Изотермическое хранение сжиженных газов

В зависимости от температуры и давления, при которых хранятся СУГ есть 2 способа их хранения:

Хранилище представляет собой тонкостенные резервуары большого объёма (от 5000 до 50 тыс.м³) цилинр.формы со сводчатой или конусной крышей. Наружные поверхности теплоизолируются. Стальные хранилища м.б. как в надземном так и в заглубленном исполнении. Поддержание низкой (-42 °С для пропана) м.б. осущественны путем испарения части СУГ и сброса газ.паров в газовые сети или специальные холодильные установки.

Поступление тепла через стенки резервуара незначительно ввиду хорошей теплоизоляции и вызывает испарение 0,3-0,5% объема хранящейся жидкости в сутки. Различают 3 основные технологические схемы изотермических хранилищ:

С комплексной холодильной установкой

С буферными емкостями

С промежуточным охлаждением

«Горячий» продукт, поступающий по трубе 1 дросселируется в резервуар 2с понижением давления и температуры. Пары образуются за счет теплопритока из вне и поступления горячего продукта, подаются компрессором 3 по трубопроводу 4 в холодильный агрегат 5, где они охлаждаются и конденсируются. Конденсат через дроссель вентель 6 поступает в изотермический агрегат. Мощность холодильного агрегата зависит от суммарного притока тепла в резервуар и определяется по формуле:

Q=Q₁+Q₂+Q₃,

Где Q₁ – поступление тепла заливаемого горячего продукта, кВт;

Где скорость слива СУГ из цистерны, кг/ч;

теплоемкость жидкой фазы СУГ, кДж/кг·°С;

температуря соответственно СУГ в цистерне и резервуаре;

Q₂ – приток тепла из внешней среды:

Где М – масса СУГ в цистерне, резервуаре, кг;

r – теплота парообразования СУГ, кДж/кг;

0,05 – кол-во испаряющейся жидкости в сутки

Q₃ – прочие теплопоступления, не поддающиеся точному расчету.:

Q₃=b(Q₂+Q₃)

b=0,04-0,12

20. Состав сжиженных углеводородных газов.

Под СУГ понимают такие индивидуальные углеводороды или их смеси, которые при норм.условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления без изменения температуры или незначительном понижении температуры при атмосферном давлении переходит в жидкое состояние. При нормальных условиях из предельных углеводородов (C_nH_2n+2)газами являются лишь метан, этан, пропан, и бутан. При О ⁰С этан конденсируется в жидкость при повышении давления до 3 Мпа. Пропан до 0,47 Мпа, Н-бутан до 0,116 МПа, Изобутан до 0,16 МПа. Рассмотрим какие углеводороды переходят в жидкое состояние при сравнительно небольшом понижении температуры и атмосферном давлении температура кипения для метана – 165,5⁰С, для этана – 88,5⁰С, пропана -42⁰С, Н-бутана -0,5⁰С. Наиболее подходящей для практического применения являются пропан и бутан. На ряду с нормальными предельными углеводородами существуют изомерные соединения, отличающиеся характером расположения атомов углерода, а также некоторыми свойствами. Изомер бутана – изобутан.

Структура и ф-ла Н-бутана СН₃-СН₂-СН₂-СН₃

Изобутан:

Помимо предельных в состав СУГ встречаются также группа ненасыщ. Или непредельных углеводородов, характеризуются двойной или тройной связью между атомами углерода. Это этилен, пропилен, бутилен (нормальный и изомерный). Общая формула непредельных углеводородов с двойной связью С_nН_2n. Этилен С2Н4 СН2=СН2. Для получения сжиженных углеводородных газов используется жирные природные газы, т.е. газы из нефтяных и конденсатных месторождений , содержащих большое количество тяжелых углеводородов. На газоперерабатывающих заводах их этих газов выделяются пропан-бутановую фракцию и газовый бензин(С5Н12). Технический пропан и бутан а также их смеси представляют собой сжиженный газ, используемый для газоснабжения потребителей.

Технические газы отличаются от чистых содержанием небольших количеств углеводорода и наличием примеси. Для технического пропана содержание С3Н8+С3Н6(пропилен) д.б. не < 93%. Содержание С2Н6 +С2Н4(этилен) не> 4%. Содержание С4Н10+С4Н8 не >3%.

Для технического бутана: С4Н10+С4Н8 д.б. не < 93%. С3Н8 +С3Н6 не> 4%. С5Н12+С5Н10 не >3%.

Для смеси тех. бутана и пропана содержание : С3Н8+С3Н6, С4Н10+С4Н8 д.б. не < 93%. С2Н6 +С2Н4 не> 4%. С5Н12+С5Н10 не >3%.

Основные компоненты СУГ - бутан и пропан относятся к насыщенным углеводородам открытого старения. Состав СУГ исп-ых в кач-ве топлива д.б. таким, чтобы обеспечивалось полное испарение ж-ти при естеств. или искусств.испарении.

Для пропан-бутановых смесей хар-но фракц. испарение( сначала испаряется более легкий пропан, а затем бутан), что явл-ся их осн.недост-ком.

Состав сжиженных газов, применяемых для г-я с учетом Клим.условий и опр-ся треб-ми ГОСТ20.448-90»Газы УВ сжиженные топливные для коммун-быт потреб. Тех. условия.»

Состав подбирается так, чтобы при низких темп-рах зимой, упругость паров смеси была достаточной для норм.работы рег-ров, а при высоких темп. летом не превышала макс. расчетного давления, на которое рассчитаны баллоны и резервуары для СУГ.

Согласно ГОСТ Рнас. паров смеси

д.б. не менее 0,16 МПа при т= -20 С

не более 1,6 МПа при т = +45 С

Если сжиж. пропан может прим. при т = -35… + 45 С, то бутан в условиях с естеств. испарением не м.б. исп. при т<0С, хотя при «+» темп.он имеет преим-ва перед пропаном.

Поэтому подбором состава сжиж. газа м.получать желаемые св-ва.

ГОСТ уст-ет 3 марки СУГ:

- смесь прпана и бутана технич.зимняя(СПБТЗ)

- -//- летняя(СПБТЛ)

- бутан технич.(БТ)

Зимой в составе смеси д.б.больше пропана и пропилена, а летом кол-во их м.б.уменьшено.Также лимитируется содерж.бутана и бутилена в смеси,т.к. при низких темп-ах они имеют малую упругость паров. С учетом оптим. упругости нас. паров ГОСТ предусматривает содерж.пропана и пропилена в СПБТЗ не менее 75% по массе, а в СПБТЛ и БТ оно не нормируется. Сумма бутана и бутилена в СПБТЗ не норм-ся, а в летней не более 60% и в БТ не менее 60% по массе.

Свойства СУГ.

Под СУГ понимается такие индивидуальные углеводороды или их смеси, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при незначительном повышении давления без изменения температуры или незначительном уменьшении температуры при Р_атм,переходят в жидкое состояние.

Температура кипения

метан -161,5 С

этан -88,5 С

пропан -42,1 С

н-бутан -0,5 С

Т. обр. наиболее подходящим для пракитческого применения является пропан и бутан.

Возможны 3 состояния СУГ в котором они находятся при хранении и использовании:

- в виде жидкости (жидкая фаза);

- в виде пара (паровая фаза, т.е. насыщенные пары находятся совместно с жидкой фазой в баллоне);

- в виде газа (когда Р в паровой фазе ниже Р насыщенных паров при данной температуре).

Представляет собой бесцветное вещество без запаха и вкуса, и практически нерастворимое в воде.

Упругость насыщенных паров газа важнейший параметр по которому определяется рабочее давление в баллонах и резервуарах. В газообразном состоянии СУГ в 1,5...2,1 раза тяжелее воздуха. В жидком в 2 раза легче воды.

Вязкость очень мала, что облегчает транспортировку СУГ по трубопроводам, благоприятствует утечкам.

Низкие пределы воспламенения в воздухе (2,4...1,86%).

пропан – 510 °С

бутан – 490 °С.

Низкая температура кипени и поэтому при испарении во время внезапного выхода в атмосферу из газопровода или резервуара охлаждается до отрицательных температур. Жидкая фаза попадая на незащищенные участки тела может привести к обморожению.

Большой коэффициент объемного расширения жидк. фаза СУГ довольно резко увеличивает свой объем при повышении температуры (в 16 раз больше чем вода),поэтому при заполнении баллона или резервуара необходимо учитывать возможность увеличения объема жидкости, т.е. при заполнении остается паровая подушка объемом 10...15%

Объемная теплота сгорания СУГ в 2,5...3,5 раза выше, чем у природных газов.

Сжимаемость СУГ по сравнению с другими жидкостями весьма значительна. Если сжимаемость воды принять равной 1, то для пропана она будет равна 15.

Сжиженные газы имеют более высокую, чем прир., объемную темпер.сгорания (в 3 р. больше)

Скрытая теплота парообразования весьма незначительна 116 кДж/кг.

Диффузия их в атмосферу осуществляется очень медленно, особенно при отсутствии ветра.

Плотность, кг/м3 – отношение массы тела к его объему, зависящее от углеводородного состава и его состояния. Плотность паровой фазы СУГ – сложная функция температуры, состояния и давления для каждого компонента.

Диффузия в атмосферн возд медленна, особенно при отсутствии ветра.