11.1.2. Искусственная регазификация

Зависимость естественной регазификации от окружающей среды и от потребления газа, а также их недостаточная производительность вынуждает использовать способы искусственной регазификации сжиженных углеводородных газов. Преимущества установок с искусственной регазификацией состоят в большей производительности, не зависящей от внешних условий, в постоянстве состава испаряемого газа и в соответствии его с составом жидкой фазы, хранящейся в резервуаре, а также в независимости от степени заполнения хранилища и в возможности использования смесей газа с большим содержанием более легких углеводородов. Однако для установок искусственной регазификации, для которых необходима непрерывная подача от внешнего источника, отмечается сложность их обслуживания и необходимость установки систем автоматики. Кроме того, в этих установках наблюдается конденсация паров сжиженного углеводородного газа в газораспределительных сетях. Общим для установок искусственной регазификации является генерация пара в движущемся потоке. Конструктивно испарительные теплообменники бывают рекуперативного типа со змеевиковым нагревателем, вертикальные, кожухотрубные, трубчатые с вертикальным или горизонтальным кожухом, пленочные и форсуночные. [8]

В некоторых случаях целесообразно использовать в качестве топлива непосредственно жидкую фазу, транспортируя ее до горелочных устройств по трубопроводам. В этом случае нет необходимости ре газификации сжиженных углеводородных газов. В зависимости от конструкции горелок практически возможен любой расход газа независимо от теплоподвода с учетом любой неравномерности потребления, а также более равномерный расход всех компонентов газа из резервуара. Разработаны специальные конструкции горелок типа инжекционных, форсунок и др. Однако этот метод имеет ограниченное применение из-за возможного перегрева жидкости во время остановки или прекращения работы оборудования, вскипания газа в трубопроводе, перехода однофазного потока в двухфазный и т. д.

Конструктивно испарители сжиженных углеводородных газов делятся на испарители прямого и непрямого подогрева. В первом случае жидкая фаза получает теплоту через стенки непосредственно от горячего теплоносителя. К этому типу относятся змеевиковые, трубчатые, пленочные, форсуночные, электрические и огневые испарители. Испарители непрямого подогрева используют теплоту от промежуточного теплоносителя между подогревателями и стенкой испарителя. В качестве теплоносителя используют в основном горячую воду или водяной пар.

Змеевиковый испаритель (рис. 11.2) представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар диаметром 309 мм и высотой 780 мм, внутри которого находится змеевиковый теплообменник из труб размером 28x3 мм, что обеспечивает производительность 100 кг/ч. Сжиженный углеводородный газ подается в патрубок 12 нижнего днища и попадает в испарительное отделение. По змеевику 2 подается горячая вода с температурой 80 °С. Внутри испарителя, выше змеевика, находится поплавок 9 с клапаном 8, который при подъеме вверх плотно закрывает выходное отверстие парофазного патрубка 6. При изменении расхода газа жидкая фаза меняет уровень: при малом расходе наблюдается меньшая высота жидкой фазы и меньшее испарение газа, но больший его перегрев и большее давление. При отборе газа давление в испарителе меньше, чем давление в резервуаре. При повышении отбора газа давление в испарителе становится меньше, чем давление в резервуаре, и уровень сжиженного газа растет. Если расход превысит номинальную величину, уровень сжиженного газа в испарителе повысится и поплавок перекроет подачу паровой фазы. После выяснения причин увеличения расхода и устранения неисправностей, обслуживающий персонал может включить испаритель в работу.

Трубчатый испаритель состоит из труб, собранных при помощи трубных решеток в кожухе. Вертикальный кожухообразный испаритель сжиженного углеводородного газа с плавающей головкой изображен на рис. 11.2. Сжиженный углеводородный газ поступает в межтрубное пространство испарителя через штуцер 17 и поплавковый регулятор предельного уровня за счет избыточного давления в резервуаре. Теплоноситель (водяной пар) подается сверху по патрубку 13 в пучок труб 6, проходит через трубки и уходит снизу через выходной патрубок 18 и конденсационный горшок. Теплообменник работает по принципу противотока. Образующиеся насыщенные пары проходят через верхнюю часть межтрубного пространства испарителя, перегреваются и через выходной штуцер поступают на регулятор давления и далее к потребителю. Для наблюдения за количеством жидкой фазы в испарителе имеется уровнемерное стекло. При изменении отбора газа изменяется уровень жидкой фазы. Для предотвращения перелива жидкой фазы и попадания ее в регулятор давления и далее в трубопровод установлен регулятор предельного уровня на высоте 1/3 высоты теплообменных трубок 6. В этом случае при интенсивном кипении жидкой фазы брызги попадают на трубки теплообменника и испаряются. Для пропан-бутана внутритрубное пространство и крышку перегревателя рассчитывают на рабочее давление 1,6МПа. Разработан ряд трубчатых испарителей горизонтального и вертикального типов с пучками труб U-образной формы. В качестве теплоносителя используется водяной пар, который поступает в верхнюю камеру.

Проходя через теплообменник, пар конденсируется, и из нижней камеры отводится конденсат. По отношению к теплоносителю необходимо иметь в виду, что при использовании в испарителе воды с температурой 80 °С удельный тепловой поток значительно превышает удельный тепловой поток с паровым подогревом за счет того, что коэффициент теплопередачи испарителей с водяным теплоносителем 460-580 Вт/(м²чК), а с паровым теплоносителем 230...290 Вт/(м²чК).

Однако расход воды значительно превышает расход пара, и для ее подачи необходим насос, что приводит к целесообразности использования водяного пара. При наличии недорогих источников теплой воды, во многих случаях являющейся отходом технологических производств, целесообразно использовать водяной подогрев.

Пленочный испаритель (рис. 11.3) весьма компактен. Он состоит из корпуса 4 и рубашки 6, между которыми подается водяной пар. Сжиженный углеводородный газ подается по вертикальйой трубке 10 к оросителю 3, откуда попадает на теплоотстойники.

Рис. 11.2. Вертикальный кожухотрубчатый испаритель сжиженного углеводородного газа с плавающей головкой:

1. — днище; 2 — уплотнительные прокладки фланцевых соединений; 3 — нижняя неподвижная трубная решетка; 4 — фланцевое соединение днища с кожухом;5 — кожух; 6 — трубный теплообменный пучок; 7 — фланцевое соединение крышки с кожухом; 8 — фланцевое соединение камеры плавающей головки; 9 — разрезное прижимное кольцо; 10— плавающая головка трубного пучка;

2. — сальниковое уплотнение патрубка теплоносителя в крышке испарителя;

12 — крышка; 13 — патрубок для подачи теплоносителя во внутритрубное пространство теплообменного пучка; 14 — верхняя подвижная трубная решетка; 15 — патрубок для предохранительного выпускного клапана; 16 — патрубок для присоединения контрольного уровнемерного вентиля; 17 — патрубок для присоединения поплавкового регулятора предельного уровня сжиженного углеводородного газа; 18 — возврат СУГ в резервуар; 19 — патрубок отвода теплоносителя; 20 — дренажный патрубок.

Рис. 11.3. Испаритель пленочного типа:

1 — штуцер для установки термометра; 2 — штуцер для установки манометра; 3 — ороситель; 4 — корпус; 5 — каплеотбойник; 6 — рубашка; 7 — отводной штуцер; 8 — труба для слива неиспарившихся остатков; 9 - штуцер для установки уровня; 10 — вертикальная труба; 11 - штуцер для подачи теплоносителя; 12 — сепаратор; 13 — патрубок.

Образовавшиеся пары поступают через специальные отверстия в выходной патрубок 13. Теплоноситель подается в верхний штуцер ру­башки 11 и отводится через нижний штуцер 7. К днищу испарителя при­варена труба для отвода неиспарившихся остатков 8. Испаритель быстро выходит на рабочий режим, безопасен в работе.

Форсуночный испаритель состоит из двух обечаек — внутренней и внешней. Между ними по кольцевому пространству циркулирует тепло­носитель — горячая вода или водяной пар. Жидкая фаза впрыскивается во внутреннюю трубу через форсунку. При интенсивном перемешива­нии капель жидкой фазы с нагретыми парами и испарении на горячей стенке происходит регазификация сжиженного углеводород­ного газа. Коэффициент теплоотдачи в этом случае достигает 750 Вт/(м² ч-К). Перегрев полученных паров осуществляется в спираль­ном перегревателе на выходе испарителя змеевикового типа. Уровень жид­кой фазы контролируется поплавковым регулятором, который при пре­дельном уровне прекращает подачу жидкой фазы в испаритель.

Электрический регазификатор (рис. 11.4) сжиженного углеводород­ного газа состоит из резервуара 1, изготовляемого по типовому проекту, взрывозащищенной коробки 4 с электронагревателем 2, автоматики ре­гулирования и контроля 5, электрического манометра 6 и электро­шкафа 3. Электронагреватель 2 опускают в резервуар 1.

Испарение сжиженного углеводородного газа происходит за счет теплоты электронагревателя, который включается или выключается в за­висимости от расхода паровой фазы газа. При давлении, равном верхне­му заданному пределу, или при весьма малом расходе электронагреватель отключен, при понижении давления вследствие увеличения расхода газа он включается в работу с помощью электроконтактного манометра. Та­ким образом, путем поддержания давления в определенных заданных пределах, значения которых устанавливаются в зависимости от режима работы газораспределительной сети, достигается заданная производи­тельность установки.

Рис. 11.4. Электрический регазификатор

В огневом испарителе в качестве теплоносителя используют высокотемпературные дымовые газы или раскаленные твердые тела. Для того чтобы языки пламени не касались непосредственно стенок теплообмен­ника (основное требование для огневых испарителей), ставят специаль­ные искрогасители и отбойные экраны. Все испарители должны отвечать “ Правилам устройств и установок и освидетельствования сосудов, работающих под давлением”. На корпусе испарителя должны быть указаны:

- завод-изготовитель, заводской номер и дата выпуска;

- тип и назначение испарителя;

- предельно допустимая производительность, рабочее давление;

- наружная и внутренняя поверхность испарения;

- регистрационный номер инспекции котлонадзора РФ. Испарительные установки должны быть оборудованы регулирующей, предохранительной и контрольно-измерительной аппаратурой, исключающей замерзание используемой в качестве теплоносителя жидкости, выход жидкой фазы из испарительной установки в газопровод паровой фазы, повышение давления газа и жидкой фазы выше принятого для расходных резервуаров. Испарительные установки размещают на открытых площадках или в помещениях, при этом уровень пола не должен быть ниже планировочной отметки земли. Если испарители размещают вне помещений, то предусматривают тепловую изоляцию корпуса. При групповом размещении испарителей расстояния между ними следует принимать не менее 1 м.