11.5 Перелив сжиженных газов

Существует ряд методов перемещения сжиженных газов из железнодорожных или автомобильных цистерн в стационарные емкости и наоборот, наполнение транспортировочных емкостей и баллонов из стационарных хранилищ.

Сжиженные газы перемещают: за счет разности уровней, сжатым воздухом, с помощью подогрева, при помощи компрессора, при помощи насосов, взаимным вытеснением жидкостей.

1.Перемещение за счет разности уровней.

Использование гидростатического напора применяется обычно при заполнении подземных резервуаров из железнодорожных и автотранспортных цистерн, а также при разливе газа в баллоны, если позволяет рельеф местности. Для того чтобы слить цистерну в резервуар, необходимо соединить из паровые и жидкие фазы. В сообщающихся сосудах жидкость устанавливается на одном уровне, поэтому жидкая фаза перетекает в нижестоящий резервуар.

2.Использование сжатых газов.

Слив сжиженных газов из цистерн в стационарные хранилища можно осуществить созданием избыточного давления по отношению к давлению в хранилище в цистерне с нерастворяющимся в жидкой фазе сжатым газом. Для осуществления передавливания цистерну соединяют с хранилищем только жидкостным трубопроводом, а в паровое пространство сливаемой цистерны подают газ под давлением превышающем упругость насыщения паров на 0,1-0,15 Мпа. Для этого используется азот углекислый или другой какой – либо инертный газ.

3.Переливание с помощь подогрева.

Возможно при создании разности температур в опорожняемом и наполняемом сосудах за счет возникающей в них разности давлений. Практического применения этот способ не получил, из-за трудности его осуществления (необходимо прогреть всю массу жидкости).

4.Перемещение газа компрессорами.

Принципиально отличается от рассмотренных выше методов перемещения сжиженных газа. В схеме появляется механический двигатель. Компрессор отсасывает паровую (газовую) фазу из заполняемого резервуара и нагнетает её в паровое пространство цистерны или расходного резервуара. Создаваемая разность давлений способствует переливу жидкости в требуемом направлении ( как при методе выдавливания сжатыми газами).

5.Перемещение газа насосами.

Наиболее действенным методом перемещения сжиженного газа является перекачка при помощи насосов.

6.Метод вытеснения.

При хранении сжиженных газов в подземных хранилищах, например в пластах на глубине 100-1200м, осложняется применение заглубленных насосов, следовательно, отбор сжиженного газа должен быть осуществлен при помощи вытеснения его какой – то инертной жидкой или газообразной средой.

11.6 Естественная и искусственная регазификация сжиженных газов

При транспортировке и хранении сжиженные газы находятся в жидком состоянии. Используют же их в газообразном виде. Следовательно, в местах использования их необходимо регазифицировать, т. е испарить.

При естественной регазификации тепло, расходуемое на испарение сжиженного газа и нагрев его до температуры окружающей среды, отбирается из окружающей среды. Для надземных установок (баллонов, резервуаров) ею являются воздух для подземных грунт.

В случае если в резервуаре содержится смесь сжиженного газа, в составе которой имеются углеводороды с различной упругостью паров, состав паровой фазы, находящийся над жидкостью, будет отличаться от состава жидкой фазы. При этом по мере отбора паров сжиженного газа оба состава будут непрерывно меняться в зависимости от степени этого отбора. Физический смысл периодического отбора паров заключается в том, что когда из резервуара начинается отбор насыщенных паров, нарушается равновесие между паровой и жидкой фазами сжиженного газа, которое имело место до начала отбора. В результате этого давление несколько снижается и жидкая фаза начинает кипеть, продолжая испаряться до тех пор, пока идет отбор паров. Давление и температура в резервуаре снижаются, а по мере достижения постоянного отбора восстанавливается постоянство обмена тепла. При этом постоянная разность в температурах жидкости и окружающей среды таковы, что жидкость поглощается такое количество тепла из окружающей среды, какое ей необходимо для образования паров сжиженного газа. С этого момента не обнаруживается никаких изменений в температуре жидкой фазы.

В состоянии равновесия система имеет совершенно определенные параметры, температуру, давление и составы фаз. Изменение любого из этих параметров вызывает отклонение от состояния равновесия и изменение её энергетического состояния (и наоборот).

Кипение смеси углеводородов происходит с преимущественным испарением легкокипящих компонентов. В результате в жидкой фазе растет концентрация (процентное содержание) тяжелокипящего компонента. При этом состав жидкой фазы меняется в зависимости от количества испарившегося из резервуара смеси.

Наибольшее распространение при снабжении сжиженными газами получили подземные резервуарные установки.

На испарительную способность подземного резервуара влияют физико – термодинамические свойства компонентов сжиженных газов, температура окружающих грунтов, коэффициент теплопроводности, степень заполнения резервуара или площадь смоченной поверхности, длительность непрерывной работы (суточная, сменная, часовая).

Расчетная испарительная способность подземного резервуара должна быть установлена для наихудших условий его работы: в зимний период, при низкой температуре грунта, при минимальном заполнении резервуара и при постоянном давлении в резервуаре.

Для определения испарительной способности одного резервуара разработана номограмма. Испарительная способность группы резервуаров не равна сумме испарительной способности такого же числа отдельно стоящих резервуаров для учета теплового воздействия рядом расположенных резервуаров по номограмме производительность следует умножить на коэффициент теплового взаимодействия m в зависимости от числа резервуаров в установке.

Групповые установки с испарением жидкости внутри резервуара за счет теплоты грунта ил воздуха с отбором паровой фазы имеют ряд недостатков. Они работают с малой интенсивностью отбора пара, поэтому повышения производительности установки может быть достигнуто за счет увеличения её вместимости, что неэкономично. Кроме того, в паровом пространстве содержится больше низкокипящих компонентов, поэтому теплота сгорания паровой фазы ниже теплоты сгорания жидкой фазы, и притом её значение непрерывно изменяется. В резервуаре будут накапливаться более тяжелые углеводороды (бутан и пентан). В связи с изменением состава газа ухудшается работа газовых горелок.

Недостатки систем с естественной регазификацией вынуждают использовать другие способы, в частности искусственную регазификацию.

Внедрение установок с искусственным испарением позволит резко увеличить испарительную способность групповых резервуарных установок, уменьшить капитало- и металловложения на тонну используемого газа, обеспечить получение газа постоянной теплоты сгорания, облегчить производство и хранение сжиженных газов на заводах – изготовителях. Испарительная способность установок с искусственным испарением может быть увеличена в 3-5 раз по сравнению с установками с естественным испарением сжиженного газа.

Внедряемые в настоящее время групповые резервуарные установки с искусственным испарением обладают следующими основными преимуществами:

1.Испарительная способность установки не зависит от количества жидкости в резервуарах и может сохраняться на любом заданном уровне.

2.Теплота сгорания паровой фазы остается неизменной вплоть до полного расходования всего объема жидкой фазы в резервуаре.

3.Эти установки не требуют извлечения тяжелых остатков, что делает их более экономичными и надежными с точки зрения надежности газоснабжения.

4.Испарительная способность групповых установок с искусственным испарением может быть значительно увеличена при сравнительно небольшом объеме расходных резервуаров.

5.Одним из основных преимуществ резервуарных установок с искусственным испарением является возможность использования в них бутановых фракций или сжиженных газов с повышенным содержанием бутанов (до 60%).

Вместе с тем эти установки имеют следующие недостатки:

1.Необходимость оборудования предохранительной, регулирующей и контрольно – измерительной аппаратуры, исключающей:

а) замерзание используемой в качестве теплоносителя жидкости;

б) выход жидкой фазы из испарительной установки в газопровод паровой фазы;

в) повышение давления газа и жидкой фазы выше принятого для расходных резервуаров;

2.Сложность обслуживания и необходимость постоянного надзора за их работой.