Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические свойства сжиженных углеводородных газов. Учебное пособие
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К а ф едра «Трубопроводный транспорт»
Л.А. ШАЦКАЯ
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
СЖИЖЕННЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ
Учебное пособие
Самара
Самарский государственный технический университет
2018
1
Печатается по решению ученого совета СамГТУ (протокол № 9 от
27.04.2018 г.).
УДК 622.69(075.8)
ББК 39.77я73
Ш32
Шацкая Л.А.
Ш32 Физические свойства сжиженных углеводородных газов: учеб.
пособ. / Л.А. Шацкая. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2018. – 64 с.
Содержит сведения о марках и свойствах сжиженных углеводородных газов; расчет параметров однофазной системы; порядок расчета компонентного
состава жидкой и газообразной фаз.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 21.03.01
«Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и
продуктов переработки».
УДК 622.69(075.8)
ББК 39.77я73
Ш32
Р е ц ензент канд. техн. наук А.А. Гашенко
© Л.А. Шацкая, 2018
© Самарский государственный
технический университет, 2018
2
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время сжиженные углеводородные газы (СУГ) заняли прочное место в обеспечении как отдельных потребителей, так и
целых регионов топливом и сырьем. В России и странах СНГ сжиженными углеводородными газами называют сжиженные пропан, бутан и их смеси. Во многих странах эти продукты называют сжиженными нефтяными газами (СНГ), что соответствует англоамериканскому термину Liquefied Petroleum Gas (LPG). Первоначально, сжиженные газы были предназначены для бытовых целей. В
настоящее время диапазон применения СУГ значительно расширился: отопление бытовых и коммунальных помещений, сушка, резка и
сварка металлов, топливо для двигателей внутреннего сгорания, как
сырье для производства химических продуктов и синтетических материалов.
Экономика России, обладает самыми крупными в мире запасами
полезных ископаемых и полностью базируется на собственных энергоресурсах. В их основе – углеводороды (доказанные запасы которых
составляют более 30 % от общемирового показателя). По данным последней редакции «Технического паспорта газового хозяйства Российской Федерации по состоянию на 01.01.2007» [1] уровень газификации жилого фонда СУГ составлял (рис. 1) в целом по РФ 17,77 %,
из них по федеральным округам:
ЦФО – 12,04 %; СЗФО – 26,60 %; СФО – 33,75 %; ЮФО – 4,36 %;
ПФО – 12,51 %; УФО – 20,70 %; ДВФО – 23,59 %.
В 2009 г. в 8 регионах России (Республики Бурятия, Тува, Хакасия, Забайкальский и Красноярский края, Амурская и Мурманская
области, Еврейская автономная область) СУГ был единственным используемым видом газового топлива, а в 13 регионах (Республики
Алтай, Карелия, Алтайский, Приморский, Хабаровский края, Архангельская, Иркутская, Кировская, Курганская, Кемеровская, Новосибирская, Омская, Томская области) – преобладающим.
3
4
Р и с .1. Уровень газификации жилого фонда СУГ в РФ, %
4
ЦФО – Центральный федеральный округ
СЗФО – Северо-Западный федеральный округ
СФО – Сибирский федеральный округ
ЮФО – Южный федеральный округ
ПФО – Приволжский федеральный округ
УФО – Уральский федеральный округ
ДВФО – Дальневосточный федеральный округ
По данным интернет-источников потребление СУГ в мире за период с 1990 по 2009 гг. выросло примерно в 1,6 раза (со 150 млн т до
240 млн т). Ожидается, что к 2020 г. мировое потребление СУГ достигнет 300 млн т в год. Этому способствует, интенсивное развитие
экономики стран Азиатско-Тихоокеанского региона. В этой связи
экспорт СУГ для России имеет важное экономическое значение. Таким образом, широкое использование СУГ в настоящее время и прогнозируемое увеличение их потребления в будущем наглядно свидетельствуют об актуальности и востребованности СУГ как одного из
видов газового топлива [10].
«Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» [8]
предусматривает диверсификацию товарной структуры экспорта
энергоносителей за счет увеличения в экспорте доли энергетических
продуктов с высокой добавленной стоимостью, таких как СУГ и СПГ
(сжиженный природный газ).
5
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О СУГ
Сжиженными углеводородными газами (СУГ) являются низшие
углеводороды, которые в чистом виде или в виде смесей при сравнительно небольшом давлении и температуре окружающей среды переходят в жидкое состояние. Термин СУГ соответствует зарубежному
термину Liquefied Hydrocarbon Gases (LHG). В состав СУГ могут
входить как насыщенные углеводороды открытого строения (алканы), так и алкены – ненасыщенные углеводороды открытого строения
(табл. 1). При нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст. и тем-
пературе 0 °С) из предельных углеводородов газами являются только
метан, этан, пропан и бутан [1].
В терминологии сжиженные газы разделяют по принципу, – какой газ сжижается: природный газ – сжиженный природный газ, пропан, бутан и их смечи – сжиженный пропан-бутан (СПБ), этилен –
сжиженный этилен (СЭТ) и др.
Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ) включает
смесь легких углеводородов от этановой (С2) до гексановой (С6)
фракций. Типичный состав ШФЛУ выглядит следующим образом:
этан от 2 до 5 %; сжиженный газ фракций С3-С4 – от 40 до 85 %; гексановая фракция С6 от 15 до 30 %, на пентановую фракцию приходится остаток.
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.
Во избежание повышения давления насыщенного пара сжиженный газ не должен содержать значительных качеств этана, а для недопустимого снижения давления насыщенного пара – пентана.
6
H
H
H
H H
H
H H
H
H
С —H
Н Н
Типы и строение углеводородов
Таблица 1
Насыщенные углеводороды
открытого строения (алканы)
Метан СH4
СnH
2n+2
H
H H
C
Ненасыщенные углеводороды
открытого строения (алкены)
H
Этан С2H
6
H
H
C H
H
C H
H
Пропан С3H8 Пропилен С3H6
H
H
H
Этилен С2H
H
4
СnH2n
-
H
C
H
H
H
C
H
C
H
H
H C C H
H
C
H
H
Бутан С4H10 Бутилен С4H8
H
C
H
H
C
H
C C H
H
H
C
H
C
Изобутан С4H10 Изобутилен С4H8
H
H H
Н Н
C
H
H
H C C H
H C
H
H
H
C
C
C C H
H
C C
С — H
H
7
1.1. ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ СУГ
Сжиженные углеводородные газы обладают всеми достоинствами природных газов. Кроме того, для них можно дополнительно отметить следующие положительные особенности [5]:
1) возможность создать у потребителя необходимый запас газа в
жидком виде;
2) простота транспортировки;
3) отсутствие в составе СУГ коррозионно-активных веществ;
4) доступность использования в любом виде и в любых условиях;
5) сжиженные газы имеют более высокую, чем природные газы,
объемную теплоту сгорания (приближенно в 3 раза выше);
6) низкое значение скрытой теплоты парообразования (в 10 раз
меньше, чем у воды);
7) вязкость очень мала, что обеспечивает транспортировку СУГ
по трубопроводам с минимальными потерями на трение.
Недостатки СУГ:
1) переменность состава и теплоты сгорания при естественном
испарении;
2) малые значения низшей границы предела воспламенения;
3) плотность пропана и бутана больше плотности воздуха, что
при утечках вызывает скопление СУГ в низких местах и создаются
взрывоопасные ситуации;
4) низкая температура воспламенения;
5) возможность обморожения обслуживающего персонала при
аварийных ситуациях;
6) большой коэффициент объёмного расширения;
7) дорогое оборудование и отсутствие инфраструктуры для сжи-
жения и транспортировки.
8
1.2. ИСТОЧНИКИ ПОЛУЧЕНИЯ СУГ
Основными источниками СУГ являются:
1) предприятия нефтедобычи – получение СУГ и ШФЛУ проис-
ходит во время добычи сырой нефти при переработке попутного (связанного) газа и стабилизации сырой нефти;
2) предприятия газодобычи – получение СУГ и ШФЛУ происходит при первичной переработке скважинного газа или несвязанного
газа и стабилизации конденсата;
3) нефтеперегонные установки – получение сжиженного газа и
ШФЛУ происходит при переработке сырой нефти на НПЗ (нефтеперерабатывающий завод). В данной категории ШФЛУ состоит из смеси бутан-гексановых фракций (С4-С6) с небольшим количеством этана и пропана. Нефтезаводские газы являются одним из важных источников производства СУГ. Их доля составляет до 50 % от всего
производства СУГ. Количество сжиженных газов (в % массы), полученных из 1 т нефти, зависит от технологической схемы нефтепереработки (наиболее эффективные: крекинг в газовой фазе нефти 20–
25 %, термический риформинг лигроина 25–26 %).
Контрольные вопросы
1. Назовите основное преимущество СУГ.
2. Перечислите недостатки СУГ.
3. Какие вещества входят в состав СУГ?
4. Назовите основной источник получения СУГ.
9
2. МАРКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К СЖИЖЕННЫМ ГАЗАМ
В зависимости от основного компонента марки сжиженных газов
и коды ОКПО приведены в табл. 2 [1].
Таблица 2
Марки сжиженных газов
Код ОКПО
Марка Наименование
ПТ Пропан технический 02 7236 0101
ПА Пропан автомобильный 02 7239 0501
ПБА Пропан-бутан автомобильный 02 7239 0502
ПБТ Пропан-бутан технический 02 7236 0102
БТ Бутан технический 02 7236 0103
(общероссийский классификатор
предприятий и организаций)
Состав подбирается так, чтобы при низких температурах зимой
упругость паров смеси была достаточной для нормальной работы регуляторов. А при высоких температурах летом не превышала максимального давления, на которое рассчитаны баллоны и резервуары для
СУГ. Согласно ГОСТ давление насыщенных паров смеси должно
быть не более 1,6 МПа при t = 45 °C.
Применение сжиженных газов различных марок в зависимости от
микроклиматического района по ГОСТ 16350 приведено в табл. 3.
Деление смеси пропана и бутана на зимнюю и летнюю марки
связано с наружными температурами, определяющими упругость
насыщенных паров сжиженных газов, находящихся в баллонах или
подземных резервуарах. Например, для автомобильного транспорта
зимой рекомендуется применять сжиженный газ марки ПА (пропан
автомобильный), содержащий 85 ±10 % пропана. Летом – ПБА (пропан-бутан автомобильный), содержащий 50 ± 10 % пропана, бутан и
не более 6 % непредельных углеводородов.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]