Технология использования сжатых газов (стр. 24 )

8.2.5 Охлаждающие свойства СУГ

При максимальном отборе паровой фазы из резервуара давление паров в нем падает, жидкая фаза начинает кипеть и переходить в паровую, но на это затрачивается большое количества тепла парообразования. Откуда оно берется? Это тепло отбирается от самой жидкой фазы и жидкость в сосуде охлаждается, от оборудования, от окружающей среды (рис. 8.1). Баллон, емкость снаружи покрывается “снежной шубой”, грунт промерзает до -15 – -20°С. Причем это происходит и в зимнее и в летнее время.

Применяемые конструкционные материалы должны быть хладостойкими (сталь 3 сп, 16 ГС, ковкий чугун).

Дополнительный холод образуется при дросселировании.

Попадание жидкой фазы на тело человека вызывает обморожение, похожее на ожог, с образованием пузырей. Необходимы соответствующие меры безопасности.

Рисунок 8.1 – Схема теплопритоков в сосуде с СУГ

8.2.6 Кристаллогидраты

СУГ получаемый на заводах, как правило, не содержит воды и влаги. Но влага попадает при заполнении сосудов, транспортных цистерн (конденсат, после гидроиспытаний, соприкосновение с воздухом).

В зимнее время при прохождении газа через дроссельные регулирующие устройства его температура становится ниже окружающей. Некоторая часть водяной влаги вместе с парами СУГ конденсируется на дроссельном органе, создавая плотный снег или лед. Это – кристаллогидрат – смесь молекул газа и воды. Это соединение нестабильно и разлагается на газ и воду. Чтобы это предотвратить, в жидкую фазу вводят метанол (метиловый спирт) примерно 260 г/т газа. Температура замерзания спиртоводного раствора значительно ниже температуры замерзания воды.

8.2.7 Точка росы СУГ

В замкнутом объеме СУГ всегда находится в состоянии равновесия: сколько испарилось, столько и сконденсировалось. Но если понизить температуру СУГ (при том же давлении), то начнется конденсация, т. к. паровая фаза окажется перенасыщенной, капли начнут оседать в сосудах и газопроводах, что плохо для работы системы. Поэтому нужно стремиться использовать такие смеси СУГ, чтоб их точка росы была ниже окружающей температуры:

Пропан 100%-й ts =-42 °С (зима)

Бутан 100%-й ts = 0 °С (лето).

8.3  Горение газовоздушной смеси

Для горения 1 м3 пропана надо 24,6 м3 воздуха, но обычно подают даже избыток воздуха, чтоб не было недожога топлива.

Температура горения газов тем выше, чем тяжелее компоненты:

Метан 1875 °С

Этан 1895 °С

Пропан 1925 °С

Бутан 1900 °С

Скорость распространения пламени 0,4 – 0,8 м/с.

В горелочных устройствах не должно быть отрывов пламени от огневых отверстий и проскок пламени внутрь отверстия. Т. е. давление газа должно быть таким, чтобы скорость истечения газа через отверстие была примерно равна скорости распространения пламени.

Одорация СУГ. Пары СУГов бесцветны и не имеют запаха, что затрудняет их обнаружение в случае утечки. Для придания запаха добавляют одоранты – этилмеркаптан в количествах 60 – 90 г/т СУГ.

Запах должен ощущаться при концентрации газа в воздухе помещения от 0,3 – 0,5 %.

8.4 Получение СУГ

Основное сырье для получения СУГ – искусственные газы и естественные нефтяные газы.

Способы получения:

– из попутных нефтяных газов;

– из газового конденсата;

– из нефтезаводских газов.

Попутные нефтяные газы представляют наибольшую ценность для получения СУГ. Попутные газы образуются при добыче нефти как побочный продукт.

Рисунок 8.2 – Принципиальная технологическая схема

добычи попутного нефтяного газа:

1 – нефтяная скважина; 2 – сепаратор газа;

3 – установка обезвоживания нефти;

4 – установка подготовки газа; 5 – компрессор попутного газа

При выкачке нефти из пласта давление в нем снижается по отношению к исходному (пластовому), нарушается фазовое равновесие и из нефти выделяются углеводородные газы, которые были в ней растворены. Этот т. н. попутный газ перекачивается на газоперерабатывающий завод. Из него получают сухой товарный (метан + этан + часть пропана) газ, а также сжиженные газы: пропан, бутан и стабильный газовый бензин (компонент автобензина). Состав газов сильно колеблется в зависимости от месторождения. А из нефти дополнительно извлекают оставшийся попутный газ – т. н. газ нефтестабилизации.

В газоконденсатном месторождении под действием высокого пластового давления (10 – 60 МПа и более) в газовую фазу переходят некоторые жидкие компоненты нефти. При снижении давления до 4–8 МПа из газа в результате конденсации выпадает т. н. конденсат, содержащий компоненты СУГ, которые затем и отделяют. СУГ получают на газоперерабатывающих заводах.

Более 50% СУГ получают на нефтеперерабатывающих заводах в различных процессах (крекинг, пиролиз). Т. н. нефтезаводские газы направляют на газофракционирующие установки, где происходит разделение на компоненты.

8.4.1 Хранение СУГ

В больших количествах СУГ хранят в подземных резервуарах при избыточном давлении до 18 кгс/см. Резервуары выполняют в виде горизонтальных цилиндрических емкостей с эллиптическими днищами. Устанавливаются в траншею на глубине 0,6-0,7 м до верхней образующей (рис. 8.3).

Рисунок 8.3 – Подземный резервуар для хранения СУГ

Конструкция резервуара должна удовлетворять условиям прочности при максимальной и минимальной (с учетом эффекта охлаждения) температурах, максимальному давлению и вакууму, который может образоваться.

Давление испытания сосуда

Р = Рраб+3кгс/см².

Обычно таких резервуаров устанавливается несколько. Они связываются подземными или надземными трубами по паровой и жидкой фазам для выравнивания давления, т. е. работают как одно целое, но могут использоваться и раздельно.

Резервуары имеют редукционную головку для обеспечения технологических процессов слива СУГ из автоцистерны, снижения давления паров в резервуаре, контроля давления паров и уровня жидкой фазы, удаления жидкой фазы. Имеются сбросные клапаны для защиты от превышения давления.

Одна головка может быть установлена на группу резервуаров.

Все сооружения и коммуникации должны быть не ближе чем 3-5 м от габаритов резервуаров.

Засыпаются резервуары песком, предварительно защитив их от коррозии специальными покрытиями.

Для нужд коммунально-бытовых и сельскохозяйственных объектов широко используются баллоны. Они служат транспортной тарой и сосудами длительного хранения. Цвет – красный с белой надписью «Пропан».

Баллоны имеют в верхней части вентиль для обеспечения режимов наполнения расхода газа.

Баллонные установки оснащаются регуляторами давления – редукторами. Их назначение – снижение давления газа до требуемой величины и автоматическое поддержание этого давления независимо от давления в баллоне.

Баллоны могут устанавливаться индивидуально или как групповые в шкафах.

Количество рабочих баллонов

,

где n – количество потребителей (квартир, приборов и т. п.);

g – номинальная нагрузка потребителя, ккал/час;

Ko – коэффициент одновременности потребления;

Qn – низшая тепловая способность газа, ккал/м3;

V – расчетная производительность одного баллона м3/час.

8.4.2 Транспортировка СУГ

Транспортируют СУГ в цистернах. С точки зрения нагрузок и прочности предпочтительно транспортировать баллоны в вертикальном положении. Проверяется герметичность вентиля обмыливанием. Обычно пустые баллоны даются, а полные грузят на автотранспортное средство, специально оборудованное каркасом.

Используются также специальные автомобили-баллоновозы для транспортировки СУГ с числом баллонов 32, 40 и 54. Баллоны укладывают горизонтально на этажерке или "клетке" в 2 или 3 ряда.

Для транспортировки СУГ на большие расстояния используют ж/д цистерны. Однако более рентабельным оказывается применение автоцистерн. Их объем от 4 до 25 м3 рабочее давление 16-18 атм, температура -40°–50°С. Они оборудованы предохранительным клапаном на случаи пожара и переполнения.

8.4.3 Перегрузки СУГ (слив-налив)

При сливе сжиженных газов из резервуаров в трубопроводах образуется двухфазная смесь с различным соотношением пара и жидкости. Характер истечения СУГ не-однородный, как показано на рис. 8.4. В местах сопротивления (сужения, колено и т. п.) в потоке наступают кризисные явления, когда, не смотря на увеличение перепада давления, скорость потока остается практически постоянной, равной скорости звука. Происходит запирание течения. Поэтому необходимо принимать конечное давление меньшим или равным

,

где рн – начальное давление в опоражниваемом сосуде.

Сжиженный газ хранится в емкости под давлением, равным упругости паров. При перемещении СУГ по трубопроводам рекомендуется принимать давление рmin по соотношению

,

где рнас – давление насыщения паров (упругость паров);

Dрд – добавка, которая принимается равной;

Dрд = 1-1,2 МПа – для магистральных трубопроводов;

Dрд = 0,6-0,7 МПа – для недлинных трубопроводов;

Dрд = 0,12-0,2 МПа для коротких трубопроводов.

Рисунок 8.4 – Структура потока в насадке при истечении СУГ:

1 – гомогенная жидкость; 2 – эмульсия; 3 – пузырьковый режим; 4 – пробковый; 5 – дисперсно-кольцевой режим

Упругость паров СУГ в зависимости от времени года изменяется в широких пределах: для пропан-бутановой смеси от 0,15-0,4 МПа зимой до 1,7-1,8 МПа летом.

Обычно СУГ транспортируются по трубам над землей при рабочем давлении до 1,6 МПа.