РЕФЕРАТ
По дисциплине «Физика»
Использование промышленных газов на металлургическом комбинате
ПЛАН
Железо имеет огромное значение с давних времен. Еще до нашей эры его получали в пластичном состоянии в горнах. Шлак отделяли, выдавливая его из губчатого железа ударами молота.
По мере развития техники производства железа постепенно повышалась температура, при которой велся процесс. Металл и шлак стали плавиться – стало возможным разделять их гораздо полнее. Но одновременно в металле повышалось содержание углерода и других примесей – металл становился хрупким и нековким. Так появился чугун. Позднее его научились перерабатывать: зародился двухступенчатый способ производства железа из руды.
На Челябинском Металлургическом комбинате современная схема получения стали состоит из доменного процесса, в ходе которого из руды получается чугун (в доменных печах, выложенных из огнеупорных кирпичей, высотой около 30 метров, при внутреннем диаметре 12 метров), и сталеплавильного передела (конвертора и электрической печи, где приводится к уменьшению в металле количества углерода и других примесей).
В металлургическом производстве комбината широко применяются горючие и инертные газы, используется пар. Современный высокий уровень их использования основан на теоретических исследованиях и открытиях в физике, химии и других науках.
Является побочным продуктом в доменных печах при выплавке чугуна. Представляет собой механическую смесь окиси углерода, азота, метана, водорода.
Физические свойства: теплотворная способность 800-900 ккал/м3. Удельный вес 1,33 кг/м3 то есть, немного тяжелее воздуха, удельный вес которого 1,29 кг/м3. Максимальная температура горения 1500 оС. Горит синеватым пламенем. Взрывоопасен. В смеси с воздухом, нижний предел взрываемости по объему 37% (остальное воздух), верхний предел взрываемости 64% газа (остальное воздух). Температура воспламенения 650 оС.
Очень ядовит из-за наличия в газе угарного газе (окиси или оксида углерода). Не имеет запаха, цвета, вкуса, из-за чего сильно опасен.
Доменный газ используется для обогрева воздухонагревателей доменного цеха, а также в ХПЦ-3, паросиловом цехе, на коксохимпроизводствах. В смеси с коксовым газом подается на печи прокатных цехов и термического производства. Остатки сжигаются на котлах ТЭЦ.
Является побочным продуктом при спекании (без доступа воздуха – сухие перегонки) каменного угля в коксовых печах.
Физические свойства: теплотворная способность 3600-3700 ккал/м3. Удельный вес 0,45-0,46 кг/м3 (в три раза легче воздуха). Максимальная температура горения 2060 оС. Горит красноватым пламенем. В смеси с воздухом взрывоопасен. Нижний предел взрываемости по объему 6% (остальное воздух), верхний предел взрываемости – 32% газ (остальное воздух). Температура воспламенения 550 оС. Для сжигания 1 м3 газа требуется примерно 5 м3 воздуха.
Без цвета, вкуса, имеет резкий запах нафталина, тухлых яиц за счет содержания сероводорода.
На организм человека действует отравляюще вследствие того, что в его составе содержатся: окись углерода, аммиак, цианистые соединения и сероводород.
Коксовый газ используется для обогрева коксовых батарей, двух пекококсовых батарей, печей смолоперегонного цеха. Наибольшее количество коксового газа в смеси с доменным подается на печи прокатного и термического производства. Избытки сжигаются на котлах ТЭЦ.
На ЧМК в качестве газообразного топлива применяется смесь газов:
- доменного и коксового;
- доменного и природного;
- доменного, коксового и природного.
Используя явление диффузии в газах, когда происходит выравнивание концентрации молекул вещества, обусловленное хаотическим движением молекул, широко применяют смешивание газов. Его производят с целью достижения определенной теплотворной способности газа, применяемого на различных газопотребляющих агрегатах.
Смешивание происходит на газоповысительных станциях газового цеха (см. схемы). При сжигании газа (Δ V отрицательно) положительную работу выполняют внешние силы. За счет работы внешних сил внутренняя энергия газа возрастает. При расширении газа (Δ V положительно) работа газа положительная, а его энергия уменьшается на величину произведенной работы.
Физические свойства смешенного газа: теплотворная способность 2400 ккал/м3, удельный вес 0,9 кг/м3, в полтора раза легче воздуха. Температура горения 1800 оС. Температура воспламенения 600 оС. Взрывоопасен в смеси с воздухом: нижний предел 20% газа (остальное воздух), верхний предел 65% газа (остальное воздух).
При сжигании смешенного газа на газопотребляющих агрегатах цехов используется конвекция – теплообмен, который происходит при перемешивании неравномерно нагретых слоев газа под действием силы тяжести.
Физические свойства: теплотворная способность 8050 ккал/м3, удельный вес 0,73 кг/м3 (почти в два раза легче воздуха). В смеси с воздухом взрывается в пределах от 5% до 15% газа в воздухе. Температура воспламенения 550 оС, температура горения 2020 оС.
На комбинат поступает с Уренгойского месторождения через газорегуляторные станции (ГРС) по подземным магистральным газопроводам внешнего общего газоснабжения «Трансгаз». В южной части комбината расположен газомерный узел общего назначения, от которого природный газ поступает в общезаводскую магистральную закольцованную систему газопроводов, а затем через автономные ГРП к потребителям газа.
На ЧМК для транспортировки используемых в работе горючих газов проложен система газопроводов. Надземные газопроводы промышленных газов изготовлены из стали, обладающей технологической свертываемостью, с отношением предела текучести к пределу прочности не более 0,75.
Опорные конструкции газопроводов подразделяются:
- неподвижные (жесткие), не допускающие никаких перемещений;
- подвижные, допускающие перемещение газопроводов в направлении их продольной оси;
- маятниковые, допускающие перемещение газопроводов в двух и более горизонтальных направлениях.
Для снятия возникающих температурных деформаций газопроводов, учитывая расширение тел при нагревании и сжатие при охлаждении, то есть линейное расширение (линейное сжатие), установлены компенсаторы. Они могут быть линзовые, дисковые, сальниковые и П-образные. Каждая волна линзовых и дисковых компенсаторов, устанавливаемых на горизонтальных участках газопроводов, оснащена двумя штуцерами, предназначенными для заливки антраценового масла.
Для непрерывного удаления влаги (конденсата) из газопроводов через определенные расстояния установлены конденсатоотводчики. Минимальная высота баков в них на 500 мм больше расчетного давления газа, но не менее 2000 мм. В этих баках постепенно накапливается вода. Именно она создает своеобразный «водяной затвор», не выпускающий газ наружу.
Для вытеснения остатков газа из газопроводов при остановках и вытеснения воздуха при пусках в работу установлены продувочные свечи-трубы высотой около пяти метров.
Кроме того на газопроводах установлены задвижки, заглушки, вентили, краны, регулировочные дроссельные органы, быстродействующие отсечные клапаны, газосбросные устройства, измерительные диафрагмы и многие другие механизмы, жизнь которым, в содружестве с другими науками, дал предмет «Физика».
Так, линейное расширение (сжатие) металлов широко используется в контрольно-измерительных приборах и различных автоматических устройствах по измерению давления, температуры газа. В них используется биметаллическая пластинка. Она состоит из двух разнородных металлических полос, склепанных друг с другом. При нагревании одна полоса изменяется больше другой и вся пластинка изгибается – в результате замыкаются и размыкаются электрические цепи.
Используются приборы, состоящие из двух разнородных металлов со спаянными концами. Здесь создается электрическая энергия за счет внутренней энергии другого тела, поддерживающего разность температур спаев. Этот прибор – термопара. На ней часто делают один спай, спаивая отрезки проволоки (или пластинки) из двух разнородных металлов, а к свободным концам присоединяют внешнюю цепь и измерительные приборы. Роль второго (холостого) спая выполняют контакты с проводами внешней цепи.
Для измерения калорийности газа применяют приборы-калориметры, работа которых основана на вычислении количества теплоты при теплообмене.
Наружные газопроводы заземляются через 250 м. Причем сопротивление заземлителя растеканию тока не более 10 Ом. В местах фланцевых соединений установлены токопроводящие перемычки.
Поскольку на превращение воды в пар затрачивается много энергии, водяной пар при охлаждении и конденсации может выполнять большую работу и выделять много тепла. Энергию водяного пара широко используют на комбината для работы паровых турбин, установленных на ТЭЦ предприятия. Полученный в котлах водяной пар с помощью специальных устройств нагревают до высоких температур, а затем полученный нагретый пар направляют в паровые турбины. Давление пара достигает 300 атм., при этом КПД турбин превышает 45%. Отработанный пар по специальным паропроводам подается в доменные печи, конвертов, кислородно-компрессорное производство. Пар широко используется в газовом хозяйстве: для удаления нафталиновых отложений, ледяных пробок (пережимов), обогрева дренажных линий, конденсатоотводчиков и подогрева баков, обогрева регулировочных дросселей и импульсных линий приборов, а при необходимости, для тушения горящего газа.