7.4. Использование сжиженных газов

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) применяются для газоснабжения населенных пунктов и небольших предприятий, удаленных от газовых месторождений и магистральных газопроводов. При переводе в сжиженное состояние объем газа уменьшается примерно в 250 раз, что создает благоприятные условия для его транспортировки в различных емкостях к месту потребления.

Состав сжиженных газов зависит от состава исходного сырья. Сжиженные газы полученные из природного сырья, состоят в основном из пропана С₃Н₈, бутана и изобутана С₄Н₁₀. Газы , полученные на газофракционирующих установках нефтеперерабатывающих заводов, содержат также этилен С₂Н₄, пропилен С₃Н₆, бутилен С₄Н₈ и другие углеводороды.

Общим свойством этих газов, кроме этана и этилена, является переход их в сжиженное состояние при умеренных температурах и небольшом повышении давления. Это свойство позволяет транспортировать их в виде жидкостей, а сжигать в виде газа.

В связи с тем, что упругость паров сжиженных углеводородов при одинаковой температуре различна, состав товарного газа определяется климатическими условиями в местах потребления и временем года. Давление паров сжиженного газа должно быть достаточным для поступления к газосжигающим устройствам, но не должно превышать предела, установленного условиями безопасной работы, не более 1.6 МПа .

Установлены следующие марки сжиженных газов: СПБТЗ – смесь пропана и бутана технических, зимняя; СПБТЛ- смесь пропана и бутана техническая, летняя; БТ- бутан технический.

Сжиженный газ в железнодорожных цистернах поступает на газораздаточную станцию (ГРС), которая является базой снабжения потребителей сжиженным газом. На ГРС осуществляется слив сжиженного газа из транспортных емкостей в стационарные хранилища и наполнение автоцистерн и баллонов. В автоцистернах газ перевозят к хранилищам укрупненных установок, в баллонах- к индивидуальным потребителям. Сжиженные газы можно транспортировать также по трубопроводам, устройство которых аналогично устройству трубопроводов для бензина и нефти.

Поскольку объемный коэффициент термического расширения углеводородных газов высок, при транспортировке и хранении емкости заполняются не полностью. Допустимая величина наполнения емкости зависит от состава газа и возможных колебаний температуры.

Железнодорожные цистерны для транспортирования пропана рассчитаны на рабочее давление 2 МПа, для бутана- на 0.8 МПа при максимально допустимой температуре газа 20⁰С, их емкость составляет 51-60 и 100 м³.

Для защиты от воздействия солнечных лучей верхняя половина цистерны покрывается металлическим кожухом, который снаружи окрашивается светлой краской. Зазор между кожухом и стенками цистерны составляет 60мм. На крыше люка устанавливаются предохранительный клапан, устройство для наполнения и опорожнения, контроля уровня, выпуска газа и воды, а также патрон для измерения температуры. Эта арматура сверху закрывается колпаком с отверстиями для выпуска газа, сбрасываемого через предохранительный клапан.

Из ГРС сжиженные газы перевозят к укрупненным хранилищам в автомобильных цистернах, оборудованных такой же арматурой, как и железнодорожные цистерны. Кроме того, устанавливается насос для загрузки и опорожнения емкости, а также счетчик для учета отпускаемого газа.

Индивидуальным потребителям сжиженный газ доставляют в баллонах на специально оборудованных грузовых автомобилях. Баллоны имеют вместимость 27, 50, 80л. На расходном штуцере баллона устанавливается угловой вентиль, закрывающийся при перевозке колпачком. Наружная поверхность баллона окрашивается в красный цвет и снабжается надписью, указывающей наименование газа.

Для обеспечения сжиженным газом укрупненных установок базы хранения сжиженных газов оборудуются горизонтальными подземными и надземными цилиндрическими резервуарами. При подземном хранении максимальное количество газа в групповой установке не должно превышать 300 м³, при надземном – 5 м³. Вместимость одного резервуара 10…200 м³.

Резервуары устанавливаются на прочном фундаменте и окрашиваются алюминиевой краской при надземной установке и покрываются противокоррозионной изоляцией при подземной.

Надземные резервуары рассчитываются на давление, равное упругости паров газа при температуре 50⁰С, подземные при температуре 25⁰С.

Каждый резервуар снабжается предохранительными клапанами, обратным клапаном на наполнительном трубопроводе, скоростным клапаном на расходной линии, уровнемером сжиженного газа, манометром, сигнализатором максимального уровня, штуцерами для подсоединения наполнительных, расходных и дренажных трубопроводов и люком осмотра резервуара. Скоростные клапаны предназначены для отключения расходной линии в случае разрыва ее или другой аварии, при которой возможен выброс больших количеств сжиженного газа.

Подземные резервуары из транспортных цистерн заполнят сжиженным газом, используя разность уровней. Для слива газа в надземные емкости используется насос, установленный на автоцистерне.

На ГРС слив из железнодорожных цистерн происходит за счет создания в опорожняемой емкости избыточного давления путем подачи сжатых в компрессоре паров газа.

Газ в автоцистерны и индивидуальные баллоны на ГРС закачивается насосом. Контроль за наполнением газа в автоцистерны ведется по счетчику, индивидуальные баллоны при заполнении устанавливаются для контроля на весы. Регазификация газа в индивидуальных газобаллоных установках и в большинстве случаев в групповых установка осуществляется за счет теплоты, подводимой к емкости извне. Количество газа, которое может быть отобрано из емкости при естественном подводе теплоты из окружающей среды, определяется так ( кг/с):

m= ,

где F- площадь смоченной поверхности емкости,м²; t_н – наружная температура; t_вн- температура в емкости, равная температуре кипения, ⁰С; r – теплота испарения сжиженного газа, к Дж/кг; k- коэффициент теплопередачи, кВт/(м² град).

Как видно из формулы , производительность установки зависит от площади смоченной поверхности. Следовательно, увеличение отбора пара может быть достигнуто увеличением вместимости емкости или заменой одной емкости большого объема несколькими емкостями меньшего объема. Кроме того, теплота сгорания регазифицированного газа непрерывно изменяется, так как в паровом пространстве содержится больше низкокипящих элементов, а в жидкой фазе происходит накопление более тяжелых углеводородов. Изменение состава газа ухудшает работу газовых горелок.

Производительность одного подземного резервуара Q₁ (м³/ч) можно определить по номограмме, рис.7.4.

При этом надо знать температуру грунта или температуру СУГ, которая ниже температуры грунта примерно на 40⁰. Если резервуар находится в групповой установке подземного хранилища, то следует учесть тепловое влияние на его производительность расположенных рядом резервуаров:

Q= К Q₁,

где К- коэффициент влияния, зависящий от числа резервуаров z, см. табл. 7.1.

Таблица 7.1. Значения коэффициента влияния К

Z	1	2	3	4	6	8
К	1	0,93	0,84	0,74	0,67	0,64

Подача СУГ в здания осуществляется тремя способами: 1) Баллоны СУГ устанавливаются в здании; 2) Ввод СУГ в здание по наружному газопроводу от подземной емкости; 3) Поступление газа из газовой сети населенного пункта ( сетевая подача СУГ).

В первом случае в каждой квартире устанавливается не более одного баллона емкостью не свыше 50л. Обычно баллоны устанавливаются на кухне на расстоянии не менее 1.5 м от газовой плиты. От одного баллона может питаться только один газовый прибор. Баллон должен быть закреплен. Требования к размеру кухни, притоку воздуха и отводу продуктов сгорания такие же , как и в случае использования несжиженного газа.

Во втором случае СУГ применяется для снабжения крупных многоквартирных домов. Подземный резервуар устанавливается во дворе дома, заполняется из автоцистерны. Резервуар ограждают металлическим забором.

В третьем случае по газовой сети населенного пункта подается испарившийся газ или газ, смешанный с воздухом для снижения его теплоты сгорания. Испарение осуществляется подогревом в сетевом испарителе рис.7.5., рассчитанном на максимальный расход газа 100 кг/ч.

Здесь сжиженный газ соприкасается с наружной поверхностью змеевика, в который поступает горячая вода. Уровень жидкости в испарителе зависит от количества потребляемого газа. При увеличении расхода газа давление в испарителе снижается, что вызывает повышение уровня жидкости. При этом увеличивается площадь соприкосновения жидкости с поверхностью змеевиков и увеличивается производительность испарителя. При резком увеличении расхода газа или прекращении подачи горячей воды уровень жидкости повысится, поплавок 1 поднимется закроет клапан 2, что предотвращает попадание жидкости в газопровод.

При полном прекращении расхода газа давление в испарителе превысит давление в хранилище сжиженного газа и жидкость из испарителя будет вытеснена в хранилище. Сжигание СУГ ведется в обычных газовых приборах, но с уменьшенным диаметром горелок в связи с высокой теплотой сгорания СУГ.

Рис.7.5. Сетевой испаритель

сжиженного газа: 1.- поплавок; 2- клапан; 3- змеевик горячей воды; 4- стержень поплавка; 5- труба подвода СУГ, служащая направляющей для стержня 4.