- •Перевозка сжиженных газов морем
- •Оглавление
- •Основы химии газов строение атома. Периодическая таблица элементов
- •Масса атома
- •Закон авогадро
- •Классификация углеводородов
- •Основные химические свойства углеводородов полимеризация
- •Полимер
- •- (СнсНз-сн2)n –
- •Катализаторы
- •Ингибиторы
- •Пахучие вещества
- •Реакция углеводородов с водой - образование гидратов (slush)
- •Химическая совместимость газов
- •Неорганические газы
- •Транспортные характеристики газов общие положения
- •Основные группы газов, перевозимых морем
- •Химические грузы
- •Основные физические свойства газов
- •Воздействие низких температур (brittle fracture)
- •Переворачивание груза (rollover)
- •Статическое электричество
- •Основные опасности на танкерах и газовозах статическое электричество на танкерах и газовозах
- •IBce переносное оборудование, которое используется при работе в танках, должно быть надежно заземлено перед тем, как опускать его в танк или использовать в опасных зонах.
- •Способы уменьшения возникновения статических зарядов
- •Пожароопасность
- •Воспламеняемость
- •Классификация опасных грузов
- •Токсичность сжиженных газов и сопутствующих веществ
- •Предельно допустимая концентрация
- •Классификация токсинов
- •Пути проникновения токсинов в организм
- •Побочные опасности
- •Приборы контроля атмосферы танков типы приборов контроля атмосферы
- •Приборы для измерения взрывоопасных концентраций газов
- •Эксплозиметры
- •Интерферометр
- •Анализаторы содержания кислорода
- •Приборы и устройства для измерения концентрации токсичных газов
- •Приборы для измерения точки росы
- •Состав сухого воздуха, %
- •Типы газовозов типы и группы газовозов
- •Газовозы напорного типа
- •Газовозы полунапорного типа
- •Газовозы-химовозы
- •Суда рефрижераторного типа
- •Суда для перевозки природного газа - метановозы
- •Конструктивные особенности газовозов
- •Защита грузовых емкостей от повреждений
- •Материал, используемый для изготовления танков
- •Изоляция грузовых танков
- •Основные системы газовозов
- •Специальные системы газовозов
- •Оборудование. Инструменты
- •Основы термодинамики сжиженных газов идеальный газ
- •Основы термодинамики
- •Расчет температуры смеси жидкой фазы груза
- •Взаимные превращения жидкостей и газов
- •Работа при изменении объема газа
- •Энтропия
- •Теплопроводность
- •Расчет изоляции грузовых танков
- •Диаграмма молье
- •Установки повторного сжижения газов принципы искусственного охлаждения
- •Циклы упсг
- •Каскадная упсг
- •Насосы грузовых систем газовозов основные понятия и определения
- •Математические основы расчета рабочих параметров насосов
- •Типы насосов грузовых систем газовозов
- •Напорные характеристики насосов
- •Напорные характеристики трубопроводов
- •Работа центробежных насосов в составе трубопроводов
- •Особенности действия грузовых насосов
- •Меры предосторожности при эксплуатации грузовых систем
- •Меры безопасности на газовозах общие принципы обеспечения безопасности на газовозах
- •Конструктивное обеспечение пожарной безопасности
- •1. Оборудование конструктивно безопасного типа исключает искрообразование в процессе его нормальной эксплуатация и питается от сетей пониженного напряжения.
- •Оборудование газовоза активными средствами пожаротушения
- •Системы обнаружения пожаров
- •Переносные средства пожаротушения
- •Дыхательные аппараты
- •Организационные мероприятия по обеспечению пожаробезопасности
- •Меры безопасности при выполнении судовых работ
- •Разрешение на выполнение «горячих» работ
- •Раздел 1.
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.
- •Комментарии к «Разрешению на выполнение горячих работ»
- •Раздел 1.
- •Раздел 2.
- •Разрешение на выполнение холодных работ
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.
- •Комментарии к «Разрешению на выполнение холодных работ»
- •Меры безопасности при выполнении судовых работ
- •Раздел 1.
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.
- •Раздел 4. Записи о вошедших (подлежит заполнению лицом, контролирующим вход)
- •Раздел 5. Завершение работы (подлежит заполнению лицом, контролирующим вход)
- •Грузовые операции основные этапы обработки груза на борту судна
- •Расчет времени на погрузку
- •Выгрузка
- •Специальные правила
- •Замеры и подсчет груза. Грузовая документация общие положения
- •Особенности подсчета груза на газовозах
- •Плотность груза
- •Стандартные способы подсчета груза
- •Общие правила определения веса груза
- •Расчет газовой фазы груза
- •Перевод процентных соотношений смесей в весовые или объёмные соотношения, и наоборот
- •Подсчет линейной скорости потока жидкости
- •Грузовая документация
- •Методы замены атмосферы танка
- •Метод разбавления атмосферы (dilution method)
- •II Повторный запуск всего оборудования — дело долгое и хлопотное.
- •Организация процесса замены атмосферы танков
- •Смена груза и условия предъявления судна под погрузку
- •Мойка танков
- •Заключительная обработка поверхности танка
- •Аварийные мероприятия на газовозах аварийное планирование
- •Организация борьбы с пожарами
- •Инциденты с грузом
- •Операции с грузом
- •Подвижка судна у причала
- •Посадка на мель
- •Касание грунта
- •Столкновение
- •Аварийная перекачка груза с судна на судно
- •Подготовка экипажа к оставлению судна
- •Словарь терминов общепринятые сокращения
- •Приложения
- •Спецификации сюрвейерской компании sgs на некоторые сжиженные химические газы (можно использовать только как справочные данные)
- •Сжиженные и химические газы, включенные в igc кодекс
Расчет температуры смеси жидкой фазы груза
Теплота всегда передается от более теплого тела к менее теплому, иными словами, от тела с высокой температурой — к телу с низкой температурой.
Предположим, что два вещества смешаны без образования химической реакции, т. е. не возникает выделения или поглощения тепла. В этом случае можно сказать, что переданное тепло равно теплу полученному. При этом мы предполагаем, что передачи тепла окружающей среде не происходит.
Теплота, которую одно вещество передало другому в процессе их смешивания, равна теплоте, полученной другим веществом.
Иными словами, передача теплоты будет происходить до тех пор, пока температуры веществ не сравняются.
Такое определение используется на практике при перевозке газовой смеси сжиженных пропана и бутана с разной теплоемкостью и разными температурами при их смешивании на борту судна.
В этом случае мы заранее можем сосчитать температуру смеси сжиженных газов, зная первоначальные параметры каждого газа до их смешения. А зная температуру смеси, мы можем определить и давление в танке, и плотность груза.
Прежде всего запишем в виде формулы уже известное равенство — теплота полученная равна теплоте отданной:
m1 • C1 • ΔT1 = т2 • c2 • ΔT2, (1)
где левая половина равенства определяет теплоту одной жидкости, а правая — теплоту другой. Наиболее просто это можно рассмотреть на примере.
Пример: Смешивают 5 кг пропана при температуре tp = -40°С и 8 кг бутана при температуре tb =2° С. Удельная теплоемкость пропана сp = 2476 Дж/кг К, а бутана сb = 2366 Дж/кг К. Определим температуру смеси газов Тm.
Решение: Ясно, что Тb > Тm > Тp , и можно записать для пропана
ΔTp = (Tm-Tp), a для бутана ΔТb = (Tb --Tm),
Для нашего случая
ΔTp= (Tm - 233); ΔTb = (275 - Tm). Рассчитаем температуру смеси по формуле (1):
mp • cp = ∆Tp = mb •cb • ∆Tb = 5 • 2476 • (Тm -233) = 8 • 2366 • (275 - Тm) = 12380 • Тm - 2884540 =
= 5205200 - 18928 • Тm Отсюда 31308 • Тm = 8089740, или
Тm = 8089740 = 258,39 = 258,4 – 273 = -14,6°C
31308
В общем случае расчет температуры смеси можно выразить формулой:
ЗАКОН ДАЛЬТОНА
Закон Дальтона можно выразить следующим образом:
где pT — общее давление смеси газов; pA + pB -- парциальное давление каждого газа; nА — количество молей газа А в объеме; nВ — количество молей газа В в объеме; R — универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(К • моль); Т — абсолютная температура смеси газов; V — объем смеси газов, м3.
Давление смеси газов равно сумме парциальных давлений каждого из газов, составляющих смесь.
Парциальное давление — это давление чистого газа (без примесей) в данном объеме при заданной температуре.
Для вычисления давления смеси используют понятия массовой концентрации газа gi и молярной концентрации газа ri,
gi = Gi / Gcm , ri = ni / ncm ,
где Gi и Gcm — масса газа и масса смеси газов; ni и ncm — количества вещества газа и смеси газов (моль).
При перевозке смеси сжиженных газов важно знать, какое давление будет в танке при данной температуре. Это требуется для определения параметров компрессорной установки.
Рассмотрим несколько простых методов расчета давления паров, если известен молярный или весовой состав смеси, погруженной на борт.
Пример: Судно должно погрузить смесь газов, состоящую из 100 т пропана и 400 т бутана, температура смеси составляет —8° С (см. расчет температуры смеси газов). Давление насыщенных паров пропана при этой температуре, определенное по графику или взятое из таблицы, 3,69 бара. А давление насыщенных паров бутана при этой же температуре 0,78 бара. Необходимо определить давление насыщенных паров смеси (т. е. общее давление в танке) и процентный состав газовой фазы над поверхностью жидкости.
Решение: Рассчитаем молярное соотношение пропана и бутана в составе смеси. Для этого определим молярную массу пропана C3H8 и бутана C4H10. С помощью периодической таблицы элементов находим, что один атом углерода имеет массу 12,01115 г/моль, а атом водорода — 1,00797 г/моль.
Тогда молярная масса пропана 12,01115 г/моль х 3 = 36,03345 г/моль
+
1,00797 г/моль х 8 = 8,06376 г/моль
44,09721 г/моль = 44,1 г/моль;
молярная масса бутана 12,01115 г/моль х 4 = 48,0446 г/моль
1,00797 г/моль х 10 = 10,0797 г/моль
58,1243 г/моль = 58,1 г/моль.
Теперь определим количество молей каждого вещества в смеси. Соотношение масс пропана и бутана
100 : 400; если использовать не тонны, а граммы, то соотношение останется тем же самым — 100 : 400. Рассчитаем количество вещества (молей) из соотношения;
n = т/Мr, где n — число молей; Mr — молярная масса; m — масса вещества.
Число молей пропана 100 г : 44,1 г/моль - 2,27 моля;
Число молей бутана 400 г : 58,1 г/моль = 6,88 моля;
Общее число молей смеси 9,15 моля
Рассчитаем парциальное давление пропана и бутана, используя закон Рауля:
Молярный состав пропана в жидкой фазе: 2,27= 0,248, или 24,8%.
9,15
Молярный состав бутана в жидкой фазе: 6,88 = 0,752, или 75,2%.
9,15
Парциальное давление пропана: 0,248 х 3,69 бар = 0,915 бара;
парциальное давление бутана: 0,752 х 0,78 бар = 0,587 бара.
Давление насыщенных паров смеси 1,502 бара,
давление в танке (манометрическое) ≈ 0,5 бара.
Состав смеси в газовой фазе (над поверхностью жидкости) можно рассчитать следующим образом:
содержание пропана в газовой фазе: 0,915 бара : 1,502 бара = 0,60 → 60,9%;
содержание бутана в газовой фазе: 0,587 бара : 1,502 бара = 0,391 → 39,1%.
Как можно видеть, газ, всасываемый компрессором в систему повторного сжижения, состоит на 60,9% из паров пропана и на 39,1% из паров бутана, несмотря на то, что в жидкой фазе содержится всего 24,8% пропана.
Такие расчеты надо выполнять заранее, чтобы определить установочное давление для предохранительных клапанов на танках (MARVS — Maximum Allowed Relieve Valve Setting) и максимально допустимое давление конденсации смеси в системе повторного сжижения, поскольку пропан имеет более высокое давление конденсации, нежели бутан.
Следует иметь в виду, что все газы, перевозимые на судах, фактически представляют собой смесь целого ряда различных газов. Например, промышленный пропан содержит от 95 до 98% пропана, 1—3% этана и около 1% бутана.