2. Результаты исследований по изменению характеристик паровой фазы пропан-бутановых смесей при их разбавлении воздухом

2.1 Определение основных физических свойств паровой фазы суг

В состав СУГ входят предельные и непредельные углеводороды. Величины молекулярных масс µ и критических параметров T_кр и P_кр углеводородов, входящих в состав СУГ, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Молекулярные массы и критические параметры углеводородов, входящих в состав СУГ [36, 38]

Индивидуальные углеводороды	Молекулярная масса , кг/кмоль	Критическая температура Tкр , K	Критическое давление Pкр , МПа
Предельные углеводороды
Этан С2Н6	30,070	305,4	4,89
Пропан С3Н8	44,097	369,8	4,26
н-Бутан n-С4Н10	58,124	425,2	3,80
Изобутан i-С4Н10	58,124	408,1	3,65
н-Пентан n-С5Н12	72,151	469,6	3,36
Изопентан i-С5Н12	72,151	460,4	3,39
Непредельные углеводороды
Этилен С2Н4	28,054	282,4	5,02
Пропен С3Н6	42,081	365,0	4,61
Бутен-1 С4Н8	56,108	419,6	4,03
Изобутен i-С4Н8	56,108	417,9	4,00
Пентен-1 С5Н10	70,135	464,7	3,48

Требования к СУГ различных марок, применяемых для газоснабжения, регламентируются ГОСТ Р 52087-2003 [7] и ГОСТ 20448-90 [8]. Нормативные показатели СУГ по ГОСТ Р 52087-2003 [7] приведены в таблице А.1 (Приложение А).

Для многокомпонентной смеси плотность жидкой фазы СУГ рассчитывается по формуле [9]

, (2.1)

где - плотность многокомпонентной смеси жидких углеводородов при температуре t_ж , кг/м³;

_{ж i} (t_ж) - плотность жидкой фазы i-го компонента СУГ при температуре t_ж , кг/м³;

x_{m i} - массовая концентрация i-го компонента в составе СУГ,%;

n - число компонентов в составе жидкой фазы СУГ.

Газоснабжение объекта переводится на резервное топливо, как правило, в период резких похолоданий. СУГ хранятся в резервуарах под давлением, соответствующим температуре окружающей среды. Для жидкой фазы СУГ марки ПТ (пропан технический), массовый компонентный состав которой представлен в таблице 2.2, рассчитаем по формуле (2.1) плотность жидкой фазы СУГ при температурах минус 10C, минус 20C, минус 30C и минус 40C.

Таблица 2.2 - Компонентный состав жидкой фазы СУГ марки ПТ

Углеводороды	Этан С2Н6	Пропан С3Н8	Пропен С3Н6	н-Бутан n-С4Н10	Изобутан i-С4Н10	Бутен-1 С4Н8
xm, % масс.	1,4	73,7	3,2	14,0	6,2	1,5

Плотности жидкой фазы индивидуальных углеводородов, входящих в состав СУГ, в диапазоне температуры от минус 50 до +50C приведены в таблице А.2 (Приложение А).

Плотность жидкой фазы многокомпонентной смеси СУГ марки ПТ при температуре минус 40C вычисляется по формуле (2.1)

= 590 кг/м³.

Для остальных температур результаты расчетов по формуле (2.1) сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Изменение плотности жидкой фазы многокомпонентной смеси СУГ в зависимости от температуры

Температура tж ,C	Плотность жидкой фазы ж , кг/м3
	Этан С2Н6	Пропан С3Н8	Пропен С3Н6	н-Бутан n-С4Н10	Изобутан i-С4Н10	Бутен-1 С4Н8	Смесь СУГ
tж = –40C	481,0	579,5	599,5	641,4	624,7	662,7	590,0
tж = –30C	464,9	567,7	587,2	631,7	614,2	651,9	579,0
tж = –20C	447,3	555,5	573,7	621,8	603,3	640,9	567,0
tж = –10C	427,5	542,9	559,9	611,5	592,4	629,7	554,0

Важнейшим технологическим параметром при проектировании и эксплуатации объектов, использующих СУГ, является давление насыщенных паров (ДНП).

Давление насыщенных паров P_S смеси жидких углеводородов рассчитывается по формуле [30, 36, 38]

, (2.2)

где P_{S i} (t_ж) - давление насыщенных паров i-го компонента смеси при температуре t_ж , МПа;

x_i - молярная концентрация i-го компонента в составе жидкой фазы СУГ, %.

Пересчет состава жидкой фазы СУГ из % массовых в % молярные выполняется по формуле [32, 39]

, (2.3)

где x_{m i} - массовая концентрация i-го компонента в составе жидкой фазы СУГ,%;

 _i - молекулярная масса i-го компонента в составе жидкой фазы СУГ, кг/кмоль;

n - число компонентов в составе жидкой фазы СУГ.

Результаты пересчета компонентного состава жидкой фазы СУГ по формуле (2.3) сведены в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Массовые и молярные концентрации состава жидкой фазы СУГ

Углеводороды	Этан С2Н6	Пропан С3Н8	Пропен С3Н6	н-Бутан n-С4Н10	Изобутан i-С4Н10	Бутен-1 С4Н8
xm, % масс.	1,4	73,7	3,2	14,0	6,2	1,5
x, % мол.	2,15	77,08	3,51	11,11	4,92	1,23

Значения давления насыщенных паров индивидуальных углеводородов, входящих в состав СУГ, в диапазоне температуры от минус 50 до +50C приведены в таблице А.3 (Приложение А).

Давление насыщенных паров P_S смеси жидких углеводородов при температуре минус 10C рассчитывается по формуле (2.2)

МПа.

Для остальных температур результаты расчетов по формуле (2.2) сведены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 - Изменение давления насыщенных паров многокомпонентной смеси СУГ в зависимости от температуры

Температура tж ,C	Давление насыщенных паров PS , МПа
	Этан С2Н6	Пропан С3Н8	Пропен С3Н6	н-Бутан n-С4Н10	Изобутан i-С4Н10	Бутен-1 С4Н8	Смесь СУГ
tж = –40C	0,756	0,107	0,147	-	-	-	0,104
tж = –30C	1,030	0,161	0,212	-	-	-	0,154
tж = –20C	1,374	0,232	0,295	0,046	0,072	-	0,227
tж = –10C	1,788	0,332	0,415	0,067	0,105	0,084	0,323

Состав паровой фазы СУГ, которая будет поступать на газоснабжение объекта, будет зависеть от применяемого способа регазификации (испарения) жидкой фазы СУГ.