Лекция 7

Резервирование объектов СУГ. Технология Propane-air. Схемы резервирования. Методы воздействия на факел.

Резервирование газового топлива. Сжиженный газ как резервное топливо.

Все потребители газового топлива по условиям потребления делятся на:

1. Предприятия и установки, рассчитанные только на сжигание природного газа. К ним относятся термические печи с радиационными трубами, некоторые типы шахтных печей, аппараты, разработанные специально для сжигания газового топлива (безтопочные).

2. Предприятия и установки, имеющие дублированные или комбинированные устройства для сжигания как газа, так и других видов топлива. К ним относятся промышленные печи, котельные агрегаты, оборудованные газо-мазутными горелками или раздельно газовыми горелками и мазутными форсунками. Двойное топливо ведет к :

1. Удорожанию системы

2. Тепловой режим при переходе с одного вида топлива на другой заметно меняется

3. Агрегаты, основным видом топлива которого является жидкое или твердое, а газ является резервным, тогда эти потребители называются буферными (тепловые станции, крупные отопительные котельные и т.д.).

Комбинированные горелки имеют высокую металлоемкость, они работают с большим α (1,2-1,25). Если коэффициент α больше, то КПД становится ниже.

Чаще всего используется топочный мазут марок 40,100,200.

Резервирование сжиженным газом имеет значительные преимущества перед другими видами топлива, т.к. позволяет сохранить все газоиспользующее оборудование , систему распределения газа и автоматику, а также условия сжигания.

В качестве резервного топлива для технических установок удобен технический пропан (как при искусственном испарении пропана, так и при естественном испарении за счет тепла окружающей среды). Давление технического пропана составляет при температуре -20°С составляет 0,2 МПа, при температуре 40°С составляет 1,6 МПа.

При применении пропан-бутановой смеси схема должна включать в себя испаритель с паровым или водяным обогревателем (с искусственным испарением).

Если вместо природного газа используется сжиженный газ без добавок, то требуется переделка всей схемы газоснабжения и газового оборудования. Для максимального сохранения газового оборудования используют смесь сжиженного газа с воздухом, которая имеет то же значение числа Воббе, что и природный газ.

Эта схема позволяет поддерживать заданное число Воббе с точностью до 5% при изменении нагрузки от 100 до 25%.

 Технология "Propane-Air"

Один из ключевых вопросов при проектировании систем теплоснабжения — надежность топливообеспечения. Недостаток внимания к данной проблеме может привести к масштабным экономическим потерям при перебоях с поставками основного топлива; особенно критичной эта ситуация может стать для производственных процессов с непрерывным технологическим циклом. Типовые факторы риска для систем, использующих природный газ в качестве основного топлива: прекращение подачи газа, вызванное аварией на магистральном трубопроводе, или падение давления в трубопроводе, обусловленное повышенной потребительской нагрузкой.

Одним из эффективных и широко применяемых вариантов «дублирующего» топлива, пригодным для большинства потребителей природного газа, является пропано-воздушная смесь (propane-air). Использование сжиженного углеводородного газа (пропана или пропан-бутана) в качестве резервного топлива целесообразно по многим причинам. К числу несомненных преимуществ данного вида топлива относится его экологическая чистота, удобст­во транспортировки и хранения, стабильность цен на СУГ. С технической точки зрения, недостатком пропан-бутана как резервного топлива является его отличие от природного газа по физико-химическим свойствам, из-за чего оборудование, предназначенное для работы на природном газе, не может быть «напрямую» переведено на использование пропан-бутана. Однако данная проблема имеет эффективное технологическое решение. Оптимальные свойст­ва, практически аналогичные свойствам природного газа, пропан приобретает в смеси с воздухом. Типовой состав такой смеси — около 57% пропана и около 43% воздуха. Использование пропано-воздушной смесительной установки позволяет избежать простоев и затрат, связанных с переводом газового оборудования на другой вид топлива. Производительность таких систем варьируется в широких пределах. Спектр их возможных применений ограничен только доступностью пропан-бутана, а также специфическим характером ряда производственных процессов, не допускающих использования газа с примесью азота.

По этим причинам технология «Propane-Air» пользуется популярностью, как среди промышленных потребителей, так и во многих других сферах (сельскохозяйственной, коммерческой, социальной). Номенклатура выпускаемых изделий весьма обширна как по производительности, так и по принципам функционирования, конструктивному исполнению, применяемым системам контроля и безопасности. Большинством производителей предлагаются комбинированные варианты («vaporizer-mixer»), объединяющие в себе функции испарителя СУГ и смесительной установки. Такие качества, как компактность, модульность, высокий КПД, надежность и удобство эксплуатации, а также широкие возможности их доработки и адаптации к нуждам потребителя, обеспечивают популярность комбинированных испарительно-смесительных установок, особенно в качестве готового технического решения для систем небольшой мощности. Капитальные затраты на систему «Propane-Air» варьируются в широких пределах. Сложные условия размещения объекта, требующие нестандартных проектных решений, увеличивают капитальные затраты.Расчет выгоды от использования системы «Pro­pane-Air» также индивидуален для каждого потребителя.

Перспективы технологии в России. В России данная технология еще не получила распрост­ранения. Притом, что природный газ является наиболее широко используемым в нашей стране видом топлива, занимающим первое место в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов, вопросу о его эффективной замене на случай возможных аварий или перебоев с его поставкой на большинстве предприятий до сих пор не уделяется достаточного внимания. В последние годы ситуация, однако, начала меняться. Промышленными потребителями природного газа в России стала осознаваться важность эффективного решения проблемы резервного топлива. Этому способствует состояние сети магистральных газопроводов и газорасп­ределительных сетей в России неблагополучно. Многие участки уже на настоящий момент характеризуются высокой степенью износа, а при увеличении транспортной нагрузки вероятность аварий увеличится..

Практика показывает, что эксплуатация систем газоснабжения, работающих на природном газе, в ряде случаев сопряжена с рядом трудностей. Внезапные падения давления газа в системе, появление водяного конденсата в трубопроводах; «веерные» отключения - все это ведет к вынужденным остановкам оборудования предприятий и риску больших производственных потерь. Система автономного газоснабжения (как основная, так и резервная), будучи оснащенной смесительной установкой, позволяет осуществлять подпитку систем функционирующих на природном газе без необходимости остановки рабочего процесса и каких-либо наладочных работ. Использование смесительных установок наиболее оправдывает себя в следующих ситуациях: - резервное газоснабжение систем, работающих на природном газе; - покрытие пиковых нагрузок при потреблении природного газа; - использование как в новых, так и в имеющихся, сетях СУГ на объектах с повышенным   риском образования конденсата в газопроводе. Любой промышленный или коммунальный потребитель (пример: стеклозавод или коттеджный поселок) при использовании системы резервного газоснабжения, оснащеной смесительной установкой, получает неоспоримые преимущества. Использование пропано-воздушной смесительной установки позволяет избежать простоев и затрат, связанных с необходимостью оперативного перевода газового оборудования на другой вид топлива. Перевод системы на альтернативное топливо занимает от 3-х до 60 секунд. При этом переход системы на газоснабжение пропан-бутаном происходит автоматически, без вмешательства обслуживающего персонала, и не требует дорогостоящей пуско-наладочной работы. Стандартная технологическая схема системы вторичного топливообеспечения, основанной на технологии «Propane-Air», включает следующие основные компоненты:

• хранилище  для сжиженного газа (в большинстве современных проектов принято подземное размещение резервуаров СУГ в соответствии с требованиями действующего нормативного законодательства);

• насос для подачи сжиженного газа в испаритель;     

• испаритель СУГ (установка для перевода  пропан-бутана из жидкой фазы в газовую фазу перед подачей на вход смесительной установки);

• воздушный компрессор (для установок, работающих на сжатом воздухе);

• пропано-воздушная смесительная установка (propane-air mixer).

   Смесительные установки FAS 4000 делятся на два типа: - системы низкого давления -   ND - системы высокого давления - HD Системы низкого давления (с давлением на выходе не более 500 мбар) являются достаточно экономичными в эксплуатации и менее капиталозатратными при строительстве по сравнению с системами высокого давления. Системы высокого давления с автоматической настройкой калорийности газовоздушной смеси представляют собой более сложные агрегаты, и производятся в зависимости от реальных условий эксплуатации для каждого отдельного объекта газоснабжения.

 Для замены природных газов необходимо приготовить смесь «бутан-воздух» (47% бутанов и 53% воздуха) и «пропан-воздух» (58% пропана и 42% воздуха). Такие смеси имеют теплоту сгорания соответственно 55 902 и 52 080 кДж/м3.  Их можно транспортировать при низком давлениии (до 5 кПа) и температуре (до -18°С - для бутана и -53°С - для пропана). Возможно приготовление газовоздушных смесей, имеющих более низкую температуру конденсации, вплоть до -37°С для бутанов (смесь соответствует границе безопасности). Однако в этом случае необходимо использовать специальные газогорелочные устройства. Газовоздушные смеси приготавливают в смесителях автоматического действия. Контроль за Их работа контролируется автоматически в зависимости от теплоты сгорания, числа Воббе или плотности смеси. В некоторых источниках смесь пропана с воздухом называют «искусственным природным газом» (synthetic natural gas, SNG).