Компания газойл центр. Сжиженный углеродный газ (СУГ)

Сжиженные углеводородные газы применяются в качестве автомобильного топлива.

За сравнительно короткий промежуток времени пройден достаточно трудный путь по организации учета сжиженных газов, ясного понимания процессов, происходящих при перекачке, измерении, хранении, транспортировке.

Общеизвестно, что добыча и использование нефти и газа в России имеет многовековую историю. Однако технический уровень промыслового газового хозяйства до XX века был исключительно примитивным. Не находя экономически обоснованных областей применения, нефтепромышленники не только не заботились о сохранении газа или легких фракций углеводородов, но и старались от них избавиться. Негативное отношение наблюдалось и к бензиновым фракциям нефти, поскольку они вызывали повышение температуры вспышки и опасность загорания и взрывов. Выделение газовой промышленности в 1946 г. в самостоятельную отрасль позволило революционно изменить ситуацию и резко увеличить как объём добычи газа в абсолютном значении, так и его удельный вес в топливном балансе страны. Быстрые темпы роста добычи газа стали возможны благодаря коренному усилению работ по строительству магистральных газопроводов, соединивших основные газодобывающие районы с потребителями газа крупными промышленными центрами и химическими заводами.

Тем не менее, основательный подход к точному измерению и учету сжиженных газов в нашей стране стал появляться не более 10 - 15 лет назад. Для сравнения, сжиженный газ в Англии производится с начала 30-х годов XX века, с учетом того, что это страна с развитой рыночной экономикой, технология измерения и учета сжиженных газов, а также производство специального оборудования для этих целей стали развиваться практически с началом производства.

Итак, коротко рассмотрим, что представляют собой сжиженные углеводородные газы и как они производятся. Сжиженные газы делятся на две группы:

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) - представляют собой смесь химических соединений, состоящую в основном из водорода и углерода с различной структурой молекул, т.е. смесь углеводородов различной молекулярной массы и различного строения. Основными компонентами СУГ являются пропан и бутан, в виде примесей в них содержатся более легкие углеводороды (метан и этан) и более тяжелые (пентан). Все перечисленные компоненты являются предельными углеводородами. В состав СУГ могут входить также непредельные углеводороды: этилен, пропилен, бутилен. Бутан-бутилены могут присутствовать в виде изомерных соединений (изобутана и изобутилена).

ШФЛУ - широкая фракция легких углеводородов, включает в основном смесь легких углеводородов этановой (С2) и гексановой (С6) фракций.

В целом типичный состав ШФЛУ выглядит следующим образом: этан от 2 до 5%; сжиженный газ фракций С4-С5 40-85%; гексановая фракция С6 от 15 до 30%, на пентановую фракцию приходится остаток.

Учитывая широкое применение в газовом хозяйстве именно СУГ, следует более подробно остановиться на свойствах пропана и бутана.

Пропан — это органическое вещество класса алканов. Содержится в природном газе, образуется при крекинге нефтепродуктов. Химическая формула C 3 H 8 (рис. 1). Бесцветный газ без запаха, очень малорастворим в воде. Точка кипения -42,1С. Образует с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров от 2,1 до 9,5%. Температура самовоспламенения пропана в воздухе при давлении 0,1 МПа (760 мм рт. ст.) составляет 466 °С.

Пропан используется в качестве топлива, основной компонент так называемых сжиженных углеводородных газов, в производстве мономеров для синтеза полипропилена. Является исходным сырьём для производства растворителей. В пищевой промышленности пропан зарегистрирован в качестве пищевой добавки E944, как пропеллент.

Бутан (C 4 H 10) — органическое соединение класса алканов. В химии название используется в основном для обозначения н-бутана. Химическая формула C 4 H 10 . Такое же название имеет смесь н-бутана и его изомера изобутана СН(СНз)з. Бесцветный горючий газ, без запаха, легко сжижаемый (ниже 0 °С и нормальном давлении или при повышенном давлении и обычной температуре — легколетучая жидкость). Содержится в газовом конденсате и нефтяном газе (до 12 %). Является продуктом каталитического и гидрокаталитического крекинга нефтяных фракций.

Производство, как сжиженного газа, так и ШФЛУ осуществляется за счет следующих трех основных источников:

• предприятия нефтедобычи - получение СУГ и ШФЛУ происходит во время добычи сырой нефти при переработке попутного (связанного) газа и стабилизации сырой нефти;
• предприятия газодобычи - получение СУГ и ШФЛУ происходит при первичной переработке скважинного газа или несвязанного газа и стабилизации конденсата;
• нефтеперегонные установки - получение сжиженного газа и аналогичных ШФЛУ происходит при переработке сырой нефти на НПЗ. В данной категории ШФЛУ состоит из смеси бутан-гексановых фракций (С4-С6) с небольшим количеством этана и пропана.

Основное преимущество СУГ - возможность их существования при температуре окружающей среды и умеренных давлениях, как в жидком, так и в газообразном состоянии. В жидком состоянии они легко перерабатываются, хранятся и транспортируются, в газообразном имеют лучшую характеристику сгорания.

Состояние углеводородных систем определяется совокупностью влияний различных факторов, поэтому для полной характеристики необходимо знать все параметры. К основным параметрам, поддающимся непосредственному измерению и влияющим на режимы течения СУГ, относятся давление, температура, плотность, вязкость, концентрация компонентов, соотношение фаз.

Система находится в равновесном состоянии, если все параметры остаются неизменными. При таком состоянии в системе не происходит видимых качественных и количественных изменений. Изменение хотя бы одного параметра нарушает равновесное состояние системы, вызывая тот или иной процесс.

Углеводородные системы могут быть гомогенными и гетерогенными. Если система имеет однородные физические и химические свойства - она гомогенна, если же она неоднородна или состоит из веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях - она гетерогенна. Двухфазные системы относятся к гетерогенным.

Под фазой понимается определенная гомогенная часть системы, имеющая четкую границу раздела с другими фазами.

Сжиженные газы при хранении и транспортировании постоянно изменяют свое агрегатное состояние, часть газа испаряется и переходит в газообразное состояние, а часть конденсируется, переходя в жидкое состояние. В тех случаях, когда количество испарившейся жидкости равно количеству сконденсировавшегося пара, система жидкость-газ достигает равновесия и пары на жидкостью становятся насыщенными, а их давление называется давлением насыщения или упругостью паров.

Упругость паров СУГ возрастает с повышением температуры и уменьшается с ее понижением.

Сжиженные углеводородные газы транспортируются в железнодорожных и автомобильных цистернах, хранятся в резервуарах различного объема в состоянии насыщения: в нижней части сосудов размещается кипящая жидкость, а в верхней находятся сухие насыщенные пары. При снижении температуры в резервуарах часть паров сконденсируется, т. е. увеличивается масса жидкости и уменьшается масса пара, наступает новое равновесное состояние. При повышении температуры происходит обратный процесс, пока при новой температуре не наступит равновесие фаз. Таким образом, в резервуарах и трубопроводах происходят процессы испарения и конденсации, которые в двухфазных средах протекают при постоянном давлении и температуре, при этом температуры испарения и конденсации равны.

В реальных условиях в сжиженных газах в том или ином количестве присутствуют водяные пары. Причем их количество в газах может увеличиваться до насыщения, после чего влага из газов выпадает в виде воды и смешивается с жидкими углеводородами до предельной степени растворимости, а затем выделяется свободная вода, которая отстаивается в резервуарах. Количество воды в СУГ зависит от их углеводородного состава, термодинамического состояния и температуры. Доказано, что если температуру СУГ снизить на 15-30 0 С, то растворимость воды снизится в 1,5-2 раза и свободная вода скопится на дне резервуара или выпадет в виде конденсата в трубопроводах. Скопившуюся в резервуарах воду необходимо периодически удалять, иначе она может попасть к потребителю или привести к поломке оборудования.

Согласно методам испытаний СУГ определяют наличие лишь свободной воды, присутствие растворенной допускается.

За рубежом предъявляются более жесткие требования на наличие воды в СУГ и ее количество, посредством фильтрации доводится до 0,001% по массе. Это оправдано, так как растворенная вода в сжиженных газах является загрязнителем, ибо даже при положительных температурах она образует твердые соединения в виде гидратов.

Гидраты можно отнести к химическим соединениям, так как они имеют строго определенный состав, но это соединения молекулярного типа, однако химическая связь на базе электронов у гидратов отсутствует. В зависимости от молекулярной характеристики и структурной формы внутренних ячеек, различные газы внешне представляют собой четко выраженные прозрачные кристаллы разнообразной формы, а гидраты, полученные в турбулентном потоке - аморфную массу в виде плотно спрессованного снега.

В большинстве случаев, говоря о сжиженных газах, подразумеваются углеводороды соответствующие ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные для коммунально-бытового потребления» и ГОСТ 27578-87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта». Они представляют собой смесь, состоящую в основном из пропана, бутана и изобутана. Благодаря идентичности строения их молекул приближенно соблюдается правило аддитивности: параметры смеси пропорциональны концентрациям и параметрам отдельных компонентов. Поэтому по некоторым параметрам можно судить о составе газов.

Сжиженные углеводородные газы относятся к низкокипящим жидкостям, способным находиться в жидком состоянии под давлением насыщенных паров.

1. Температура кипения:Пропан -42 0 С; Бутан - 0,5 0 С.
2. При нормальных условиях объем газообразного пропана больше в 270 раз, чем объем пропана сжиженного.
3. Сжиженные углеводородные газы характеризуются высоким коэффициентом теплового расширения.
4. СУГ характеризуются низкой плотностью и вязкостью по сравнению со светлыми нефтепродуктами.
5. Нестабильность агрегатного состояния СУГ при течении по трубопроводам в зависимости от температуры, гидравлических сопротивлений, неравномерности условных проходов.
6. Транспортирование, хранение и измерение СУГ возможны только посредством закрытых (герметизированных) систем, рассчитанных, как правило, на рабочее давление 1,6 МПа. ГОСТ Р 55085-2012
7. Перекачивающие, измерительные операции требуют применения специального оборудования, материалов и технологий.

Во всем мире, углеводородные системы и оборудование, а также устройство технологических систем подчинено единым требованиям и правилам.

Сжиженный газ представляет собой ньютоновскую жидкость, поэтому процессы перекачивания и измерения описываются общими законами гидродинамики. Но функция углеводородных систем сводится не только к простому перемещению жидкости и ее измерению, но и обеспечению уменьшения влияния «отрицательных» физико-химических свойств СУГ.

Принципиально, системы, перекачивающие СУГ, мало отличаются от систем для воды и нефтепродуктов, и, тем не менее, необходимо дополнительное оборудование, гарантирующее качественные и количественные характеристики измерения.

Исходя из этого технологическая углеводородная система, как минимум должна иметь в своем составе резервуар, насос, газоотделитель, измеритель, дифференциальный клапан, отсечной или регулирующий клапан, устройства безопасности от превышения давления или скорости потока.

Резервуар хранения должен быть оборудован входным патрубком для налива продукта, линией слива для отпуска и линией паровой фазы, которая используется для выравнивания давления, возврата паров от газоотделителя или калибровки системы.

Насос - обеспечивает давление, необходимое для движения продукта через систему отпуска. Насос должен быть подобран по емкости, производительности и давлению.

Измеритель - включает преобразователь количества продукта и отсчетное устройство (индикацию) которое может быть электронным или механическим.

Газоотделитель - отделяет пар, образованный во время потока жидкости, прежде чем он достигнет счетчика и возвращает его в паровое пространство резервуара.

Дифференциальный клапан - служит для обеспечения прохождения через счетчик только жидкого продукта, посредством создания после счетчика избыточного дифференциального давления, заведомо большего, чем давление паров в емкости.

СНГ (анг. — L P G — Liquified Petroleum Gas – сжиженный нефтяной газ) представляет собой смесь пропана (C3H8) и бутана (C4H10), используемый в качестве топлива, хладагента в холодильниках и морозильниках, создание давления в аэрозолях (менее вредный для озонового слоя). Также используется в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Компоненты СНГ — это органические углеводородные соединения из группы алканов, которые являются бесцветными газами, без запаха и легко воспламеняются. СНГ хранится в жидком состоянии и используется в газообразном состоянии после процедуры испарения. После конденсации увеличивает плотность запасенной энергии, что в использовании для управления машины очень важно (один литр газа в жидком состоянии формируется из 260 литров газа в летучей фазе).

СНГ сжимается и хранится в жидком виде в основном для удобства хранения и транспортировки. Потому что он не теряет и не изменяет своих свойств в течении долгого времени, то есть, не выветривается, не меняет свое состояние и т.д., может храниться долгосрочно без ущерба качества и производительности. Октановое число СНГ является более благоприятным по сравнению с бензином и дизельным топливом и, в зависимости от доли пропана и бутана, становит от 90 до 110 октана. Энергоэффективность СНГ ниже, чем у традиционных видов топлива из-за более низкой энергии на единицу объема (хотя единица веса выше). Это приводит к увеличению сгорания на 10-20%, по сравнению с бензиновым топливом, однако цена колеблется в районе 50% цены бензина.

Плюсом является то, что СНГ — это естественный газ и не нужно «распылять» его в цилиндры так, как бензиновое топливо, благодаря этому он сгорает более эффективно и безопасно в двигателе, даже когда двигатель холодный. СНГ горит относительно чисто, без дыма и пепла. Это способствует образованию небольшого количества вредных веществ.

По сравнению с дизельным топливом:

— 90% меньше твердых частиц
— 90% меньше оксидов азота
— На 70% меньший потенциал образования озона
— 60% меньше углекислого газа
— СНГ не может загрязнять подземные источники, потому что он не растворяется в воде.

Сокращения, которые встречаются

Аббревиатура СНГ не имеет ничего общего с аналогичными звучаниями других названий, которые ссылаются на другие виды топлива, которыми являются природный газ или биогаз. Основным компонентом последних является метан, который оказывает воздействие на некоторые из используемых сокращений, такие как:

CNG — сжатый природный газ (СПГ)
CMG — сжатый газ метан (СМ)
LNG — Liquified Natural Gas — сжиженный природный газ (СПГ)
LBG — — Liquified Biogas — сжиженный биогаз
CBG — Compressed Biogas — сжатый биогаз

Почему пропан смешивают с бутаном?

Октановое число (ОЧ) отвечает за сопротивление топлива детонации. Оно достигается за счет увеличения содержания насыщенных углеводородов (например, пропана, н-бутана, изобутана). Наибольшее влияние на ОЧ имеет изобутан, имеющий крупнейшее значение этого параметра. Содержание пропилена и бутена снижает октановое число СНГ. Содержание диена (ненасыщенные углеводороды) также снижает ОЧ. Что более важно — они имеют тенденцию к полимеризации, что способствует образованию осадка, так называемого нагара в баке, в топливной системе и камере сгорания. Таким образом, состав СНГ использующегося как автомобильное топливо должен соответствовать определенным требованиям прописанным в регламентирующих документах.

Упругость паров (летучесть смеси) является очень важной в низких температурах окружающей среды. Удержание ее на соответствующем уровне дает возможность СНГ выйти из бака. Оба компонента смеси являются газообразными и низкокипящими — пропан кипит при атмосферном давлении уже при -42 ° С, бутан, в тех же условиях температуры при -0,5 ° С.

По этой причине, в зимний период содержание пропана в автогазе увеличивается. Это является способом увеличения упругости паров газа (летучесть). Эта норма говорит про обязанность использовать в зимний период смесь пропана и бутана, которая обеспечивает минимальную упругость пара – 150 кПа при температуре окружающей среды -10 ° C (вид А). Однако каждая палка имеет два конца. Летом слишком высокая упругость пара может вызвать испарение газа в магистрали, которое также приводит к нарушению в работе двигателя. Таким образом АГЗС должны продавать летом летний газ, а зимой зимний газ. Чаще всего проблемы начинаются зимой – когда продают летний газ. Летом соотношение смеси составляет около 40% пропана и 60% бутана, а зимой соотношение является противоположным: 60/40.

Температура, при которой относительная упругость (давление) пара не менее 150 кПа

В зимний период цена на СНГ выше.

Иногда зимой мы встречаемся с мнением, что при низких температурах, автомобиль с газовой системой СНГ плохо работает: нет скорости и двигатель работает неравномерно. Проблемы ищут в неправильности газовой установки. Однако часто это бывает, из-за плохого качества газового топлива.

В погоне за низкими ценами, нечестным продавцы, которых, к счастью, становится все меньше, предлагают более дешевый газ с неправильными параметрами. Выход из этой ситуации заключается в том, что бы перестать искать дополнительную экономию топлива, делая покупки на случайных станциях заправки СНГ. Так же эта проблема в меньшей степени касается 4 поколения ГБО – когда идет снижение давления автомобиль просто переходит на бензин. С одной стороны это плохо – Вы не доедете на газе до места назначения. С другой стороны это убережет Ваш двигатель от прежде временного выхода из строя.

В различных европейских странах применяют разные виды газа, в зависимости от климата. В странах, расположенных в районах Крайнего Севера содержание пропана в СНГ выше, иногда это просто чистый пропан, в южных (теплых) странах увеличивают содержание бутана, снижая упругость пара, что бы испарения не происходило в топливной магистрали.

Как сделать СНГ?

Сегодня СНГ производится 3 разными методами.

Метод I (непосредственно из сырой нефти)

Чтобы максимально использовать содержащиеся в нефти газы, их добывают сразу на месторождения. Извлеченная из вала нефть попадает в специальное оборудование, которое называется дистрибьютор, где, в связи с падением давления высвобождаются газы, растворенные в ней. Потом нефть попадает в резервуары, где она стабилизируется. Во время этого процесса выделяются компоненты: этан, пропан, бутан и частично пентан. В этих процессах также получается газолин (смесь легких жидких углеводородов), который содержит значительные количества этана, пропана и бутана.

Метод II

Наиболее важным на нашем рынке является способ получения жидкого газа в обработке нефтеперерабатывающих заводов. Пропан-бутан в них образуются во время крекинга и гидрогенизации сырой нефти. В ходе этих процессов наступает термическое разложение углеводородов. Крекинг – это распределения крупных частиц из углеводородов, содержащихся в сырой нефти на большое количество мелких частиц. Процесс осуществляется без воздуха и включает нагревание нефти. Гидрирование представляет собой процесс, в котором нефть, обогащается водородом при высоком давлении и температуре. Таким образом достигаются легкие углеводороды с более высоким содержанием водорода и более низкой температурой кипения. Количество СНГ собранного в ходе обработки сырой нефти (по массе) бывает примерно 2%.

Метод III

Сжиженный газ является продуктом одгазолирования природного газа, произведенного в процессе переработки нефти. Он включает в себя разделение углеводородов из газа более тяжелых чем этан, и как следствие получаем в основном пропан и бутан. Газы, состоящие из смеси СНГ также находятся в месторождениях природного газа.

Почему газ воняет?

В целях безопасности, жидкую пропан-бутановую смесь ароматизируют. Запах СНГ должен быть неприятным и чувствоваться при концентрации составляющей пятую часть нижнего предела взрываемости.

Для ароматизации газа используется этантиол (этилмеркаптан, который включает в себя, среди прочих, соединения серы). Это органическое соединение, присутствующим в низких концентрациях в сырой нефти, известное своим очень сильным неприятным запахом. Его можно уже почувствовать в воздухе при концентрации 0,00035 частей на миллион (ppm).

В 2000 году, в Книге рекордов Гиннесса, это соединение было установлено, как самое зловонное вещество в мире.

Ароматизация СНГ также связана со снижением содержания серы в топливе. Достижение содержания серы в жидких газах со стандартом с 2009 года, в классических двигательных топливах (10 ppm — 10 частиц серы на 1 млн. частиц раствора) очень трудно, потому что ароматизатор поднимает содержание этого элемента. Содержание серы после ароматизации может составлять до 50 мг / кг.

Сжиженный углеводородный газ (СУГ) — это углеводороды или их смеси, которые при нормальном давлении и температуре окружающего воздуха находятся в газообразном состоянии, но при увеличении давления на относительно небольшую величину без изменения температуры переходят в жидкое состояние.

Сжиженные газы получают из попутных нефтяных газов, а также газоконденсатных месторождений. На перерабатывающих заводах из них извлекают этан, пропан, а также газовый бензин. Наибольшую ценность для отрасли газоснабжения имеют пропан и бутан. Их главное преимущество в том, что их легко хранить и перевозить в виде жидкости, а использовать в виде газа. Другими словами, для перевозки и хранения сжиженных газов используются плюсы жидкой фазы, а для сжигания — газообразной.

Сжиженный углеводородный газ получил широкое применение во многих странах мира, включая Россию, для нужд промышленности, жилищного и коммунально-бытового сектора, нефтехимических производств, а также в качестве автомобильного топлива.

Молекула пропана состоит из трех атомов углерода и восьми атомов водорода

Пропан

Для систем газоснабжения, эксплуатируемых в России, наиболее подходящим является технический пропан (C 3 H 8), так как он имеет высокую упругость паров вплоть до минус 35°C (температура кипения пропана при атмосферном давлении — минус 42,1°C). Даже при низких температурах из баллона или газгольдера, наполненного пропаном, легко отбирать нужное количество паровой фазы в условиях естественного испарения. Это позволяет устанавливать газовые баллоны со сжиженным пропаном на улице зимой и отбирать паровую фазу при низких температурах.

Бутан

При сгорании молекулы бутана в реакцию вступают четыре атома углерода и десять атомов водорода, что объясняет его большую теплотворную способность по сравнению с пропаном

Бутан (C 4 H 10) — более дешевый газ, но отличается от пропана низкой упругостью паров, поэтому применяется только при положительных температурах. Температура кипения бутана при атмосферном давлении — минус 0,5°C.

Температура газа в резервуарах системы автономного газоснабжения должна быть положительной, иначе испарение бутановой составляющей СУГ будет невозможно. Для обеспечения температуры газа выше 0°C используется геотермальное тепло: газгольдер для частного дома устанавливается подземно.

Смесь пропана и бутана

В коммунально-бытовой сфере используется смесь пропана и бутана технических (СПБТ), в быту называемая пропан-бутаном. При содержании бутана в СПБТ свыше 60% бесперебойная работа резервуарных установок в климатических условия России невозможна. В таких случаях для принудительного перевода жидкой фазы в паровую применяются испарители СУГ .

Особенности и свойства СУГ

Свойства сжиженных газов влияют на меры безопасности, а также конструктивные и технические особенности оборудования, в котором они хранятся, перевозятся и используются.

Отличительные особенности сжиженных газов:

• высокая упругость паров ;
• не имеют запаха . Для своевременного выявления утечек сжиженным газам придают специфический запах — производят одоризацию этилмер-каптаном (C 2 H 5 SH);
• невысокие температуры и пределы воспламеняемости. Температура воспламенения бутана — 430°C, пропана — 504°C. Нижний предел воспламеняемости пропана — 2,3%, бутана — 1,9%;
• пропан, бутан и их смеси тяжелее воздуха . В случае утечки сжиженный газ может скапливаться в колодцах или подвалах. Запрещается устанавливать оборудование, работающее на сжиженном газе, в помещениях подвального типа;
• переход в жидкую фазу при увеличении давления или уменьшении температуры ;
• высокая теплотворная способность . Для сжигания СУГ необходимо большое количество воздуха (для сжигания 1 м³ газовой фазы пропана необходимо 24 м³ воздуха, а бутана — 31 м³ воздуха);
• большой коэффициент объемного расширения жидкой фазы (коэффициент объемного расширения жидкой фазы пропана в 16 раз больше, чем у воды). Баллоны и резервуары заполняются не более чем на 85% геометрического объема. Заполнение более чем на 85% может привести к их разрыву, последующему быстрому истечению и испарению газа, а также воспламенению смеси с воздухом;
• в результате испарения 1 кг жидкой фазы СУГ при н. у. получается 450 литров паровой фазы. Другими словами, 1 м³ паровой фазы пропан-бутановой смеси имеет массу 2,2 кг;
• при сгорании 1 кг пропан-бутановой смеси выделяется около 11,5 кВт×ч тепловой энергии;
• сжиженный газ интенсивно испаряется и, попадая на кожу человека, вызывает обморожение.

Зависимость плотности пропан-бутановой смеси от ее состава и температуры

Таблица плотностей сжиженной пропан-бутановой смеси (в т/м³) в зависимости от ее состава и температуры

T — температура газовой смеси (среднесуточная температура воздуха); P/B — соотношение пропана и бутана в смеси, %

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) (англ. Liquefiedpetroleumgas (LPG) ) - смесь сжиженных под давлением лёгких углеводородов с температурой кипения от − 50 до 0 °C. Предназначены для применения в качестве топлива. Состав может существенно различаться, основные компоненты: пропан, бутан, пропилен, изобутан, изобутилен, н-бутан и бутилен.

Сырьем для получения СУГ являются в основном нефтяные попутные газы, газоконденсатных месторождений и газы, получаемые в процессе переработки нефти. Транспортируется и хранится в баллонах и газгольдерах. Применяется для приготовления пищи, кипячения воды, отопления, используется в зажигалках, в качестве топлива на автотранспорте.

В сосудах (цистернах, резервуарах, баллонах) для хранения и транспортировки СУГ одновременно находится в 2-х фазах: жидкой и парообразной, причем 85% от объема сосуда занимает жидкая фаза, 15% паровая. СУГ хранят, транспортируют в жидком виде под давлением, которое создаётся собственными парами газа. Это свойство делает СУГ удобными источниками снабжения топливом коммунально-бытовых и промышленных потребителей, т.к. сжиженный газ при хранении и транспортировке в виде жидкости занимает в сотни раз меньший объем, чем газ в естественном (газообразном или парообразном) состоянии, а распределяется по газопроводам и используется (сжигается) в газообразном виде.

Среди обычно применяемых топлив сжиженные углеводородные газы (СУГ) единственные в своем роде топлива, которые при определенном давлении и температуре могут транспортироваться и храниться в жидком виде. Однако при нормальном давлении и сравнительно низких температурах эти смеси испаряются и используются как газы. Переход сжиженных углеводородных газов в газообразное или жидкое состояние зависит от трех факторов:

– давления;

– температуры;

– объема.

Среди обычно применяемых топлив сжиженные углеводородные газы единственные в своем роде топлива, которые при определенном давлении и температуре могут транспортироваться и храниться в жидком виде. Однако при нормальном давлении и сравнительно низких температурах эти смеси испаряются и используются как газы. Переход сжиженных углеводородных газов в газообразное или жидкое состояние зависит от трех факторов - давления, температуры и объема.

Основные характеристики СУГ:

Жидкие углеводы, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются высоким объемным коэффициентом расширения, значительно превышающим коэффициент расширения бензина, керосина и воды, малой плотностью, значительной упругостью паров, возрастающей вповышением температуры жидкости.

Газообразные углеводороды, входящие в состав сжиженных газов, характеризуются различной плотностью, которая может быть меньше и больше плотности воздуха, медленной диффузией в атмосферу, особенно при отсутствии ветра, невысокой температурой воспламенения, низкими пределами взрываемости в воздухе, возможностью образования конденсата при снижении температуры до точки росы или при повышении давления.

Сжиженные газы пожаро– и взрывоопасны, малотоксичны, имеют специфический характерный запах, по степени воздействия на организм относятся к веществам 4-го класса опасности ГОСТ 12.1.007.

Сжиженные газы образуют с воздухом взрывоопасные смеси при концентрации паров пропана от 2,3 % до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 % до 9,1% (по объему), при давлении 0,1 МПа (1 атм.) и температуре 15 ÷ 20ºС. Температура самовоспламенения пропана в воздухе составляет 470ºС, нормального бутана – 405ºС. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (в пересчете на углерод) предельных углеводородов (пропан, нормальный бутан) – 300 мг/м 3 , непредельных углеводородов (пропилен, бутилен) – 100 мг/м 3 .

Сжиженные газы, попадая на тело человека, вызывают обморожение, напоминающее ожог. Пары сжиженного газа тяжелее воздуха и могут скапливаться в низких непроветриваемых местах.

Для обеспечения безопасности при использовании сжиженного газа, а также правильного обращения с этим продуктом необходимо учитывать основные свойства этого газа и специальные требования.

Технологические параметры сжиженного газа приведены в табл. 5.1:

Таблица 5.1

Технологические параметры сжиженного газа

Сжиженные углеводородные газы, подаваемые в населенные пункты, должны соответствовать требованиям ГОСТ 20448-90. Для коммунально-бытового потребления и промышленных целей стандартом предусматривается выпуск и реализация СУГ следующих марок:

– ПТ – пропан технический;

– СПБТ – смесь пропана и бутана техническая;

– БТ – бутан технический.

– СПБТЗ (смесь пропана и бутана технических зимняя).

–СПБТЛ (смесь пропана и бутана технических летняя).

Экономичность транспортировки

Для транспортировки сжиженных углеводородных газов СУГ нет необходимости в прокладке широкой сети газопроводов, строительстве опор и электрических сетей. СУГ транспортируют в резервуарах, баллонах и цистернах по железной дороге, по воде танкерами или автотранспортом в жидком состоянии. Поскольку в жидком состоянии газ занимает объем в несколько сот раз меньше своего первоначального объема, в единице объема этого газа сконцентрировано значительное количество тепловой энергии. Например, в 50-литровом баллоне содержится 22 кг СУГ, при испарении которого получается 11 м 3 паров пропана-бутана суммарной теплотворностью в 240 000 ккал. Такого баллона достаточно одной семье для приготовления пищи и подогрева воды в течение целого месяца.

При сжижении объем природного газа уменьшается более чем в 600 раз, что эквивалентно сжатию газа до давления 60 МПа. СУГ почти в два раза легче бензина, нетоксичен, химически не активен; удельная теплота сгорания (12000 ккал/кг) на 12 %, а октановое число на 15% выше, чем у бензина.

Потребление

Сжиженный природный газ и сжиженный пропан-бутан используется для тех же целей, что и магистральный природный газ:

– получение электрической и тепловой энергии в установках локальной энергетики;

– газификация населенных пунктов и промышленных объектов;

– применение в качестве моторного топлива;

– использование как сырья для химической промышленности;

Благодаря «двойственной» природе, с одной стороны, сжиженные газы имеют преимущества жидкости при транспорте и хранении (легкая транспортабельность, малый занимаемый объем, возможность применения более тонкостенных сосудов, сравнительно простой арматуры и т. д.), а с другой стороны, находясь в газообразном состоянии, они приобретают преимущества, свойственные газам при их распределении по сетям и сжигании.

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 n H 2 n +2) газами являются лишь метан, этан, пропан, и бутан.

Рассмотрим какие газы переходят в жидкое состояние при незначительном повышении давления при температуре О 0 С: 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. Больше всего требуемым условиям соответствует

пропан и бутан.

Рассмотрим какие углеводороды переходят в жидкое состояние при сравнительно небольшом понижении температуры и атмосферном давлении: температура кипения метана – 161,5 0 С; этана – 88,5 0 С; пропана – 42,1 0 С; н-бутана – 0,5 0 С. Наиболее подходящими 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. Пропан изомера не имеет.

Структура и ф-ла Н-бутана СН 3 -СН 2 -СН 2 - СН 3

Изобутан:

Помимо предельных в составе 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 n Н 2 n . Этилен С2Н4 СН2=СН2.

Для получения СУГ 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%.

Свойство СУГ.

Возможны 3 состояния сжиженного газа, в котором находятся при хранении и использовании:

1) В виде жидкости (жидкая фаза)

2) Пар(паровая фаза), т.е. насыщенные пары, находящиеся совместно с жидкостью в резервуаре или баллоне.

3) Газа(когда давление в паровой фазе ниже давления насыщенных паров при данной температуре).

Свойства сжиженных газов легко переходят из одного состояния в другое, делает их особенно ценным источником газоснабжения, т.к. транспортировать и хранить их можно в жидком виде, а сжигать в виде газа. Т.о. при транспортировки и хранении используется преимущественно жидкие фазы, а при сжигании газообразные.

Упругость насыщенных паров газа – это важнейший параметр по которому определяется рабочее давление в баллонах и резервуарах. Она изменяется пропорционально температуре жидкой фазы и является величиной строго определенной для данной температуры.

Во все уравнения, связывающие физические параметры газообразного или жидкого вещества входят абсолютное давление и температура. А в уравнения для технических расчетов прочности стенок баллонов, резервуаров – избыточное давление.

В газообразном составе СУГ тяжелее воздуха в 1,5-2 раза. В жидком состоянии их плотность находится в пределах 510-580 кг/м 3 ,т.е. они почти в 2 раза легче воды. Вязкость СУГ очень мала,что облегчает транспортировку их по трубопроводам и благоприятствует утечкам.

СУГ имеют низкие пределы воспламенения в воздухе(2,3% для пропана, 1,7% для бутана). Разница между верхним и нижним пределами незначительна, поэтому при их сжимании допускается применение отношения воздух-сжиженный газ.

Диффузия в атмосферу осуществляется очень медленно, особенно при отсутствии ветра. Они обладают невысокими t-ми воспламенения по сравнению с большинством горючих газов (510 0 C для пропана и 490 0 C для бутана).

Возможно образование конденсата при снижении t-ры до точки росы или при повышении давления. Сжиженные газы характеризуются низкой t-рой кипения и поэтому при испарении во время внезапного выхода из трубопровода или резервуара в атмосферу охлаждается до отрицательной t-ры. Жидкая фаза попадая на незащищенную кожу человека может привести к обморожению. По характеру воздействия оно напоминает ожог.

В отличии от большинства жидкостей, которые при изменении t-ры незначительно изменяют свой обьем, жидкая фаза СУГ довольно резко увеличивает свой объем при повышении t-ры (в 16 раз больше чем вода). Поэтому при заполнении резервуаров и баллонов приходится учитывать возможность увеличения объема жидкости.

Сжимаемость сжиженных газов по сравнению с другими жидкостями весьма значительна. Если сжимаемость воды принять за единицу, то сжимаемость нефти 1,56, а пропана 15. Если жидкая фаза занимает весь объем резервуара, то при повышении t-ры ей расширяться некуда и она начинает сжиматься. Давление в резервуаре повышается. Повышение давления д.б. не больше допустимого расчетного, иначе возможна авария. Поэтому при заполнении резервуаров и баллонов предусматривается оставлять паровую подушку определенной величины, т.е. заполнять их не полностью. Величина паровой подушки для Сжиженные газы имеют более высокую, чем природные газы, объемную теплоту сгорания (в 2,5- 3,4 раза выше).

Сжиженные газы нетоксичны.У них отсутствует запах, цвет и вкус (как в жидком, так и в газообразном виде),что диктует необходимость их одоризации.

подземных резервуаров составляет 10%, для надземных и баллонов 15%.

Определение свойств СУГ

При известном составе сжиженного газа, давление смеси можно рассчитать по формулам:

Плотность газовой смеси заданного состава определяется:

Мольная доля i-ого компонента смеси

– Плотность i-ого компонента смеси, кг/м 3

Она находится по таблице или рассчитывается по закону Авогадро:

Где – молекулярная масса i-ого компонента, кг/кмоль

– Молекулярный объем i-ого компонента, м 3 /кмоль

Средняя плотность жидкой смеси при известном массовом составе определяется по формуле:

При известном молекулярном составе:

,

Где – плотность i-ого компонента входящего в жидкую смесь в жидкой фазе, кг/л

Плотность газовой смеси при повышенном давление находится из уравнения состояния для реальных газов.

,

Где - абсолютное давление (МПа) и t-ра смеси.

– газовая постоянная смеси,(Дж/кг К)

z-коэффициент сжимаемости, учитывающий отклонение реальных газов от з-нов идеальных газов.

Газовая постоянная смеси рассчитывается по универсальной газовой постоянной и по молекулярной массе смеси.

Коэффициент сжимаемости определяется по графику в зависимости от приведённых параметров (давление и температура) газа.

Среднее критическое давление и температура для смеси газов определяется по его составу.

;

Объем газа, получается прииспарение смеси СУГ, м.б. найден по формуле:

– масса i-ого компонента смеси, кг

– молекулярная масса i-ого компонента смеси, кг/кмоль

V Mi -молекулярный объем i-ого компонента

Для подсчета низшей объемной температуры сгорания смеси СУГ используется следующая зависимость

– низшая объемная теплота сгорания i-ого компонента, кДж/м 3

Низшая массовая температура сгорания

Пределы воспламенения смеси СУГ, не содержащих балластных примесей, определяются:

L см - нижний или верхний предел воспламенения смеси газов.

– нижний или верхний предел воспламенения i-ого компонента.

За счет разности уровней

Использование гидростатического напора применяется при заполнении подземных резервуаров из железнодорожных и автоцистерн, а так же при разливе СУГ в баллоны, если позволяет рельеф местности. Что бы слить цистерны в резервуар, необходимо соединить их паровые и жидкостные фазы.В сообщающихся сосудах жидкость устанавливается на одном уровне, поэтому жидкая фаза перетечет в нижестоящий резервуар.

Для создания достаточной скорости слива, при одинаковых температуре и давлении, в цистерне и резервуаре необходимо, что бы за счет гидростатического напора создавалась разность давлений не менее 0,7-0,1 МПа.

Минимальная необходимая величина гидростатического напора в этих условиях будет 14-20 метров столба жидкости.

В зимнее время цистерна имеет более низкую температуру, чем резервуар. При подземном размещении резервуара перепад температур может достигать 10-15 0 С. Давление газа в цистерне будет значительно ниже чем в резервуаре.

Для надежного слива необходимо, чтобы разность уровней компенсировала эту разность температур и соответственно разность давлений. Требуемая разность уровней составляет:

,

Где - давление газа в резервуаре, Па

– давление газа в цистерне

– плотность жидкой фазы СУГ, кг/м 3

Полученный мах. перепад необходим для начала слива. В дальнейшем t внутри резервуара начнет понижаться из-за поступления охлажденной жидкости из цистерны. Давление в подземной емкости станет меньше и разность уровней потребуется уже меньше. В начальный момент создать такую разность уровней почти невозможно, поэтому необходимо соединять паровые пр-ва в резервуары и цистерны. В этом случае давление выравнивается и слив пр-т с использованием полного гидростатического напора.

Летом, в начальный момент слива, возможно расположение цистерн ниже резервуара. Но здесь скажется влияние температуры в резервуаре от более нагретой жидкости из цистерны, и величина перепада давления упадет примерно до 0. Слив прекратится. Поэтому летом, при сливе, паровые фазы автоцистерны и резервуара соединять не нужно.

«+» метода:1.Простота схемы

2. Отсутствие механических агрегатов

3. Надежность работы всех устройств

4. Готовность схемы к работе в любой момент, независимо от наличия постороннего источника энергии

5. Малые затраты на ремонт и обслуживание

«-» метода:

1. Невозможность использования местности с гористым рельефом.

2. Большая продолжительность процесса.

3. Большие потери газа при отправлении его обратно в виде паров в слитых цистернах.

Газонаполнительные станции

ГНС являются базой снабжения сжиженным газами и предназначены для приема, хранения и поставки потребителям сжиженных газов, поступающих железнодорожным, автомобильным, водным транспортом, и с предприятий где производится эти газы (газобензиновые заводы).

Объем резервуаров для хранения газа на станции не более 8000 м 3 . Обычно запас газа не превышает 300-600 тонн и производительность от 6000 до 24000 т/год.

На ГНС выполняются след.работы:

Приём сжиженных газов от поставщика

Слив сж.газов в свои хранилища

Хранение СУГ в надземных, подземных или изотермических резервуарах, в баллонах или подземных пустотах.

Слив неиспарившихся остатков из баллона и сж.газа из баллонов, имеющих к-л неисправности

Разлив сж.газа в баллоны, передвижные резервуары и автоцистерны

Приём пустых и выдача наполненных баллонов

Транспортировка сж.газов по внутренней сети трубопровод

Ремонт баллонов и их переосвидетельствование

Техническое обслуживание и ремонт оборудования на станции

В ряде случаев на ГНС производится:

Заправка автомобилей, работающих на сж.газе из автозаправочной колонки

Регазификация СУГ

Смешение паров газа с воздухом или низкокалорийными газами

Выдача паров сж.газа газовоздушных и газовых смесей в городские распределительные системы.

Для выполнения этих операций на ГНС имеются след. отделения и цеха:
-сливная эстакада ж/д ветки или ввод тр-да с отключающими устройствами

База хранения СУГ,состоящая из надземных или подземных резервуаров,работающих под давлением, изотермич.резервуаров или подземных хранилищ в пустотах

Насосно-компрессорный цех для слива СУГ из ж/д цистерн в хранилища и и подача его для наполнения баллонов и автоцистерн

Цех для наполнения баллонов и слива из них неиспарившихся тяжёлых остатков

Склад суточного запаса пустых и заполненных баллонов

Колонки для заполнения автоцистерн

Коммуникации жидкой и паровой фаз, связывающие все отделения ГНС и обеспечивающих движение потоков жидкости и пара.

ГНС следует размещать вне населённых пунктов с подветренной стороны господствующих ветров, при этом следует соблюдать требуемые расстояния между ГНС и остальными сооружениями.

В зависимости от объёма хранилищ, способа установки резервуаров эти расстояния от 40 до 300 м.

По периметру территории ГНС ограждается ж/б забором выстой 3,4м. При емкости резервуаров > 200 м 3 , территория ГНС разделяется легкой оградой на 2 территории – рабочую, включающую перечисленные отделения и цеха,и вспомогательную, включающую административно-хозяйственные помещения, гаражи, водонапорную башню и резервуар для противопожарного запаса воды.

Принципиальная схема снабжения потребителей СУГ показана на рисунке:

Изотермическое хранение СУГ

Хранилища представляют собой тонкостенные резервуары большого объёма от 5000 до 50000м 3 цилиндрической формы со сводчатой или конусной крышей. Наружная пов-ть их теплоизолируется. Стальные хранилища могут быть как наземными, так и заглублёнными. Поддержание низкой t (-42⁰С –для пропана) м.б. осуществлено путём испарения части СУГ и сброса паров в газовые сети или спец. холодильной уст-кой. Поступление тепла через стенки резервуара незначительно и вызывает испарение 0,3-0,5% объёма, хранящийся жидкости в сутки.

Различают 3 основные технологические схемы изотермич. хранилищ:

С комплекс.холодильной уст-кой

С буферными ёмкостями

-с промежуточным охлаждением

“горячий” продукт, поступ-й по тубе 1 дросселируется в резервуаре 2 с падением t и p . Пары образующиеся за счёт теплопритока из вне и поступающего “гор.“ продукта подаются компрессором 3 по трубопроводу 4 в холодильный агрегат 5, где охлаждается и конденсируются. Конденсат через дроссель-вентиль 6 поступает в изотермич. резервуар.

Мощность холд. агрегата зависит от суммарного притока тепла в резервуар и опред-ся:

- поступления тепла заливаемым “гор” продуктом

Где - ск-ть слива СУГ из цистерны кг/ч;

Теплоёмкость жидкой фазы СУГ кДЖ/(кг⁰С);

И – температура в цистерне и резервуаре.

– приток тела из внешней среды;

где M – масса сжиженного газа в изотермич. резервуаре, кг;

r – теплота парообразования СУГ, кДж/кг;

0,005 – 5% испаряется в сутки.

– неучтенные теплопоступления:

b=0,04..0,12

Из формулы для определения видно, что уменьшить мощность холод.установки можно за счет снижения скорости наполнения резервуара. Обычно при сливе 3х ж/д цистерн она сост. 33-35т/ч, что требует очень мощного холод.оборудования, работающего только несколько часов в сутки (при сливе). В ост.время холод. нужны только для сжижения газа, испаряющегося в резервуаре, что сост. мах 0,5% от хранящихся СУГ.

Транспорт сжиженного газа

В странах СНГ наибольшее распространение получили перевозки СУГ в ж/д и машинныхцистернах, а также баллонах. При расстоянии до 300 км используется машинныйтранспорт, при большем – ж\д. Ж/д цистерна рассчитана на рабочее давление при перевозке пропана 2 МПа, бутана – 0,8 МПа.

Широкое применение получили горизонтальные цилиндрические цистерны объемом 50-100 м 3 . В верхней части цистерны имеется горловина, которая служит люком и предназначена для осмотра и ремонта внутренней полости цистерны. Крышка люка выполнена в виде фланца, на которой предусмотрена арматура: имеются устройства для налива и слива жидкой фазы со скоростными клапанами, подачи и отбора паровой фазы со скоростными клапанами, предохранительного клапана.

Для перевозки СУГ по машинным дорогам используется автоцистерны , вместимость от 2 до 5т. сжиженного газа. В верхней части цистерны установлен предохранительный клапан. В центре заднего днища имеется, люк на внутренней полости крышки которой располагается КИП: термометр, манометр, указатель уровня. Указатель уровня представляет собой стеклянную трубку, заключенную в стальную трубку. Для наполнения и слива цистерн с обеих сторон имеется 6 вентелей, предусмотрено 4 шланга до3,5 м.

Индивидуальные потребители, расположенные вблизи ГНС получают СУГ в баллонах. Баллоны доставляют бортовыми автомобилями или спец. Приспособленными для этих целей(в контейнерах). Контейнер представляет собой сварную клеть, предназначенную для 2-х или 3-х ярусного расположения баллонов.

Перевозить СУГ водным путем получило широкое распространение в странах Западной Европы.

Существует 3 типа судов для перевозки СУГ:

1) Танкеры с резервуарами под давлением 1,6 МПа

2) Танкеры с термоизолирующими резервуарами под пониженным давлением. СУГ транспортируется при промежуточном охлаждении от -5 0 С до +5 0 С и пониженном давлении (0,3…0,6 МПа)

3) Танкеры с термоизолирующими резервуарами под давлением близким к атмосферному и при низкой температуре (- 42 0 С для пропана, -161 0 С для природного газа)

Для снабжения северных районов России широко используется речной транспорт. Для снабжения СУГ потребит.в Арктике и Антарктике используется авиаперевозки.

Пленочные испарители СУГ.

Представляет собой теплообменник труба в трубе. Тонкая пленка СУГ создается путем разбрызгивания его на стенки внутренней трубы 3 с помощью форсунок 2 . Теплоноситель (горячая вода или водяной пар) поступает в кольцевое межтрубное пространство 4 , обеспечивая интенсивное испарение СУГ внутри трубы 3 . Для равномерного распределения температуры по длине испарителя теплоноситель подается в 2 точки, а отводится в одной.

Во избежание недопустимого повышения давления в испарителе на трубе 3 установлен предохранительно-сбросной клапан 5 . Неиспарившийся конденсат отводится через дренажный штуцер 6 . При необходимости увеличения производительности установки к коллектору 1 может быть присоединено несколько испарителей. Коэффициент теплопередачи примерно в 2 раза выше, чем в змеевиковых и трубчатых, поэтому они более компактны и менее металлоемки.

Температуры горения газа.

Основное количество тепла, выделяющегося при сжигании газа расходуется на нагрев продуктов сгорания до определённой температуры.

Различают следующие температуры горения газов:

Жаропроизводительность

Калориметрическую

Теоретическую

Действительную

Жаропроизводительность - это t продуктов полного сгорания горючих газов в адиабатических условиях при α=1 и при первоначальной t газа и воздуха = 0 0 С.

Q н =i пр. сгор = V пр. сгор ∙С р пр. сгор ∙t ж

i пр. сгор- теплосодержание продуктов сгорания кДж/м 3

t ж -жаропроизводительность, 0 С.

t ж = Q н / V пр. сгор ∙С р пр. сгор = Q н /(V co 2 ∙C р СО2 +V Н20 ∙С р H 20 + V N 2 ∙С р N 2)

V co 2 V Н20 V N 2 –объем сотавных частей продуктов сгорания 1 м 3 газа.

С р –средняя объёмная теплоёмкость при P=const. составных частей продуктов сгорания.

В формуле используется средняя теплоёмкость, так как Ср- величина непостоянная, растёт с повышением температуры.

t ж:для метана 2043 0 С; для пропана 2110 0 С; для водорода 2235 0 С

Эти данные при горении в сухом воздухе.

Калориметрическая- t горения газа, учитывающая коэф. Избытка воздуха и физическое тепло газа и воздуха, т.е принимается действительные значения тем-ры. другими словами это t до которой нагрелись бы продукты полного сгорания, если бы всё тепло топлива и воздуха пошло на их нагрев.

Q н +i г +i в =i пр.сгор.

i г i в- энтальпия газа и воздуха кДж/м 3

Написав уравнение в развёрнутом виде и решив его относительно калорим. тем-ры Получим:

T г t в –исходная темпетатура газа и воздуха.

T к ≈1900 0 C,

Расход газа,

Теоретическое количество воздуха необходимое для сжигания 1 метра куб. газа.

Физическое тепло газа и воздуха следует учитывать, если они перед сжиганием нагреты свыше 100 0 C, так как при меньших t эта величина незначительна по сравнению с теплотой сгорания.

Теоретическая температура горения учитывает потери тепла за счёт химической неполноты сгорания и при эндотермических реакциях диссоциации продуктов сгорания.

CO 2 ↔CO+0,5O 2 -Q

H 2 O↔H 2 +0,5O 2 -Q ;

Qx- потери теплоты за счёт химической неполноты сгорания и на диссациацию СО2 и Н20.

При t до 1500 0 C(имеет место в топках котлов и пром. Печей) величину Qx можно не учитывать так как в этом случае диссоциирует ничтожная доля продуктов сгорания. При более высоких температурах надо учитывать.).

Действительная темература горения достигается в реальных условиях сжигания топлива, она ниже теоретической, так как при ее определении учитываются теплопотери в окружающую среду, длительность процесса горения, метод сжигания газа и другие факторы.

t д = t т ∙η п

η п - опытный пирометрический коэффициент.Для большинства топок котлов и печей 0,65. Для наиболее совершенных 0,8- 0,85

Диффузионные горелки

У этого типа горелок газ и воздух отдельными потоками поступают в топку, где происходит смесеобразование и горение. Простейшая диф. Горелка представляет собой требу с высверленными в ней отверстиями.

Такие горелки м.б. прямыми, круглыми, Т- и П-образными и т.д. Газ подводится внутрь таких горелок и выходит через отверстия многочисленными струйками, образуя отдельные факелы. Количество отверстий и их диаметр зависят от производительности горелки. Шаг между отверстиями выбирается так, чтобы не было слияния факела обеспечивалось беглость огня при дожигании газа на горелке.

Диаметр отверстия д.б. от 0,5 до 5 мм. При этом следует учитывать легкуюзасоряемость отверстия малого диаметра. Для хорошего перемешивания газа с воздухом рекомендуется делать не более двух рядов отверстий в каждой трубке диф. горелки. Сечение трубы, подводящей газ д.б. не меньше суммарного сечения горелочных отверстий.

«+» диф горелок:

· Просты в изготовлении, надежны в эксплуатации (исключается проскок пламени),

· имеет большие пределы регулирования, могут работать как на низком, так и на среднем давлении газа без дутья,

· дают устойчивый светящийся факел, обладающий высокой радиацией.

«-» диф горелок:

· Имеются небольшие тепловые нагрузки;

· работают с повышенным α (1,2-1,5). Несмотря на большой избыток воздуха эти горелки часто работают с хим. недожогом.

· Большая длина факела

· Необходимость обеспечения устойчивого разряжения в топочном объеме

· Трудность автоматизации процесса сжигания газа (автоматического пропорционирования газа и воздуха)

Созданы конструкции более крупных диф горелок, обладающим неплохими эксплуатационными свойствами (прим., горелка для отопления и пром. котлов). Хорошее перемешивание газа с воздухом достигается за счет многоструйного выхода газа под углом к оси горелки, сто приводит к закручиванию потока

1-внутренний стакан

2-наружный корпус

3-тангенциальные сопловые щели

4,5- воздушные дроссели

Внутренний стакан вставляется в корпус большего диаметра. По внутреннему пространству между корпусом и стаканом проходит газ, вытекающий через 3 в топку. Около 50% потребляемого воздуха подводится через внутренний стакан. Остальное количество – через наружную кольцевую щель. Движение воздуха обусловлено наличием разряжения в топке. Производительность такой горелки от 30 до 350 м 3 /ч. Они м.б. низкого и среднего давления.

Диф горелки незаменимы в высокотемпературных печах (тепловаренных, сталеплавильных) при подогреве воздуха до температур значительно превышающих температуру воспламенения газа. Предварительное смешение газа с воздухом неосуществимо, поэтому в таких печах диф сжигание газа является не только вынужденным, но и наиболее оправданным, т.к. позволяет получить ярко светящийся сажистый факел большой степенью черноты и интенсивной радиацией.

Подовые горелки

В котельной технике диф горелки могут располагаться нафронтовой или боковой стенках топки, а также внутри нее, на поду. Горелки последнего типа получили название подовые. Используются при переводе отопительных и производственных котлов со слоевыми топками на газообразное топливо. Газ из горелки выходит в топку, куда из-под колосников поступает воздух. Газовые струйки у подовых горелок направляются под углом к потоку воздуха и равномерно распределяются по его сечению.

Процесс смешения осуществляется в спец. щели, образованной огнеупорной кладкой. Это интенсифицирует смешение газа с воздухом, уменьшает α и обеспечивает устойчивое зажигание в образующейся смеси.

1- Коллектор

Коллектор горелки устанавливается на кирпичах, расположенных на колосниковой решетке. Над коллектором огнеупорная кладка образует прямые щели, в которые входит газ, не смешенный с воздухом. Отверстия для выхода газа расположены в 2 ряда в шахматном порядке, симметричном по отношению к вертикальной плоскости с углом между рядами от 90 до 180 о. Воздух подается под колосниковую решетку вентилятором или за счет разряжения в топке, поддерживаемого тягой и проходом через щель, омывая коллектор с двух сторон.

Струя газа в результате турбулентной диффузии перемешивается с воздухом и на расстоянии 20 – 40 мм от отверстия начинает гореть. Заканчивается процесс горения на расстоянии 0,5 – 1 м от горелки. Здесь осуществляется диффузионный принцип сжигания газа. Процесс смесеобразования активизируется тем, что поток газа разбит на мелкие струйки, выходящие с большой скоростью под углом к прямому потоку воздуха. Огнеупорные стенки щели выполняют роль стабилизатора горения, предотвращая отрыв пламени, и являются косвенными излучателями.

Максимальная температура на поверхности щели от 900 – 1000 о С. На поверхности коллектора от 300 – 500 о С. Температура колосниковой решетки под щелью 75 – 80 о С. Подовые горелки обеспечивают полноесжигпние газа при α от 1,1 до 1,3. Давление газа от 500 до 5000 Па (номинальное порядка 1000Па). Давление воздуха от 600 до 1000 Па. При работе без дутья в топке д.б. разряжение 20 – 30 Па для котлов средней производительности (от 2 до 10 тонн пара в час) и не более 8 Па для небольших отопительных котлов.

Подовые горелки отопительных котлов имеют размеры: диаметр отверстий от 1,3 до 3 мм (мах 10 – 20 мм), высота щели 130 – 200 мм; ширина определяется расчетом и обычно в пределах 80 – 110 мм.

Еще в 52

§ простота конструкции

§ Возможность работы на низком давлении газа

§ Нет необходимости подачи воздуха под давлением

§ Полное сжигание газа различных характеристик

§ Устойчивая работа в широком диапазоне изменения нагрузок

§ Бесшумность работы, надежность и простота эксплуатации

§ Высокий коэффициент избытка воздуха

§ Малая производительность (не более120 кВт одной горелкой)

§ Ввиду конструктивных особенностей (горелка в топке) значительного α нельзя использовать высокотемпературных установках.

Смесительные горелки.

Смесительные горелки с принудительной подачей воздуха находят широкое применение. Конструктивно они выполняются так, что бы обеспечить наилучшее перемещение потоков газа и воздуха, который подводится в горелку по отдельным трубам. Проявление смесеобразования начинается в самой горелке и активно завершается в топочной камере. Вследствие этого газ сгорает коротким и несветящимся пламенем. Смешение газа с воздухом осуществляется в результате турбулентной диффузии. Поэтому они называются горелками турбулентного смешивания или просто смесителями.

Для повышения интенсивности сжигания газа следует максимально интенсифицировать смешение газа с воздухом, так как смесеобразование является тормозящим звеном всего процесса. Инжекция процесса смесеобразования достигается следующим образом: закручиванием потока воздуха направляющими лопатками, тангенциальным подводом, подачей газа в виде мелких струй под ушлом к потоку воздуха, расчленением потоков газа и воздуха на мелкие потоки, в которых происходит смесеобразование.

Положительными качествами горелок являются:

1) Возможность сжигания большого количества газа при сравнительно небольших габаритах горелки.

2) Широкий диапазон решения производительности горелки.

3) Возможность подогрева газа и воздуха до t, превышающейt воспламенения, что имеет большое значение для высокотемпературных печей.

4) Сравнительно легкая возможность выполнения консистенций с комбинированным сжиманием топлива, а именно: газ-мазут или газ-угольная пыль.

Основные недостатки:

1) Принудительная подача воздуха

2) Сжигание газа с меньшим объемным тепловым напряжением, чем при кинетическом горении.

3) Сжигание газа с химической неполнотой больше, чем при кинетическом горении.

Имеется производительность 60кВт-60МВт. Используются для обогрева промышленных печей и котлов.

Горелка турбулентного смешивания:

1-корпус, 2- сопло, 3- наконечник сопла, 4 –носик.

Газ входит в горелку через патрубок и с определенной скоростью истекает из сопла. Воздух в гарелку подается под давлением. Перед входом в носик горелки он закручивается. Смешение газа с воздухом начинается внутри горелки при выходе газа из сопла и инжектируется закрученным потоком воздуха. При многоструйной подаче газа процесс образования смеси происходит быстрее и газ сгорает в коротком факеле. При одноструйном наконечнике создается удлиненный факел. Достоинствами горелки являются простота и компактность конструкции, возможность работы при низких давлениях газа и воздуха, широкие пределы регулирования производительности.

Широко применяются многоструйные вихревые горелки, основанные на принципе дробления потоков газа и воздуха на несколько мелких потоков. Внутри них происходит инжекционный процесс смешивания, их производительность 40-940 м 3 /ч.

Смесительные горелки часто выполняются комбинированными. Они позволяют быстро переводить агрегат с одного вида топлива на другой. Кроме того газ в них может сжиматься одновременно с др. видом топлива.

Метод вытеснения.

Используется при хранении СУГ в подземных хранилищах на глубине от 100 до 1200м (в соляных пластах).

Отбор сжиженного газа осуществляется за счет вытеснения его инертной жидкой или газообразной средой. Наиболее часто используется рассол.

1-центральная колонна для рассола

2-рассолопровод

3-наружная колонна для подачи СУГ

4-трубопровод сжиженного газа

5-подземная емкость

7-сжиженный газ

Подземная емкость сообщ-ся с поверхностью 2хколонной системой:

Обсадная труба (3) и свободно подвешенная в устье скважины центральная колонна 1.

СУГ подают и отбирают из емкости по межтрубному пространству.

Центральная колонна опущена до самого низа емкости. Т.к плотность рассола больше плотности СУГ в 2 раза, то последний хранится на рассольной подушке.

Для опорожнения подземной емкости достаточно лишь подвести рассол к устью центральной колонны и под его гидростатическим давлением (1,3 МПа при глубине 100 м) СУГ будет поступать в раздаточный трубопровод с избыточным напором. Его можно транспортировать без применения насосов.

СУГ закачивается в хранилище под давлением, опред-емым противодавлением столба рассола и потерями давления на трение при движении жидкости по межтрубному пространству и центральной колонне.

«+» метода:

1. простота конструктивного исполнения

2. возможность выдать газ в 1 время даже при отсутствии постороннего источника энергии

3. надежность работы всех устройств

4.затраты энергии только на удаление рассола при закачивании сжиженного газа в хранилище

5. необходимость для закачивания только высокопроизводительных насосов, имеющих большое КПД

«-» метода:

1. необходимость постороннего источника энергии с достаточной мощностью при сливе