura normală fizică TN = 273,15 K (sau 0°C) şi presiunea normală fizică pN = 101325 N/m2, determinarea densităţii ρ a gazului la o stare oarecare (p, T), cunoscând densitatea ρN la starea nor¬mală se face cu ajutorul relaţiei:

ρ = ρN  (3.2)[2]pag.228

În practica de dimensionare a conductelor de gaze naturale se folo¬seşte mărimea numită densitate relativă δ a gazului în raport cu aerul, definită ca raportul între densitatea ρ a unui anumit volum de gaz şi densitatea aceluiaşi volum de aer, ρa, în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune:

δ = ρ / ρa (3.3)[2]pag.228

Gazul şi aerul sunt considerate gaze ideale. Densitatea relativă a unui gaz este o mărime adimensională.

Presiunea gazului natural variază în limite largi şi se măsoară în N/m2. În practica de proiectare şi execuţie a instalaţiilor de gaze se mai folosesc şi alte unităţi (tolerate) pentru presiune, cum sunt : mm col. H2O, mm col. Hg, daN/m2, bar, MN/m2, daN/cm2, atm. etc.

În anumite situaţii apare necesitatea de a măsura diferenţa între presiu¬nea gazului dintr-o conductă şi presiunea aerului înconjurător, la acelaşi nivel; această diferenţă de presiune se numeşte presiune efectivă. Presiunile măsurate cu manometrul sunt presiuni efective.

Temperatura gazelor naturale combustibile variază între anumite limite, în funcţie de presiunea şi densitatea lor şi se exprimă în K (sau °C).

Vâscozitatea gazului intervine când abaterile gazului real de la modelul de calcul al gazului ideal sunt importante. în calcule se utilizează coeficientul cinematic de vâscozitate υ [m2/s] definit ca raportul între coeficientul dinamic de vâscozitate μ şi densitatea ρ a gazului:

υ = μ / ρ (3.4)[2]pag.229

Vâscozitatea gazului variază cu temperatura şi presiunea.

Puterea calorică reprezintă efectul termic, exprimat în J (sau în kcal) al arderii complete a unei cantităţi de gaz egală cu unitatea. După faza în care se poate afla apa din gazele de ardere se disting două puteri calorice şi anume :

- puterea calorică superioară Pcs, pentru determinarea căreia gazele de

ardere se consideră la temperatura de referinţă (273 K sau 288 K), apa

formată în reacţia de ardere fiind adusă la starea lichidă, căldura latentă de

vaporizare (condensare) a apei incluzându-se în efectul termic al reacţiei de

ardere;

- puterea calorică inferioară Pci, pentru determinarea căreia, gazele

de ardere fiind considerate la temperatura de referinţă (273 K sau 288 K)

apa formată în reacţia de ardere este considerată în stare de vapori (la

temperatura de referinţă), căldura latentă de vaporizare a apei scăzându-se din efectul termic al reacţiei de ardere. în practica instalaţiilor de gaze, se foloseşte aproape exclusiv puterea calorică inferioară. De exemplu, gazul metan are: Pci = 34,01 MJ/m3 (~ 8125 kcal/m3) la T = 288 K.

Datorită necesităţilor de transport şi de consum presiunea gazelor în diverse părţi ale reţelelor are valori diferite. Normativul pentru proiectarea şi executarea reţelelor şi instalaţiilor de gaze naturale, în vigoare, stabileşte o serie de trepte de presiuni, care servesc la clasificarea şi delimitarea folosirii instalaţiilor.

Prin treaptă de presiune se înţelege intervalul dintre limita maximă şi minimă a presiunilor admise în reţelele şi instalaţiile de gaze.

Treptele de presiuni utilizate sînt următoarele :

- presiune înaltă: peste 0,6 MN/m2 (6 kgf/cm2);

- presiune medie: între 0,2 şi 0,6 MN/m2 (2—6 kgf/cm2);

- presiune redusă: între 0,02şi 0,2 MN/m2 (0,2—2 kgf/cm2);

- presiune intermediară: între 0,005 şi 0,02 MN/m2 (0,05—0,2 kgf/cm2);

- presiune joasă: sub 0,005 MN/ma (6,05 kgf/cm2 sau 500 mm col. H2O).