АСФАЛЬТИРОВАНИЕ, устройство асфальтобетонных покрытий на автомобильных дорогах, улицах, аэродромах и т. п. путём укладки и уплотнения асфальтобетонной смеси по предварительно подготовленному основанию. В зависимости от назначения покрытия асфальтобетонную смесь (асфальтобетон) укладывают в один или два слоя на основание из щебня, гравия (нежёсткое основание) или бетона (жёсткое основание). Нижний слой толщиной 4-5 см устраивают из крупно- или среднезерни-стой смеси с остаточной пористостью 5-10% ; верхний слой толщиной 3-4 см-из средне- или мелкозернистой смеси (остаточная пористость 3-5%). При тяжёлых нагрузках и интенсивном движении транспорта покрытия устраивают 3-4-слойными общей толщиной 12-15 см. АСФАЛЬТИРОВАНИЕ начинается с очистки основания от пыли и грязи механич. дорожными щётками и поливомоечными машинами, исправления неровностей основания, обработки его поверхности жидким битумом или битумной эмульсией. Асфальтобетонная смесь приготовляется в асфальтобетоно-смесителях на стационарных или полустационарных заводах (установках), доставляется на место автомобилями-самосвалами и загружается в приёмный бункер асфалътобетоноукладчика, к-рый укладывает, разравнивает и предварительно уплотняет смесь. Окончат. уплотнение осуществляется катками дорожными. .
КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, отрасль строительства, занятая сооружением объектов, связанных с обслуживанием жителей городов, посёлков городского типа, районных сельских центров и населённых пунктов сельской местности. В числе этих объектов: системы водоснабжения и канализации с очистными сооружениями и сетями; сооружения городского электрического транспорта с путевым, энергетическим хозяйством, депо и ремонтными предприятиями; сети газоснабжения и теплоснабжения с распределительными пунктами, районными и квартальными котельными; электрические сети и устройства напряжением ниже 35 кв; гостиницы; городские гидротехнические сооружения; объекты внешнего благоустройства населённых мест, озеленения, дороги, мосты, путепроводы, ливнестоки; предприятия санитарной очистки, мусороперерабатывающие и др. Планомерное развитие КОММУНАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА в СССР началось ещё в 1-й пятилетке и осуществлялось нарастающими темпами до начала Великой Отечеств, войны 1941-45. В годы 4-й пятилетки (1946-50) проводились работы по восстановлению объектов коммунального назначения, разрушенных во время нем.-фаш. оккупации. В последующие годы КОММУНАЛЬНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО велось высокими темпами в связи с бурным развитием промышленности, культуры, увеличением численности городов и посёлков городского типа .
ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО, теория и практика планировки и застройки городов (см. Город). ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО определяют социальный строй, уровень развития производственных сил, науки и культуры, природно-климатичие условия и национальные особенности страны. ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО охватывает сложный комплекс социально-экономических, строительно-технических, архитектурно-художественных, а также санитарно-гигиенических проблем. Общим для ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО досоциалистических формаций является большее или меньшее влияние на него частной собственности на землю и недвижимое имущество..
ЗЕЛЁНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО, составная часть современного градостроительства. Городские парки, сады, скверы, бульвары, загородные парки (лесопарки, лугопарки, гидропарки, исторические, этнографические, мемориальные), национальные парки, народные парки, тесно связанные с планировочной структурой города, являются необходимым элементом общегородского ландшафта. Они способствуют образованию благоприятной в санитарно-гигиеническом отношении среды, частично определяют функциональную организацию городских территорий, служат местами массового отдыха трудящихся и содействуют художественной выразительности архитектурых ансамблей. При разработке проектов садов и парков учитывают динамику роста деревьев, состояние и расцветку их крон в зависимости от времени года.
| ссом путём установки хроматографич. анализаторов качества продуктов на потоках и электронных вычислительных машин.
Схема газофракционирующей установки: 1- пропановая колонна; 2- стабилизационная колонна; 3- изобутановая колонна; 4- конденсаторы-холодильники; 5- подогреватели низа колонны; 6- теплообменники; 7- холодильники.
Лит.: Переработка и использование газа, М., 1962; Черный И. Р., Подготовка сырья для нефтехимии, М., 1966.
А. Л. Халиф.
ГАЗЫ (франц. gaz; назв. предложено голл. учёным Я. Б. Гельмонтом), агрегатное состояние вещества, в к-ром его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им объём. Вещество в газообразном состоянии широко распространено в природе. Г. образуют атмосферу Земли, в значит, количествах содержатся в твёрдых земных породах, растворены в воде океанов, морей и рек. Солнце, звёзды, облака межзвёздного вещества состоят из Г.- нейтральных или ионизованных (плазмы). Встречающиеся в природных условиях Г. представляют собой, как правило, смеси химически индивидуальных Г.
Физические свойства газов
Свойства газа
Азот
N2
Аргон Аr
Водород Н2
Воздух
Кислород O2
Углекислый газ СО2
Масса 1 моля (г)
28,02
39,94
2,016
28,96
32,00
44,00
Плотность при 0°С и 1 am* (кг/м3)
1,2506
1,7839
0,0899
1 ,2928
1,4290
1,976
Теплоёмкость при постоянном объёме Сv и 0°С (кдж/моль*град)
20,85
12,48
20,35
20,81
20,89
30.62 (55°С)
Скорость звука при 0°С (м/сек)
333,6
319
1286
331,5
314,8
260,3
Вязкость л при 00С (n* 106 н*сек/м2)
16,6
21,2
8,4
17,1
19,2
13,8
Теплопроводность ламбда при 0°С (лямбда*102 дж/м*сек* град)
2,43
1,62
16,84
2,41
2,44
1,45
Диэлектрич. проницаемость эпсилон при 0°С и 1 am*
1,000588
1,000536
1,000272
1,000590
1,000531
1 ,000988
Удельная магнитная восприимчивость х при 20°С (капа*106 на 1 г)
-0,43
-0,49
-1,99
-
+ 107,8
-0,48
* 1 am = 9,81*104 н/м2.
Г. обладают рядом характерных свойств. Они полностью заполняют сосуд, в к-ром находятся, и принимают его форму. В отличие от твёрдых тел и жидкостей, объём Г. существенно зависит от давления и темп-ры. Коэфф. объёмного расширения Г. в обычных условиях (О-100°С) на два порядка выше, чем у жидкостей, и составляет в среднем 0,003663 град-1. В табл. приведены данные о физич. свойствах наиболее распространённых Г.
Любое вещество можно перевести в газообразное состояние надлежащим подбором давления и темп-ры. Поэтому возможную область существования газообразного состояния графически удобно изобразить в переменных: давление р - темп-pa Т (в р, Т-диаграмме, рис. 1). При темп-рах ниже критической Тк (см. Критическое состояние) эта область ограничена кривыми сублимации (возгонки) I и парообразования II. Это означает, что при любом давлении ниже критического рк существует темп-ра Т (см. рис. 1), определяемая кривой сублимации или парообразования, выше к-рой вещество становится газообразным. В состояниях на кривой I (ниже тройной точки Тр) газ находится в равновесии с твёрдым веществом (твёрдой фазой), а на кривой II (между тройной и критич. точкой K) - с жидкой фазой. Газ в этих состояниях обычно называют паром вещества.
Рис. 1. р, T-диаграмма состояния вещества. Область газообразного состояния заштрихована. Со стороны низких температур и давлений она ограничена кривыми сублимации (I) и парообразования (II). Тр - тройная точка, К - критическая точка. Штриховой линией показана критическая изохора вещества.
При темп-рах ниже Ткможно сконденсировать Г.- перевести его в др. агрегатное состояние (твёрдое или жидкое). При этом фазовое превращение Г. в жидкость или твёрдое тело происходит скачкообразно: весьма малое изменение давления приводит к конечному изменению ряда свойств вещества (напр., плотности, энтальпии, теплоёмкости и др.). Процессы конденсации Г., особенно сжижение газов, имеют важное техническое значение.
При Т>ТК граница газообразной области условна, поскольку при этих темп-рах фазовые превращения не происходят. В ряде случаев за условную границу между Г. и жидкостью при сверхкритич. темп-pax и давлениях принимают критич. изохору вещества (кривую постоянной плотности или удельного объёма, см, рис. 1), в непосредств. близости от к-рой свойства вещества изменяются, хотя и не скачком, но особенно быстро.
В связи с тем что область газового состояния очень обширна, свойства Г. при изменении темп-ры и давления могут меняться в широких пределах. Так, в нормальных условиях (при 0°С и атмосферном давлении) плотность Г. примерно в 1000 раз меньше плотности того же вещества в твёрдом или жидком состоянии. При комнатной темп-ре, но давлении, в 1017 раз меньшем атмосферного (предел, достигнутый совр. вакуумной техникой), плотность Г. составляет ок. 10-20г/см3. В космич. условиях плотность Г. может быть ещё на 10 порядков меньше (~10 -30г/см3).
С другой стороны, при высоких давлениях вещество, к-рое при сверхкритич. темп-pax можно считать Г., обладает огромной плотностью (напр., в центре нек-рых звёзд~109 г/см3). В зависимости от условий в широких пределах изменяются и др. свойства Г.- теплопроводность, вязкость и т. д.
Молекулярно-кинетическая теория Г. Молекулярно-кинетическая теория рассматривает Г. как совокупность слабо взаимодействующих частиц (молекул или атомов), находящихся в непрерывном хаотическом (тепловом) движении. На основе этих простых представлений кинетич. теории удаётся объяснить осн. физич. свойства Г., особенно полно - свойства разреженных Г.
У достаточно разреженных Г. средние расстояния между молекулами оказываются значительно больше радиуса действия межмолекулярных сил. Так, напр., при нормальных условиях в 1 см3 Г. находится ~ 1019 молекул и среднее расстояние между ними составляет ~ 10-6 см, или ~100А, тогда как межмолекулярное взаимодействие не существенно на расстояниях свыше 5-10А. Следовательно, в таких условиях молекулы взаимодействуют лишь при сближении на расстояние действия межмолекулярных сил. Такое сближение принято трактовать как столкновение молекул. Радиус действия межмолекулярных сил в рассмотренном примере в 10-20 раз меньше среднего расстояния между молекулами, так что общий объём, в к-ром эти силы могут сказываться (как бы "собственный объём" всех молекул), составляет 10~3 - 10~4 от полного объёма Г. Это позволяет считать собств. объём молекул Г. в нормальных условиях пренебрежимо малым и рассматривать молекулы как материальные точки. Газ, молекулы к-рого рассматриваются как не взаимодействующие друг с другом материальные точки, наз. идеальным. При тепловом равновесии
идеального Г. все направления движения его молекул равновероятны, а скорости распределены в соответствии с Максвелла распределением. На рис. 2 приведён график этого распределения для азота при темп-рах 20 и 500°С. Из графика видно, что подавляющее большинство
Рис. 2. Распределение Максвелла для молекул азота при температурах 20 и 500°С. По оси ординат отложена доля молекул (в %), обладающих скоростями между с и (с + 10) м/сек; сн - наиболее вероятная скорость, к-рой обладает наибольшее число молекул при данной температуре; - средняя арифметическая скорость молекул; - средняя квадратичная скорость.
молекул имеет близкие значения скорости (максимум кривой соответствует скорости наиболее вероятной при данной темп-ре), но существует также изностная часть молекул с малыми и очень большими скоростями. При помощи максвеллов-ского распределения может быть определена т. н. средняя квадратичная скорость молекул связанная с темп-рой Т газа соотношением
(1)
Здесь k - Больцмана постоянная, т - масса молекулы. Уравнение (1) позволяет установить связь между средней кинетич. энергией одной молекулы и темп-рой газа:
(2)
Эту зависимость часто рассматривают как молекулярно-кинетич. толкование темп-ры - темп-pa есть мера кинетич. энергии молекул.
Поскольку молекулы идеального Г. обладают лишь кинетич. энергией, внутренняя энергия такого Г. не зависит от занимаемого им объёма (закон Джоуля).
Молекулярно-кинетич. теория рассматривает давление Г. на стенки сосуда, в к-ром он находится, как воздействие ударов молекул, усреднённое по поверхности и времени. Количественно давление р определяется импульсом, передаваемым молекулами в единицу времени единице площади стенки:
(3)
где п - число молекул в единице объёма. Ур-ния (2) и (3) позволяют записать уравнение состояния идеального Г. в виде
(4)
Ур-ние (4), записанное для 1 моля Г., содержащего N = 6,023*1023 молекул (см. Авогадро число), называют Клапейрона уравнением:
(5)
Здесь R = kN - универсальная газовая постоянная, v - объём, приходящийся на 1 моль. Ур-ние Клапейрона обобщает эмпирич. газовые законы Бойля - Мариотта и Гей-Люссака (см. Бойля - Мариотта закон, Гей-Люссака законы). Из ур-ния (5) следует также, что при одинаковых темп-ре и давлении идеальные Г., взятые в количестве 1 моля, имеют равные объёмы и в любом таком Г. в единице объёма содержится равное количество молекул (см. Авогадро закон).
В условиях теплового равновесия темп-pa и давление Г. по всему его объёму одинаковы, молекулы движутся хаотично, в Г. нет упорядоченных потоков. Возникновение в Г. перепадов (градиентов) темп-ры или давления приводит к нарушению равновесия и переносу в направлении градиента энергии, массы или др. физич. величин.
Кинетич. свойства Г.- теплопроводность, диффузию, вязкость - молекулярно-кинетич. теория рассматривает с единой точки зрения: диффузию как перенос молекулами массы, теплопроводность как перенос ими энергии, вязкость как перенос количества движения. Модель идеального Г. для анализа явлений переноса непригодна, ибо в этих процессах существенную роль играют столкновения молекул (при к-рых происходит передача к.-н. из переносимых величин, напр, энергии) и "размер" молекул (влияющий на частоту столкновений). Поэтому в простейшем случае явления переноса в Г. рассматриваются для разреженного Г., молекулы к-рого в первом приближении считаются упругими шариками с определённым диаметром а, причём эти шарики взаимодействуют друг с другом только в момент соударения. В этом приближении диаметр молекулы связан простым соотношением с её средней длиной свободного пробега
(6)
Размерсущественно влияет на процессы переноса в разреженном Г, В частности, если характерный размер объёма, занимаемого Г., больше, то теплопроводность и вязкость Г. не зависят от давления. Наоборот, когда больше характерного размера, теплопроводность и вязкость Г. с уменьшением давления (а значит, и числа столкновений) начинают падать. На этом явлении, в частности, основаны тешюизолирующие свойства сосудов с двойными стенками, воздух между к-рыми откачан (см. Дьюара сосуды). В более строгой молекулярной теории при анализе явлений переноса в разреженных газах учитывается взаимодействие молекул при любых расстояниях между ними. Характер взаимодействия определяется т. н. потенциалом взаимодействия (см. Межмолекулярное взаимодействие). Строгое рассмотрение динамики парных взаимодействий (столкновений) приводит к тому, что в формулах для расчёта коэффициентов переноса появляются т. н. интегралы столкновений, являющиеся функциями только приведённой темп-ры . Эта темп-pa характеризует отношение кинетич. энергии молекул (~kT) к их потенциальной энергии (- глубина потенциальной ямы при данном потенциале взаимодействия). Интегралы столкновений учитывают то обстоятельство, что сталкивающиеся молекулы в зависимости от их кинетич. энергии, а значит и темп-ры Г., могут сближаться на различные расстояния, т. е. как бы изменять свой эффективный размер.
Свойства реальных Г. При повышении плотности изменяются свойства Г., они перестают быть идеальными. Уравнение состояния (5) оказывается неприменимым, т. к. средние расстояния между молекулами Г. становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия. Для описания термодинамич. свойств неидеальных, или, как их чаще называют, реальных, Г. пользуются различными уравнениями состояния, имеющими более или менее строгое тео-ретпч. обоснование. Простейшим примером уравнения, к-рое качественно правильно описывает осн. отличия реального Г. от идеального, служит ур-ние Ван-дер-Ваальса. Оно учитывает, с одной стороны, существование сил притяжения между молекулами (их действие приводит к уменьшению давления Г.), с другой стороны - сил отталкивания, препятствующих безграничному сжатию Г. (см. Ван-дер-Ваальса уравнение).
К наиболее теоретически обоснованным, во всяком случае для состояний, удалённых от критич. точки, относится вириалъное уравнение состояния:
(7)
Значения вириальных коэффициентов В, С и т. д. определяются соударениями молекул: парными (В), тройными (С) и более высокого порядка для последующих коэффициентов. Существенно, что вириальные коэфф. являются функциями только темп-ры.
В Г. малой плотности наиболее вероятны парные столкновения молекул, т. е. для такого Г. в разложении (7) можно пренебречь всеми членами после члена с коэфф. В. В соответствии с температурным изменением В, при т. н. темп-ре Бойля ТВ (см. Бойля точка) В обращается в нуль, и умеренно плотный Г. ведёт себя как идеальный, т. е. подчиняется ур-нию (5). Физически это означает, что при ТВ межмолекулярные силы притяжения и отталкивания практически компенсируют друг друга. Существование межмолекулярного взаимодействия в той или иной степени сказывается на всех свойствах реальных Г. Внутр. энергия реального Г. оказывается зависящей от его объёма (от расстояний между молекулами), т. к. потенциальная энергия молекул определяется их взаимными расстояниями.
С межмолекулярным взаимодействием связано также изменение темп-ры реального Г. при протекании его с малой постоянной скоростью через пористую перегородку (этот процесс наз. дросселированием). Мерой изменения темп-ры Г. при дросселировании служит Джоуля - Томсона коэфф., к-рый в зависимости от условий может быть положительным (охлаждение Г.), отрицательным (нагрев Г.) либо равным нулю при т. н. темп-ре инверсии (см. Джоуля - Томсона явление). Эффект охлаждения Г. при дросселировании широко применяется в технике как один из методов сжижения газов.
Внутреннее строение молекул Г. слабо влияет на их термич. свойства (давление, темп-ру, плотность и связь между ними). Для этих сврйств в первом приближении существенна только молекулярная масса Г. Напротив, калорич. свойства Г. (теплоёмкость, энтропия и др.), а также его электрич. и магнитные свойства существенно зависят от внутр. строения молекул. Напр., для расчёта (в первом приближении) теплоёмкости Г. при постоянном объёме cv необходимо знать число внутр. степеней свободы молекулы (т. е. число возможных внутр. движений) iвн. В соответствии с равнораспределения законом классич. статистической физики на каждую степень свободы молекулы Г. (поступательную, колебательную, вращательную) приходится энергия, равная 1/2*kT. Отсюда теплоёмкость 1 моля
(8)
Для точного расчёта калорич. свойств Г. необходимо знать уровни энергии молекулы, сведения о к-рых в большинстве случаев получают из анализа спектров Г. Для большого числа веществ в состоянии идеального Г. калорич. свойства вычислены с высокой точностью и их значения представлены в виде таблиц до темп-р 10-22 тыс. градусов.
Электрич. свойства Г. связаны в первую очередь с возможностью ионизации молекул или атомов, т. е. с появлением в Г. электрически заряженных частиц (ионов и электронов). При отсутствии заряженных частиц Г. являются хорошими диэлектриками. С ростом концентрации зарядов электропроводность Г. увеличивается. Зависимость электропроводности Г. от различных физич. факторов рассмотрена в ст. Электрический разряд в газах.
При темп-pax начиная с неск. тыс. градусов всякий Г. частично ионизуется и превращается в плазму. Если концентрация зарядов в плазме невелика, то свойства её мало отличаются от свойств обычного Г.
По магнитным свойствам Г. делятся на диамагнитные (к ним относятся, напр., инертные газы, Н2, N2, CO2, Н2О) и парамагнитные (напр., О2). Диамагнитны те Г., молекулы к-рых не имеют постоянного магнитного момента и приобретают его лишь под влиянием внешнего поля (см. Диамагнетизм). Те же Г., у к-рых молекулы обладают постоянным магнитным моментом, во внешнем магнитном поле ведут себя как парамагнетики (см. Парамагнетизм).
Учёт межмолекулярного взаимодействия и внутр. строения молекул необходим при решении многих проблем физики Г., напр, при исследовании влияния верхних разреженных слоев атмосферы на движение ракет и спутников (см. Газовая динамика, Аэродинамика разреженных газов).
В совр. физике Г. называют не только одно из агрегатных состояний вещества. К Г. с особыми свойствами относят, напр., совокупность свободных электронов в металле (электронный Г.), фононов в жидком гелии (фононный Г.) и т. д. Г. элементарных частиц и квазичастиц, обладающих целым спином, т. н. бозонов (напр., фотонов, я-мезонов, фононов), наз. бозе-газом. Его свойства рассматривает квантовая статистика Бозе - Эйнштейна. Свойства частиц Г. с полуцелым спином - фермионов (напр., электронов, нейтронов, нейтрино, дырок проводимости и др.) рассматривает квантовая статистика Ферми - Дирака (см. Статистическая физика).
Лит.: Кириллин В. А., Сычёв В. В. и Ш ейндлин А. Е., Техническая термодинамика, М., 1969; Кикоин И. К. н Кикоин А. К., Молекулярная физика, М., 1963; Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов н жидкостей, пер. с англ., М., 1961; Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник, под ред. В. П. Глушко, 2 изд., т. 1-2, М., 1962.
Э. Э. Шпильрейн.
ГАЗЫ в технике, применяются гл. обр. в качестве топлива; сырья для химич. пром-сти; химич. агентов при сварке, газовой химико-термич. обработке металлов, создании инертной или спец. атмосферы, в нек-рых биохимич. процессах и др.; теплоносителей; рабочего тела для выполнения механич. работы (огнестрельное оружие, реактивные двигатели и снаряды, газовые турбины, паро-газовые установки, пневмотранспорт и др.); физич. среды для газового разряда (в газоразрядных трубках и др. приборах). В технике используется св. 30 различных Г.
Как топливо применяют природные газы горючие и получаемые искусственно в виде основной (генераторный Г.) или побочной (коксовый, доменный и др. Г.) продукции. Осн. потребители природного Г. в чёрной металлургии - доменное и мартеновское произ-во. С использованием природного Г. производится ежегодно ок. 60% цемента, 60% стекла, св. 60% керамзита, св. 60% керамики. Перевод стекловаренных печей на природный Г. значительно улучшает технико-экономич. показатели произ-ва стекла. В топливном балансе маш.-строит, пром-сти на долю горючего Г. приходится ок. 40%. Осн. потребителями являются нагревательные и термич. печи. Применение в этих печах природного Г. вместо др. видов топлива позволяет снизить стоимость нагрева, улучшить его качество, повысить кпд печей и создать более благоприятные сан.-гигиеннч. условия в производств, помещениях. В топливном балансе электростанций СССР удельный вес природного Г. составляет ок. 20%. Применение природного Г. на электростанциях даёт значит, эффект. Кпд котельных установок на электростанциях при переводе с твёрдого на газовое топливо увеличивается на 1 - 4%; уменьшается на 21-26% количество обслуживающего персонала. Суммарное снижение расхода топлива за счёт повышения кпд и снижения расхода электроэнергии на собств. нужды составляет 6-7%. Сжигание Г. в топках котлов малой производительности увеличивает кпд по сравнению с котлами, использующими твёрдое топливо, на 7-20% (в зависимости от сорта топлива) и позволяет повысить произв'одителыюсть на 30% и более. Использование природного Г. открывает широкие возможности для создания простых, менее металлоёмких и более экономичных котлов (паровых и водогрейных), работающих на природном Г.
Нек-рые Г. являются в то же время исходным сырьём для технологических процессов в химич. пром-сти (из них вырабатывается ок. 200 видов разлдч-ных химич. продуктов); на природном Г. работает ряд крупнейших химнч. комбинатов СССР.
Из числа Г., используемых в качестве химнч. агентов, воздух (атмосферный или обогащённый кислородом) и кислород получили наибольшее распространение в металлургич., химич. и смежных с ними отраслях пром-сти (см. Воздух и Кислород в технике). Большое значение имеют также многие др. Г.: ацетилен, хлор, фтор и редкие Г.
При газовой сварке большей частью используется пламя ацетилено-кислород-ной смеси, позволяющее развивать очень высокую темп-ру (ок. 3200 °С). В отдельных случаях применяют атомноводородную сварку, основанную на нагреве металла водородом, превращённым в атомарное состояние под действием электрической дуги.
Тепловую обработку металлов в печах часто сопровождают воздействием химич. агентов, находящихся в газообразном состоянии. Насыщение поверхностного слоя стали углеродом (см. Цементация) производится путём длит, нагрева её в атмосфере Г., диссоциирующих с выделением атомарного углерода. В установках пром. типа для газовой цементации применяют: природный Г., бутан-пропановую смесь и др. Во избежание чрезмерного выделения сажи (или смолистых веществ) к этим Г. подмешивают генераторный газ или дымовые газы, очищенные от углекислого газа и паров воды.
Г. как химич. агенты применяются также в практике химико-термич. обработки поверхности стали при её азотировании, цианировании, алитировании, хромировании и др. При газовой цементации стали алюминием (или хромом) её нагревают в парах хлористого алюминия (хрома). Азот, генераторный газ из антрацита или древесного угля, продукты горения нек-рых Г. (после удаления из них углекислого газа и паров воды) и продукты диссоциации аммиака в ме-таллообр. пром-сти служат в качестве спец. атмосфер для борьбы с окислением и обезуглероживанием металлов, к-рые происходят при их нагреве в атмосфере воздуха или дымовых газов.
В качестве инертных веществ для продувки взрывоопасной аппаратуры (газгольдеров, газоочистных коробок, коммуникаций и т. п.) применяют водяной пар, углекислый газ и азот, а также смесь углекислого газа с азотом, напр, продукты горения газообразного топлива, сжигаемого с малым избытком воздуха. Технологич. аппараты большой ёмкости продуваются инертными газами перед их заполнением Г. (напр., водородом). При этом вытесняется находящийся в аппарате атм. воздух и предотвращается образование взрывчатой смеси Г.- воздух.
В электроламповой пром-сти для наполнения ламп накаливания применяются азот, криптон, ксенон и др. Наполнение ламп накаливания инертным газом уменьшает скорость испарения нити и т. о. увеличивает срок службы ламп. Использование для этих целей нек-рых редких Г. позволяет значительно (до 30%) увеличить световую отдачу ламп накаливания, что имеет большое значение, т. к. на нужды освещения расходуется ок. 20% всей вырабатываемой в СССР энергии. Широко распространено наполнение ламп накаливания аргоно-азотной смесью, особенно подходящими наполнителями являются криптон и ксенон, обладающие высокой плотностью и минимальной теплопроводностью.
Г. применяются также для интенсификации нек-рых биохимич. процессов. Углекислый газ и чистые продукты горения бессернистого топлива могут быть использованы в качестве углекислого удобрения. Повышенное содержание углекислого газа (до 0,3% ) в атмосфере теплиц и оранжерей ускоряет рост и увеличивает плодоношение нек-рых растений. Дозревание сорванных овощей и плодов (томатов, яблок и др.) можно ускорить хранением их в атмосфере этилена.
В качестве теплоносителей широко распространены след. Г.: продукты горения (дымовые Г.), воздух и реже газообразные продукты экзотермич. процессов (окисления аммиака, получения серного ангидрида и др.). Дымовые газы как теплоноситель используют: для непо-средств. обогрева изделий или материалов в печах и сушилках; для получения и подогрева промежуточных теплоносителей (водяного пара, горячей воды, воздуха и др.). Для регулирования процесса нагрева дымовыми газами их можно разбавлять воздухом или отходящими газами. Иногда дымовые газы служат для транспортировки угольной пыли и её подсушки во взвешенном состоянии. В этих случаях дымовые газы являются не только теплоносителем, но и физич. средой для переноса твёрдых тел, находящихся в пылевидном состоянии. Воздух как промежуточный теплоноситель используют в тех случаях, когда недопустимо загрязнение нагреваемого продукта сажей и золой, содержащимися в нек-рых дымовых газах. Чаще всего воздух как теплоноситель применяется в сушилках и в некоторых системах отопления помещений.
В качестве рабочих веществ для совершения механич. работы Г.распространены в газовых турбинах, в огнестрельном оружии, в реактивных двигателях и снарядах, а также в двигателях внутр. сгорания. Для наполнения дирижаблей и аэростатов используются Г., имеющие невысокую плотность.
Электрич. разряд в Г. (или парах) широко применяется в электротехнике для выпрямления переменного тока, преобразования постоянного тока в переменный, генерации электрич. колебаний, освещения газосветными лампами и мн. др. Подбором соответствующих газов или паров металлов можно повышать излучение газосветных ламп на заданном участке спектра. Этим достигается увеличение общей световой отдачи источника света (см. Электрический разряд в газах, Газосветная трубка).
Лит.: Кортунов А. К., Газовая промышленность СССР, М., 1967; Спейшер В. А., Сжигание газа на электростанциях и в промышленности, 2 изд., М., 1967; Использование газа в промышленных и энергетических установках, в сб.: Теория и практика сжигания газа, в. 3-4, Л., 1967 - 68; Рябцев И. И., Волков А. Е., Производство газа из жидких топлив для синтеза аммиака и спиртов, М , 1968. В. А. Спейшер.
ГАЗЫ в металлах. Г. попадают в твёрдые и жидкие металлы при их выплавке и электролитич. получении, при взаимодействии металлич. изделий с атмосферой. Напр., при произ-ве стали из чугуна в мартеновских печах или в конверторах в расплавленный металл из печной атмосферы попадают кислород и азот; при получении никеля электролизом его водных растворов твёрдый металл насыщается водородом, выделяющимся на катоде. Различают 3 вида взаимодействия между Г. и металлами: адсорбцию, растворение и образование химич. соединений.
При адсорбции Г. взаимодействуют только с поверхностью металла и образуют на ней плёнки толщиной, равной диаметру одной или неск. молекул. Адсорбция уменьшается при повышении темп-ры и понижении давления Г. над металлом. Г., адсорбированные на металлич. частях электровакуумных приборов (применяемых в измерит, аппаратуре), радиопередающих устройств, преобразователей электрич. энергии, в процессе эксплуатации десорбируются и нарушают устойчивую работу аппаратуры (напр., изменяют электропроводность). Удаление адсорбированных Г. при изготовлении такой аппаратуры достигается глубокой откачкой, применением поглотителей Г. (геттеров) и является одной из важнейших задач вакуумной техники.
Большинство Г., кроме инертных, образует с твёрдыми и жидкими металлами истинные растворы. Г., молекулы к-рых состоят из неск. атомов (напр., сернистый газ, углекислый газ, водород, азот), при растворении в металлах распадаются на атомы. Это облегчает внедрение Г. в металл, т. к. уменьшает энергию, необходимую для того, чтобы раздвинуть сильно взаимодействующие друг с другом атомы металла. Кроме того, часть затрачиваемой энергии компенсируется её выигрышем при химич. взаимодействии атомов Г. и металла. Поэтому растворение многоатомных газов сопровождается их диссоциацией. Напр., двухатомные газы водород и азот растворяются в железе по реакциям
Растворимость Г. в расплавленных металлах значительно выше, чем в твёрдых. Это часто приводит к ухудшению качества металлических слитков из-за образования в них газовых пузырей, внутренних раковин и пористости. Такие дефекты возникают вследствие того, что при постепенном затвердевании слитка (кристаллизации) в изложнице концентрация Г. в остающейся жидкости настолько повышается, что Г. выделяются в её объёме, а образующиеся при этом пузыри не успевают всплыть и удалиться до полного затвердевания слитка.
Г. часто образуют с металлами химич. соединения: окислы, сульфиды, нитриды. Эти соединения нерастворимы в металлах и выделяются в виде самостоятельных фаз - т. н. неметаллич. включений, присутствие к-рых сильно ухудшает механич. и антикоррозионные свойства металлов и сплавов. Поэтому в пром-сти применяются различные способы удаления Г. из металлов. Один из наиболее эффективных - использование вакуумирования. При этом благодаря понижению давления Г. происходит их выделение из металлов, протекающее особенно интенсивно, когда металл находится в расплавленном состоянии.
Широко распространены выплавка металлов и сплавов, особенно стали, в вакуумных печах, вакуумирование жидкого металла при разливке и в ковшах (см. Вакуумная плавка, Дегазация стали). С такой же целью применяют продувку жидкого металла инертными газами (напр., аргоном). В ряде случаев осуществляют плавку или нагрев металла в защитной газовой атмосфере, не содержащей компонентов, вредных для металла.
Лит.: Смителлс К., Газы н металлы, пер. с англ.. М.- Л., 1940; Вакуумная металлургия, М., 1962; Жуховицкий А. А., Шварцман Л. А., Физическая химия, М., 1963; Дэшман С., Научные основы вакуумной техники, пер. с англ., М., 1964. Л.А.Шварцман,
Л. В. Ванюкова.
ГАЗЫ ГОРЮЧИЕ, газообразные вещества, способные гореть. В широком смысле слова к Г. г. относятся водород, окись углерода, сероводород, газообразные углеводороды (напр., метан, этан, этилен). В технике под Г. г. обычно понимают природные и искусств, смеси этих газов, разбавленных негорючими газами, такими как двуокись углерода, азот, инертные газы, пары воды. Наибольшее значение в пром-сти имеют добываемые из недр земли газы природные горючие, в составе к-рых содержится до 99% газообразных углеводородов, гл. обр. метана и его ближайших гомологов. Природные Г. г. добывают из газовых месторождений или совместно с нефтью (см. Газы нефтяные попутные).
Искусств, смеси Г. г. получают в результате термич. разложения твёрдого и жидкого топлива. Наиболее распространены: коксовый газ - продукт, получаемый при коксовании твёрдого топлива, генераторный газ, образующийся при газификации топлив, газы нефтепереработки, к-рые получаются при термич. и термокаталитической переработке нефти и нефтепродуктов, а также доменный газ, образующийся в процессе выплавки чугуна. В отличие от природных, искусств. Г. г. содержат в своём составе непредельные углеводороды, окись углерода и иногда значит, количество водорода. В небольшом количестве Г. г. получают также методом подземной газификации углей.
Основу развития газовой промышленности СССР и ряда др. стран составляют природные горючие газы, по запасам к-рых СССР занимает 1-е место в мире. Удельный вес природных газов в общей добыче осн. видов топлива составлял в СССР 17,9% (1968). Производство искусств. Г. г. не увеличивается из-за малой эффективности переработки твёрдых топлив. Природные газы - удобный и дешёвый вид топлива, всё шире используемый в самых различных отраслях пром-сти и в коммунально-бытовом х-ве. Применение природных газов позволяет существенно упростить мн. важные технологич. процессы (см. Газы в технике).
Лит.: Рябцев Н. И., Природные и искусственные газы, 3 изд., М., 1967; СтаскевичН. Л., Справочное руководство по газоснабжению, Л., 1960.
Н. И. Рябцев.
ГАЗЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ, газы, встречающиеся в земной коре в свободном состоянии, в виде раствора в воде и нефти и в состоянии, сорбированном породами, особенно ископаемыми углями. Количество газов в геосферах Земли возрастает в глубь планеты (табл. 1). В зависимости от существа газообразующих процессов различают до 9 генетич. групп Г. з. к., из к-рых важнейшими являются газы катагенетич., метамор-фич., вулканич., биохимич., радиоактивного и возд. происхождения; остальные группы газов (газы ядерных реакций, газы радиохимич. происхождения и газы подкоровых глубин) имеют в условиях земной коры второстепенное значение. Газы катагенетического происхождения (см. Катагенез в литологии) возникают в результате преобразования органического вещества, заключённого в осадочных породах, при их погружении на глубины и одновременном увеличении давления от 10 до 200-250 мн/м2 (от 100 до 2000-2500 атм) и температуры (от 25-30 °С до 250-300 °С). К катагенетическим газам относится основная масса горючих газов (см. Газы природные горючие).
Табл.1. - Количество и общий состав газов в геосферах Земли (по В. А. Соколову)
масса геосферы в 1018 т
общая масса газов в 1015т
среднее сод. газов в %
Масса отдельных компонентов (в 1012 т)
Геосферы
о2
N2
СО,
СН4
Н2
H2S+
+ SO2
НСl + + HF
Не
Ar
Осадочный слой
2,5
0,214
0,0097
2
76
92
43
0,2
0,8
600
83000
28
"Гранитный" и "базальтовый" слои
26
7 ,8
0,03
500
6300
15
115
200
600
Верхняя мантия
435,0
13000
210000
8600
210000
Табл. 2. - Химический состав газов различного генезиса (в%)
Местонахождение
С02
СО
СН4
С2Н6
и выше
Н2
SO2
N2
Ar
H2S
Вулкан Этна
28,8
0,5
1,0
16,5
34,5
18
7
Кисловодск, Нарзан
92,13
0,37
7,3
0,129
Норильск, габбродиабаз*
34,2
30,7
35,1
Норильск, порфириты*
23,6
8,9
51,3
16,2
Грязевой вулкан Бог-Бога (Апшеронский п-ов)
1,6
0,4
94,7
0,29
0,3
2,7
Газовое месторождение Ка-радаг (пласт VII-а) (Азербайджан)
0,19
97,72
2,09
Газовое месторождение Лак (Франция)
9
74
2
15
Нефтяной попутный газ из мезозойских отложений Западного Предкавказья
7,68
84,57
6,54
1,2
0,52
0,01
* Приведён состав газов, извлечённых из породы при её дроблении.
При дальнейшем повышении температуры и давления породы дают начало газам метаморфизма, а при расплавлении пород - газам возрождения. Осн. состав газов: пары воды, двуокись углерода, окись углерода, водород, сера, двуокись серы, метан, азот, редко инертные газы и летучие хлориды.
Вулканич. газы в основном идут из глубин Земли и связаны с дегазацией мантии (см. Вулканические газы).
Биохимич. газы образуются при бактериальном разложении органич. веществ и реже при восстановлении минеральных солей. К ним относятся метан и его гомологи (этан и др.), двуокись углерода, сероводород, азот, кислород, редко водород и др. Эта группа охватывает большую часть газов, выделяющихся в атмосферу или образующих скопления в самых верхних частях земной коры.
Радиоактивные газы возникают в процессе распада радиоактивных элементов. К ним относятся гелий, недолговечные эманации радия, тория и др. Самостоят, скоплений газы этой группы не образуют (см. Гелий).
Газы воздушного происхождения представляют собой газы атмосферы, проникшие в глубь земной коры гл. обр. в форме водных растворов. Они состоят из азота, кислорода и инертных газов (аргон, криптон и ксенон).
По химич. составу выделяются три осн. группы Г. з. к.: углеводородные, азотные и углекислот-н ы е. Особые свойства газов - их большая способность мигрировать как в свободном, так и водорастворённом состоянии - обусловливают смешивание газов разного происхождения и вместе с тем их широкое распространение в природе (табл. 2).
Огромная масса горючих (углеводородных) газов находится в растворённом состоянии в подземных водах. Среднее содержание метана в подземных водах Западно-Кубанского прогиба колеблется от 1 м3/м3 до 10 м3/м3. Общее количество метана, растворённого в пластовых водах, во много раз превышает все его запасы в газовых и нефтяных месторождениях и составляет, по Л. М. Зорькину, n*1016 м3.
Значит, количество углеводородных газов связано с органич. веществами, как рассеянными в осадочных породах, так и образующими ископаемые угли, к-рые содержат много метана (до 50 и более М3/т). Газы могут выделяться из подземных вод и создавать самостоят, сухие скопления лишь в тех случаях, когда упругость растворённых газов превышает давление воды на соответствующей глубине. Поэтому все залежи свободного газа образованы в основном газами катагенетич. происхождения.
Лит.: Козлов А. Л., Проблемы геохимии природных газов, М.- Л., 1950; Соколов В. А., Геохимия газов земной коры н атмосферы, М., 1966.
Н. Б. Вассоевич.
ГАЗЫ КРОВИ, газы, содержащиеся в крови животных и человека в растворённом состоянии и в химически связанном виде. Полное исследование Г. к. человека было впервые проведено И. М. Сеченовым (1859). Г. к. состоят из газов, поступающих из окружающей среды, и газов, образующихся в организме; они поступают в кровь и выделяются из неё путём диффузии. Содержание каждого из растворённых газов в артериальной крови определяется его парциальным давлением в альвеолярном воздухе и коэффициентом его растворимости в крови. Наиболее важны кислород и углекислый газ, к-рые находятся в крови в растворённом и в связанном виде. Они образуют легко распадающиеся соединения: СО2 идёт на образование солей, входящих в буферные системы крови, кислород, соединяясь с гемоглобином, образует оксиге-моглобин. В результате газообмена содержание газов в венозной и артериальной крови различно (см. табл.):
Содержание газовв крови человека в норме
Газ
Кровь артериальная
Кровь венозная
парциальное давление, мм рт. ст.
содержание в % (объёмн.)
парциальное давление , мм рт. ст.
содержание в % (объёмн.)
в раствор, виде
в связан. виде
в раствор. виде
в связан, виде
Кислород
90-100
0,28
18-20
35-45
0,12
12-15
Углекислый газ
37-41
2,5-2,6
44-48
42-47
2,8-3,0
48-53
Азот
560-580
1
0
560-580
1
0
Прочие газы
следы
следы
следы
следы
При значит, изменении давления воздуха (напр., в горах, в кессонах) парциальное давление О2 и N2 резко меняется, что может вызвать кислородное голодание, декомпрессионные заболевания и др. нарушения. Кроме постоянных Г. к., в кровь могут поступать наркотич., токсич. и др. газы (см. Наркоз, Углерода окись).
Л. Л. Шик.
ГАЗЫ НЕФТЕПЕРЕРАБОТКИ, смеси газов, состоящие в основном из низкомолекулярных углеводородов, образующихся на нефтеперегонных установках и при термич. и каталитич. процессах переработки нефтяного сырья. В отличие от газов природных горючих и газов нефтяных попутных, большинство Г. н. содержат значит, количества непредельных углеводородов и водород. Исключение составляют газы, выделяющиеся при прямой перегонке нефти, а также газы каталитич. риформинга и гидроформинга, к-рые состоят из парафиновых углеводородов (метан, этан, пропан и др.) и небольшого количества примесей (азот, кислород, углекислый газ и др.). Большое количество непредельных углеводородов находится в газах, образующихся при проведении высокотемпературных процессов (напр., общее содержание непредельных углеводородов в Г. н. при жёстких режимах коксования доходит до 50% по массе, каталитич. крекинга тяжёлого сырья - до 56% по массе).
Выход Г. н. на установках крекинга, пиролиза и др. составляет (на перерабатываемую нефть) 8,5-9,5%, в т. ч. до 2,5% непредельных углеводородов. Содержание водорода в Г. н. колеблется от 0,2% в газах термич. крекинга до 7% в газах риформинга. Входящие в состав Г. н. непредельные углеводороды (этилен, пропилен, бутилен, бутадиен и др.) являются сырьём для нефтехимич. пром-сти и для получения высокооктановых компонентов моторных топлив. Г. н. обладают высокой теплотой сгорания 52,3 Мдж/м3 (до 12 500 ккал/м3) и используются в качестве топлива.
Лит.: Тарасов А. И., Газы нефтепереработки и методы их анализа, М., 1960; Основы технологии нефтехимического синтеза, под ред. А. И. Динцеса и Л. А. Потолов-ского, М., 1960; Смидович Е. В., Деструктивная переработка нефти и газа, М., 1966 (Технология переработки нефти и газа, ч. 2). В. В. Панов.
ГАЗЫ НЕФТЯНЫЕ ПОПЯТНЫЕ, углеводородные газы, сопутствующие нефти и выделяющиеся из неё при сепарации. Количество газов (в м3), приходящееся на 1 т добытой нефти (т. н. газовый фактор), зависит от условий формирования и залегания нефтяных месторождений и может изменяться от 1-2 до неск. тыс. м3/т нефти. Суммарная добыча Г. н. п. в СССР составила 18,8 млрд. м3 (1967). В отличие от газов природных горючих, состоящих в основном из метана, Г. н. п. содержат значит, количества этана, пропана, бутана и др. предельных углеводородов. Кроме того, в Г. н. п. присутствуют пары воды, а иногда и азот, углекислый газ, сероводород и редкие газы (гелий, аргон).
Перед подачей в магистральные газопроводы Г. н. п. перерабатывают на т. н. газоперерабатывающих заводах, продукцией к-рых являются газовый бензин, т. н. отбензиненный газ и углеводородные фракции, представляющие собой технически чистые углеводороды (этан, пропан, бутан, изобутан и др.) или их смеси.
Газовый бензин применяют как компонент автомоб. бензинов. Сжиженные газы (пропан-бутановая фракция) широко используют как моторное топливо для автотранспорта или как топливо для коммунально-бытовых нужд. Углеводородные фракции - ценное сырьё для химич. и нефтехимич. пром-сти. Они широко используются для получения ацетилена. Пиролизом этана получают этилен - важный продукт для органич. синтеза. При окислении пропан-бутановой фракции образуются ацетальдегид, формальдегид, уксусная к-та, ацетон и др. продукты. Изобутан служит для производства высокооктановых компонентов моторных топлив, а также изобутилена - сырья для изготовления синтетич. каучука. Дегидрированием изопентана получают изопрен - важный продукт при произ-ве синтетич. каучуков.
Лит.: Рябцев Н. И., Естественные и искусственные газы. 2 изд., М., I960; Чураков А. М., Газоотбензинизающие установки, М., 1962. С. Ф. Гудков.
ГАЗЫ ПРИРОДНЫЕ ГОРЮЧИЕ, газообразные углеводороды, образующиеся в земной коре.
Общие сведения и геология. Пром. месторождения Г. п. г. встречаются в виде обособленных скоплений, не связанных с к.-л. др. полезным ископаемым; в виде газонефтяных месторождений, в к-рых газообразные углеводороды полностью или частично растворены в нефти или находятся в свободном состоянии и заполняют повышенную часть залежи (газовые шапки) или верхние части сообщающихся между собой горизонтов газонефтяной свиты; в виде газоконденсатных месторождений, в к-рых газ обогащён жидкими, преим. низкокипящими углеводородами.
Г. п. г. состоят из метана, этана, пропана и бутана, иногда содержат примеси легкокипящих жидких углеводородов - пентана, гексана и др.; в них присутствуют также углекислый газ, азот, сероводород и инертные газы. Многие месторождения Г. п. г., залегающие на глубине не более 1,5 км, состоят почти из одного метана с небольшими примесями его гомологов (этана, пропана, бутана), азота, аргона, иногда углекислого газа и сероводорода; с глубиной содержание гомологов метана обычно растёт. В газоконденсатных месторождениях содержание гомологов метана значительно выше, чем метана. Это же характерно для газов нефтяных попутных. В отдельных ra-зовых месторождениях наблюдается повышенное содержание углекислого газа, сероводорода и азота. Встречаются Г. п. г. в отложениях всех геологических систем начиная с конца протерозоя (рис. 1) и на различных глубинах, но чаще всего до 3 км. Образуются Г. п. г. в основном в результате катагенетич. преобразования органич. вещества осадочных горных пород (см. Газы земной коры). Залежи Г. п. г. формируются в природных ловушках на путях миграции газа.
Рис. 1. Приуроченность газов природных горючих к различным геологическим системам (по горизонтали - буквенные обозначения геологических систем, по вертикали-объём газа в млрд. м3).
Миграция происходит в результате ста-тич. или динамич. нагрузки пород, выжимающих газ, а также при свободной диффузии газа из областей высокого давления в зоны меньшего давления. Различают внерезервуарную региональную миграцию сквозь мощные толщи пород различной проницаемости по капиллярам, порам, разломам и трещинам и внутрирезервуарную локальную миграцию внутри хорошо проницаемых пластов, коллектирующих газ.
Газовые залежи по особенностям их строения разделяются на две группы: пластовые и массивные (рис. 2). В пластовых залежах скопления газа приурочены к определённым пластам-коллекторам. Массивные залежи не подчиняются в своей локализации определённым пластам. Наиболее распространены среди пластовых сводовые залежи, сохраняемые мощной глинистой или галогенной покрышкой. Подземными природными резервуарами для 85% общего числа газовых и газоконденсатных залежей служат песчаные, песчано-алеврито-вые и алевритовые породы, нередко переслоённые глинами; в остальных 15% случаев коллекторами газа являются карбонатные породы. Серия залежей, подчинённых единой геологич. структуре, составляет отдельные месторождения. Структуры месторождений различны для складчатых и платформенных условий. В складчатых р-нах выделяются две группы структур, связанные с антиклиналями и моноклиналями. В платформенных р-нах намечаются 4 группы структур: куполовидных и брахиантикли-нальных поднятий, эрозионных и рифовых массивов, моноклиналей, синклинальных прогибов. Все газовые и газонефтяные месторождения приурочены к тому или иному газонефтеносному осадочному (осадочно-породному) бассейну, представляющему собой автономные области крупного и длит, погружения в совр. структуре земной коры. Среди них различают 4 группы: приуроченные к внутриплат-форменным прогибам (напр., Мичиганский и Иллинойсский басе. Сев. Америки, Волго-Уральская обл. СССР); приуроченные к прогнутым краевым частям платформ (напр., Зап.-Сибирский в СССР); контролируемые впадинами возрождённых гор (бассейны Скалистых гор в США, бассейны Ферганской и Таджикской впадин в СССР); связанные с предгорными и внутренними впадинами молодых альп. горных сооружений (Калифорнийский басе, в США, Сахалинский басе, в СССР). Всё больше открывается газовых залежей в зоне шельфа и в мелководных бассейнах (напр., в Северном м. крупные газовые месторождения - Уэст-Сол, Хьюит, Леман-Банк).
Рис. 2. Типы залежей газа. Пластовые: I-сводовые ненарушенные; II- тектонически экранированные; III - литоло-гически ограниченные. Массивные: IV- сводовые; V-смещённые; 1 - песчаники; 2- алевролиты; 3-глины; 4- известняки и доломиты; 5-ангидриты; 6-газ.
Мировые геологич. запасы горючих газов на континентах, в зоне шельфов и мелководных морей, по прогнозной оценке, достигают 1015 м3, что эквивалентно 1012 т нефти.
СССР обладает огромными ресурсами Г. п. г. Наиболее крупными месторождениями являются: Уренгойское (4 триллиона м3) и Заполярное (1,5 триллиона м3), приуроченные к меловым отложениям Зап.-Сибирского басе.; Вуктыльское (750 млрд. м3) и Оренбургское (650 млрд. м3) в Волго-Уральской обл.; Газли (445 млрд. м3) в Средней Азии; Шебелинское (390 млрд. м3) на Украине; Ставропольское (220 млрд. м3) на Сев. Кавказе. Среди зарубежных стран наиболее крупными запасами Г. п. г. располагают (оценка общих запасов в триллионах м3): США (8,3), Алжир (4,0), Иран (3,1), Нидерланды (2,3); крупнейшими месторождениями за рубежом являются (в триллионах м3): в США - Панхандл-Хьюготон (1,96); в Нидерландах - Слохтерен (Гронинген) (1,65); в Алжире - Хасси-Рмель (ок. 1). Н. Б. Вассоевич.
Применение. Г. п. г.- высокоэкономичное энергетич. топливо, теплота сгорания 32,7 Мдж/м3 (7800 ккал/м3) и выше, широко применяется как топливо на электростанциях, в чёрной и цветной металлургии, цементной и стекольной пром-сти, при произ-ве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд.
Углеводороды, входящие в состав Г. п. г.,- сырьё для произ-ва метилового спирта, формальдегида, ацетальдегида, уксусной к-ты, ацетона и др. органич. соединений. Конверсией кислородом или водяным паром из метана - основного компонента Г. п. г.- получают синтез-газ (СО+Н2), широко применяемый для получения аммиака, спиртов и др. органич. продуктов. Пиролизом и дегидрогенизацией (см. Гидрогенизация) метана получают ацетилен, сажу и водород, используемый гл. обр. для синтеза аммиака. Г. п. г. применяют также для получения олефиновых углеводородов, и в первую очередь этилена и пропилена, к-рые в свою очередь являются сырьём для дальнейшего органич. синтеза. Из них производят пластич. массы, синтетич. каучуки, искусств, волокна и др. продукты.
С. Ф. Гудков.
Добыча Г. п. г. включает извлечение газов из недр, их сбор, учёт и подготовку к транспортировке потребителю (т. н. разработка газовых месторождений), а также эксплуатацию скважин и наземного оборудования. Особенность добычи Г. п. г. из недр по сравнению с добычей твёрдых полезных ископаемых состоит в том, что весь сложный путь газа от пласта до потребителя герметизирован.
Выходы Г. п. г. из естеств. источников (напр., "вечные огни" в Дагестане, Азербайджане, Иране и др.) использовались человеком с незапамятных времён. Позже нашёл применение природный газ, получаемый из колодцев и скважин (напр., в 1-м тыс. н. э. в Китае, в пров. Сычуань, при бурении скважин на соль было открыто месторождение Цзылюцзин, газ к-рого служил для выпаривания соли из растворов). Эпизодич. использование природного газа, добываемого из случайно открытых залежей, продолжалось на протяжении многих столетий. К сер. 19 в. относят применение природного газа как технологич. топлива (напр., на базе месторождения Дагестанские Огни было организовано стекольное произ-во). Поисками и разработкой газовых залежей не занимались вплоть до 20-х гг. 20 в., когда начинается пром. разработка чисто газовых месторождений: вначале залегающих на малых (ок. сотен м), а затем на всё больших глубинах. В этот период разработка месторождений велась примитивно: буровые скважины размещались на залежи по равномерной сетке с расстоянием между ними в среднем в 1 милю (1,6 км). Добыча Г. п. г. из скважины составляла 10-20% от потенциальной производительности скважины (абсолютно свободного её дебита), а в отдельных случаях (при благоприятных геологич. условиях и характеристике пласта) рабочие дебиты были больше.
В 30-х гг. благодаря развитию техники бурения скважин и переходу на большие глубины (1500-3000 м и более) был открыт новый тип залежи - газоконденсатный; разработка этих залежей потребовала создания новой технологии.
Конец 40-х гг. характеризуется интенсивным развитием отечественной газовой пром-сти и внедрением в практику научных методов разработки газовых и газокондецсатных месторождений. В 1948 под рук. сов. учёного Б. Б. Лапука создан первый научно обоснованный проект разработки газового месторождения (Султангулово Куйбышевской обл.). В последующие годы промышл. месторождения Г. п. г. разрабатываются по проектам, составленным на основе последних достижений промысловой геологии, гидродинамики и др. Важным этапом освоения месторождения является его разведка. Детальная разведка газовой залежи требует бурения большого числа глубоких скважин; часто количество разведочных скважин превышает необходимое число эксплуатационных.
Сов. учёными в послевоенный период созданы и внедрены новые методы разработки месторождений газа. На первой стадии освоения газовой залежи происходит её опытно-пром. эксплуатация, в ходе к-рой (2-5 лет) уточняются характеристики залежи - свойства пласта, запасы газа, продуктивность скважин, степень подвижности пластовых вод и т. д. Месторождение подключается к ближайшему газопроводу или служит для газоснабжения местных потребителей. Вторая стадия - пром. эксплуатация, основанная на достаточно полных сведениях о месторождении, полученных в ходе опытно-пром. разработки. В этой стадии различают три основных периода - нарастающей, постоянной и падающей добычи. Первый период занимает 3-5 лет. Он связан с бурением скважин и оснащением газового промысла. За это время добывается 10-20% от общих запасов газа. Второй период продолжается ок. 10 лет, в течение к-рых из залежи отбирается 55-60% запасов газа. Количество скважин в это время растёт, т. к. продуктивность каждой из них в отдельности падает, а общий отбор газа по залежи остаётся неизменным. Когда давление в пласте понижается до 5 - 6 Мн/м2 (50-60 кгс/см2), вводится в эксплуатацию дожимцая газокомпрессорная станция, повышающая давление газа, отбираемого из залежей, до значения, при к-ром обычно работает магистральный газопровод. Третий период - падающей добычи - не ограничен во времени. Разработка газовой залежи происходит в основном 15-20 лет. За это время извлекается 80-90% запасов газа.
В себестоимости добычи Г. п. г. 40 - 60% составляют затраты на сооружение эксплуатац. скважин. Чтобы скважина, пробурённая на газоносный пласт, дала газ, достаточно её открыть, однако высокодебитные скважины полностью открывать нельзя, т. к. при свободном истечении газа может произойти разрушение пласта и ствола скважины, обводнение скважины за счёт притока пластовой воды, нерационально будет расходоваться энергия газа, находящегося в пласте под давлением. Поэтому расход газа ограничивается, для чего обычно используется штуцер (местное сужение трубы), устанавливаемый чаще всего на головке скважины. Суточный рабочий дебит скважин составляет от десятков м3 до нескольких млн. м3.
С конца 60-х гг. в СССР впервые в мировой практике пробурены сверхмощные скважины с диаметром эксплуатационной колонны 8-12 дюймов (200-300 мл).
Продуктивность газовых скважин зависит от свойств пласта, метода его вскрытия и конструкции забоя скважины. Чем более проницаем пласт, чем он мощнее и чем лучше сообщается пласт с внутр. частью скважины, тем более продуктивна скважина. Для увеличения продуктивности газовой скважины в карбонатных породах (известняки, доломиты) забой обрабатывают соляной к-той, к-рая, реагируя с породой, расширяет каналы притока газа; в крепких породах применяют торпедирование забоя, в результате к-рого призабойная зона пласта приобретает сеть трещин, облегчающих движение газа. Интенсификация притока газа достигается также с помощью т. н. гидропескоструйной перфорации колонны обсадных труб, улучшающей степень сообщаемости пласта со скважиной, и путём гидравлического разрыва пласта, при к-ром в пласте образуются одна или неск. больших трещин, заполненных крупным песком, имеющим низкое фильтрац. сопротивление. При выборе системы размещения скважин на газовом месторождении учитываются не только свойства пласта, но и топография местности, система сбора газа, характер истощения залежи, сроки ввода в эксплуатацию компрессорной станции и др. Скважины располагаются на площади месторождения равномерно по квадратной или треугольной сетке либо неравномерно - группами. Чаще применяется групповое размещение (рис. 3), при к-ром облегчается обслуживание скважин, возможна комплексная автоматизация процессов сбора, учёта и обработки продукции. Эта система обычно оказывается самой выгодной и по эконо-мич. показателям. Напр., на Северо-Ставропольском газовом месторождении групповое расположение скважин в центральной части залежи позволило сократить (по сравнению с равномерным размещением) более чем вдвое число экс-плуатац. скважин, что дало экономию ок. 10 млн. руб.
Рис. 3. Схема группового размещения скважин на газовом промысле.
Разработка газокоцденсатных месторождений осуществляется тремя осн. способами. Первый, широко применяемый в США, состоит в том, что в пласте посредством обратной закачки в него газа, из к-рого на поверхности выделены тяжёлые углеводороды, поддерживается достаточно высокое давление (т.н. сайклинг-процесс); благодаря этому конденсат не выпадает в пласте и подаётся на поверхность в газообразном состоянии. Извлечение конденсата и обратная закачка тощего (с содержанием тяжёлых углеводородов - не более 10% ) газа в пласт продолжается, пока большая часть конденсата из залежи не извлечена. При этом запасы газа консервируются в течение длит, времени. Второй способ состоит в том, что для поддержания пластового давления в газоносные пласты закачивается вода. Это позволяет использовать извлекаемый газ немедленно после выделения из него конденсата. Однако закачка воды может привести к потерям как газа, так и конденсата вследствие т. н. защемления газа (неполное вытеснение газа водой). Этот способ применяется редко. По третьему способу газоконден-сатные месторождения разрабатываются как чисто газовые. Этот способ используется в тех случаях, когда содержание конденсата в газе невелико или если общие запасы газа в месторождении малы.
Разработку газового месторождения осуществляет газовый промысел, который представляет собой сложное, размещённое на большой территории хозяйство. На среднем по масштабу газовом промысле имеются десятки скважин, к-рые расположены на территории, исчисляемой сотнями км2. Осн. тех-нологич. задачи газового промысла - обеспечение запланированного режима работы скважин, сбор газа по скважинам, учёт его и подготовка к транспортировке (выделение из газа твёрдых и жидких примесей, конденсата тяжёлых углеводородов, осушка газа и очистка от сероводорода, содержание к-рого не должно превосходить 2 г на 100 м3).
Способ выделения конденсата зависит от темп-ры, давления, состава газа и от того,обрабатывается ли газ чисто газового месторождения или газоконденсатного. Поступающий из залежи природный газ всегда содержит нек-рое количество воды; соединяясь с углеводородами, она образует снеговидное вещество - гидраты углеводородов (см. Гидратообразование). Гидраты осложняют добычу и транспорт газа.
Прежде чем транспортировать Г. п. г. к местам потребления, их подвергают переработке, имеющей целью удаление из Г. п. г. механич. примесей, вредных компонентов (№3), тяжёлых углеводородных газов (пропана, бутана и др.) и водяных паров. Для удаления механич. примесей применяются сепараторы различной конструкции. Удаление влаги из газов осуществляется низкотемпературной сепарацией, т. е. конденсацией водяных паров при низких темп-рах (до -30 °С), развивающихся в сепараторах вследствие дросселирования газа (снижение давления газа в 2-4 раза), или поглощением водяных паров твёрдыми (см. Адсорбция) или жидкими (см. Абсорбция) веществами. Такими же способами выделяются из газов и тяжёлые углеводородные газы с получением сырого газового бензина, к-рый затем разделяется (см. Ректификация) на стабильный газовый бензин и товарные лёгкие углеводороды (технич. пропан, технич. бутан, пропан-бутановая смесь и др. фракции). При необходимости из Г. п. г. удаляются и вредные вещества, гл. обр. сероводород. Для удаления серы из газов используется ряд твёрдых и жидких веществ, связывающих серу. Газ после обработки на промысле под давлением 4,5-5,5 Мн/м2 (45-55 кгс/см2) подаётся по коллектору для осушки на промысловый газосборный пункт или на головные сооружения магистрального газопровода. Г. п. г. чисто газовых месторождений обычно подвергаются лишь осушке и очистке от твёрдых примесей.
Переход к комплексному проектированию разработки газовых месторождений, интенсификация притока газа к скважинам, автоматизация установок на газовых промыслах позволили значительно увеличить рабочие дебиты скважин, улучшить подготовку газа к транспортировке и снизить себестоимость природного газа.
Е. В. Левыкин.
Лит.: Газовые месторождения СССР. Справочник, 2 изд., М., 1968; Еременко Н. А., Геология нефти и газа, М., 1968; Смирнов А. С., Щирковский А. И., Добыча и транспорт газа. М., 1957; Коротаев Ю. П., Полянский А. П., Эксплуатация газовых скважин, 2 изд., М., 1961; Шмыгля П. Т., Разработка газовых и газоконденсатных месторождений (теория и практика), М., 1967; Баз лов М. Н., Жуков А. И., Алексеев Т. С., Подготовка природного газа и конденсата к транспорту, М., 1968; Разработка газового месторождения системой неравномерно расположенных скважин, М., 1968; Гудков С. Ф., Переработка углеводородов природных и попутных газов, М., 1960.
0604.htm
ГАЛАКТОЗА, моносахарид, один из наиболее часто встречающихся в природе |
