Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические свойства сжиженных углеводородных газов. Учебное пособие
.pdf
Применение различных марок сжиженного газа
ПБТ, ПБА,
Применение различных марок
сжиженного газа.
Назначение сжиженного газа
Применяемый сжиженный газ
для микроклиматического района
по ГОСТ 16350
умеренного холодного
Летний
Зимний
Летний
Таблица 3
Зимний
период
1. Коммунально-бытовое потребление:
1) газобаллонное:
– с наружной установкой баллонов;
– с внутриквартирной установкой бал-
лонов;
портативные баллоны; БТ БТ БТ БТ
2) групповые установки:
– без испарителей;
– с испарителями ПБТ, ПБА,
2. Топливо для автомобильного
ПБТ, П5А
ПБТ, ПБА ПБТ, ПБА ПБТ, ПБА ПБТ, ПБА
ПБТ, ПБА
ПБА, ПБТ
БТ
период
ПТ, ПА
ПТ, ПА ПТ, ПА,
ПТ, ПА.
БТ
ПА, ПТ
период
ПБТ, ПБА
ПБТ, ПБА
ПТ, ПА.
ПБТ, ПБА
–
период
ПБТ, ПБА
ПТ, ПА
ПТ, ПА
ПТ, ПА,
–
транспорта
П р и м е ч а н и я.
1. Для всех климатических районов, за исключением холодного и очень холодного:
летний период – с 1 апреля по 1 октября;
зимний период – с 1 октября по 1 апреля.
2. Для холодных районов:
летний период – с 1 июня по 1 октября;
зимний период – с 1 октября по 1 июня.
3. Для очень холодных районов:
летний период – с 1 июня по 1 сентября;
зимний период – с 1 сентября по 1 июня.
4. Допускается к применению газ марки ПБА в качестве топлива автомобильного
транспорта во всех климатических зонах при температуре окружающего воздуха не
ниже 20 °С.
11
С той же целью лимитируется содержание бутана и бутилена в
смеси, так как при низких температурах они имеют малую упругость
паров. С учетом оптимальной упругости насыщенных паров ГОСТ
16350 предусматривает содержание пропана и пропилена в зимней
марке не меньше 75 % по массе. А в летней марке и бутане техническом содержание этих компонентов не нормируется. Ограничение в
составе сжиженных газов содержания лёгких компонентов (этан, этилен) связано с тем, что наличие значительного количества этих углеводородов приводит к резкому увеличению упругости паров. Например, при 35 ºC упругость насыщенных паров этана достигает
4,9 МПа. В то же время наличие незначительного количества легких
компонентов в сжиженном газе повышает общее давление насыщенных паров смеси, что обеспечивает в зимнее время нормальное газоснабжение потребителей. Наличие значительного количества пентана
также недопустимо, так как это приводит к резкому снижению давления насыщенных паров и повышению точки росы (температура конденсации пентана около 3 ºС).
По физико-химическим и эксплуатационным показателям сжиженные газы должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 4.
12
Физико-химические и эксплуатационные показатели
сжиженных газов
Таблица 4
Наименование
показателя
ПТ ПА ПБА ПБТ БТ
1. Массовая доля
компонентов, %:
– сумма метана, этана
и этилена;
– сумма пропана и пропи-
лена, не менее,
в том числе пропана;
– сумма бутанов
и бутиленов:
– не более;
– не менее;
– сумма непредельных
углеводородов, не более
2. Объемная доля жидкого
Норма для марки Метод испытания
–
75
–
–
–
–
–
–
85±10
–
–
6
–
–
50±10
–
–
6
–
–
–
60
–
–
–
–
–
–
60
–
ГОСТ 10679
0,7 0,7 1,6 1,6 1,8 ГОСТ Р 52087-2003,
остатка при 20 °С, %,
не более
3. Давление насыщенных
паров, избыточное, МПа,
при температуре:
– 45 °С, не более;
– минус 20 °С, не менее;
– минус 30 °С, не менее
4. Массовая доля сероводо-
рода и меркаптановой
серы, %, не более,
в том числе сероводорода,
не более
–
0,16
–
0,013
0,003
–
–
0,07
0,01
0,003
1,6
0,07
–
0,01
0,003
–
–
–
0,013
0,003
–
–
–
0,013
0,003
п. 8.2
ГОСТ Р 50994
или ГОСТ 28656
ГОСТ 229S5
или ГОСТ Р 50802
13
Окончание табл. 4
и более, а марок ПА
Наименование
показателя
ПТ ПА ПБА ПБТ БТ
5. Содержание свободной
воды и щелочи
6. Интенсивность запаха,
баллы, не менее
П р и м е ч а н и я.
1. Допускается не определять интенсивность запаха при массовой доле меркаптановой серы в сжиженных газах марок ПТ, ПБТ и БТ 0,002 %
и ПБА – 0,001 % и более. При массовой доле меркаптановой серы менее указанных значений или интенсивности запаха менее 3 баллов сжиженные газы должны
быть одорированы в установленном порядке.
2. При температурах минус 20 °С и минус 30 °С давление насыщенных паров
сжиженных газов определяют только в зимний период.
3. При применении сжиженных газов марок ПТ и ПБТ в качестве топлива для ав-
Норма для марки
–
3
Метод испытания
ГОСТ Р 52087-2003,
п. 8.2
ГОСТ 22387.5
или п. 8.3
ГОСТ Р 52087-2003
томобильного транспорта массовая доля суммы непредельных углеводородов не
должна превышать 6 %, а давление насыщенных паров должно быть не менее 0,07
МПа для марок ПТ и ПБТ при температурах минус 30 °С и минус 20 ° соответственно.
Пары СУГ бесцветны и не имеют запаха, что затрудняет их обнаружение в случае утечки. Для придания запаха добавляют одорант
– этилмеркаптан в количествах 60–90 г/т СУГ.
Запах должен ощущаться при концентрации газа в воздухе помещения от 0,3–0,5 %.
Контрольные вопросы
1. Перечислите марки сжиженных газов.
2. С чем связано деление смеси пропана и бутана на зимнюю и летнюю
марки.
3. Назовите физико-химические показатели СУГ.
14
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ
И ГАЗООБРАЗНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ И ИХ СМЕСЕЙ
СУГ транспортируются и хранятся в жидком состоянии. Жидкое
состояние поддерживается давлением собственных (насыщенных)
паров. Таким образом, сжиженные газы транспортируются и хранятся
в двухфазном состоянии. Исключением является транспортировка
трубопроводным транспортом. В этом случае СУГ должен находиться в одной (жидкой) фазе. Существование СУГ возможно при температуре окружающей среды и избыточном давлении либо при атмосферном давлении, но отрицательной температуре [5].
Например, для сжатия пропана при температуре 20 °С требуется
давление 0,75 МПа. При увеличении температуры возрастает и значение требуемого для сжижения давления, так как растет и давление
насыщенных паров. При температуре 96,67 °С давление сжижения
пропана составляет 4,25 МПа. Выше этой температуры пропан не
может существовать в жидкой фазе даже при давлениях, превышающих 4,25 МПа. Эти значения температуры и давления для пропана
являются критическими. Состояние газа, соответствующее критической температуре и давлению, называется критическим состоянием.
Плотность паровой фазы в критическом состоянии равна плотности
жидкой фазы. Численные значения критических параметров углеводородных газов варьируются в широких пределах.
Физико-химические свойства углеводородных газов и их критические параметры приведены в табл. 5.
Свойства СПГ в первом приближении соответствуют свойствам
сжиженного метана, поскольку он является основным компонентом
СПГ (табл. 6). Состав СПГ несколько отличается от состава природного газа. В процессе сжижения от газа отделяются и отфильтровываются кислород, сера, азот, двуокись углерода и вода. Поэтому полученный продукт отличается высокой чистотой.
15
Физико-химические свойства углеводородных газов
Таблица 5
Н-
Изо-
Н-
Изо-
Характеристики Метан Этан Этилен ПропанПропилен
бутан
Химическая формула СН4 С2Н6 С2Н4 С3Н8 С3Н6 С4Н
Молекулярный вес, г/моль 16,04 30,07 28,05 44,10
Плотность газовой фазы при 0 °С
0,77 1,358 1,261 2,019
42,08 58,12 58,12 56,10 56,10 72,15
1,915 2,703 2,668 2,500 2,500 3,220
10
бутан
С4Н
10
бутилен
бутиленН-пентан
С4Н8 С4Н8 С5Н
12
и 760 мм рт. ст., кг/м3
Плотность жидкой фазы при темпера-
416 546 566 585 609 600 594 646 646 637
туре кипения и 760 мм рт. ст, кг/м3
Температура кипения
-161,0 -88,5 -103,7 -42,1 -47,0 -0,6 -10,2
-5,0 -6,0 +36,2
при 760 мм рт. ст., °С
16
Критическая температура, °С
Абсолютное критическое давление,
-82,1 32,3 9,7 96,8 92,3 152,0 133,7 144,0 143,0 197,2
4,58 4,82 5,09 4,21 4,50 3,45 3,82 3,40 – 34,4
МПа
Температура воспламенения, ºС 640 508 475 510 475 475 490 445 400 475
Октановое число 110 125 100 120 115 93 99 105 87 64
Динамическая вязкость жидкой фазы
6,8 6,8 – 13,8 – 21,5 19,2 – – 29,0
при 0 °С, η⋅106, кгс⋅с/м2
Пределы воспламенения в смеси
5,3/15,0 3,2/12,5 3,2/34,0 2,3/9,5 2,2/9,7 1,5/8,4 1,8/8,4 1,7/9,0 1,7/9,0 1,4/7,8
с воздухом при нормальных условиях,
нижний/верхний, %
Максимальная скорость распростране-
0,670 0,856 1,430 0,821 – 0,826 0,826 – – 0,820
ния пламени в трубе диаметром
25,4 мм, м/с
16
Ориентировочный состав СПГ, %
Азот 0–2
Метан 65–99
Этан 0,5–20
Пропан 0,2–13
Бутан 0,2–1,5
Пентан 0,05–0,5
Таблица 6
Основными свойствами углеводородов, используемых для определения характеристик сжиженного газа, являются плотность, удельный
объем, сжимаемость, вязкость, упругость паров, скрытая теплота испарения, теплота сгорания, теплоемкость, температура кипения, пределы
воспламенения, температура воспламенения и скорость пламени.
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.
Рассмотрим каждое из этих свойств подробнее.
3.1. ПЛОТНОСТЬ
Плотность СУГ – это масса единицы объема жидкой фазы углеводородов ρж или насыщенного пара ρ
, или газовой фазы при стан-
нас
дартных условиях ρг. Плотность паровой фазы СУГ – сложная функция температуры, состояния и давления. Для технических расчетов
17
плотность компонентов сжиженного газа можно считать зависящей, в
−⋅−
=
∑
(
)
∑
=
основном, от температуры (Т) (рис. 2) и определить по формуле [3]:
ТТ
ТТ
0
0
),(αρρ
(1)
где a – коэффициент температурного расширения, кг/(м3⋅К);
Т
– начальная температура, К;
0
ρ
– плотность при начальной температуре, кг/м (табл. 7).
Т
0
В большинстве случаев сжиженные газы представляют собой смесь,
состоящую, в основном, из пропана, бутана и изобутана. Благодаря
идентичности строения их молекул приближенно соблюдается п р а в и ло а ддитивности (суммирования): параметры смеси пропорциональны концентрациям и параметрам отдельных компонентов:
где
y
– параметр смеси;
см
y
– параметр компонента;
i
см
=
xyy
, (2)
ii
x
– концентрация компонента.
i
Плотность смеси сжиженных газов определяется:
m
m
===
i
m
i
ρ
см
m
V
см
см
1
,
(3)
x
n
+++
ρ
n
где
х
,
х
, …,
1
2
х
– массовые доли компонентов
n
ρ
=
см
xx
2
1
1
...
ρρ
2
mсм – масса смеси сжиженных газов;
Vсм – объем смеси сжиженных газов;
−
ρ ...,,ρ ,ρ
21
плотности компонентов, входящих в состав сжи-
n
см
m
смсм
x
,
i
∑∑
ρρ
i
;
1
x
i
женного газа.
18
Р и с . 2. Зависимость плотности жидкой фазы СУГ от температуры
Таблица 7
Значения величины
и α для расчета плотности СУГ
оρТ
(при Т0 = 273 К)
Газ
кг/м,ρ
о
Т
3
3
Ккг/м,
⋅α
Температура Т, К
Этилен 345,5 3,076 233–280
Пропан 529,7 1,354 205–301
Пропилен 543,5 1,477 233–313
Н-бутан 601,1 1,068 227–331
Изобутан 581,0 1,145 223–289
Н-бутилен 638,6 1,160 223–289
Изобутилен 618,1 1,096 203–273
Н-пентан 645,5 0,950 150–332
19
Плотность остатка углеводородов С5 и выше, входящих в состав
−⋅+⋅=
β
Т
β
[
]
=
β
Т
β
Т
β
СУГ, принимают 700 кг/м3.
Плотность жидкой фазы пропан-бутановых смесей зависит от состава углеводородов и температуры, так как с ростом температуры снижается плотность жидкости, что обусловлено объемным расширением.
3.2. УДЕЛЬНЫЙ ОБЪЕМ
Удельный объем – это объем единицы массы газа. Удельный
объем определяется как величина обратная плотности. Жидкая фаза
СУГ резко увеличивает свой объем при повышении температуры.
При изменении температуры, например, пропана от минус 15 °С до
25 °С его объем увеличивается на 11 %. Поэтому сосуды надо рассчи-
тывать на максимальную температуру. При 100 % заполнении сосуда
СУГ произойдет его разрыв при повышении температуры. Максимально допускается налив на 85 % емкости.
Изменение объема жидкой фазы определяется по формуле:
)],(1[
V
где
– объем жидкости при начальной температуре
ж0
V
– объем жидкости при конечной температуре Т;
ж
Тж
ТТVV
(4)
00ж
Т
;
0
– коэффициент объёмного расширения, который зависит от
температуры
Т
Значение коэффициента
Значения
Газ
К/1
.
приведено в табл. 8.
Таблица 8
для расчета изменения объема жидкой фазы СУГ
Диапазон изменения температуры, ºС
от -20 до +10 от +10 до +40
Пропан 0,00290 0,00372
Бутан 0,00209 0,00220
Керосин 0,00095
Вода 0,00019
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]