Rýchlosť zvuku propán skvapalnený uhľovodík. Porovnanie skvapalneného ropného plynu (LPG) a skvapalneného zemného plynu (LNG). Vlastnosti a schopnosti skvapalneného propánu, butánu a metánu
Zloženie skvapalnených uhľovodíkových plynov
LPG sa rozumejú také jednotlivé uhľovodíky alebo ich zmesi, ktoré sú za normálnych podmienok v plynnom stave a pri relatívne malom zvýšení tlaku bez zmeny teploty alebo miernom poklese teploty pri atmosférickom tlaku prechádzajú do kvapalného stavu. .
Za normálnych podmienok sú z nasýtených uhľovodíkov (C n H 2 n +2) plyny iba metán, etán, propán a bután.
Uvažujme, aké plyny prechádzajú do kvapalného stavu pri miernom zvýšení tlaku pri teplote O 0 C: etán kondenzuje na kvapalinu, keď tlak stúpne na 3 MPa. Propán do 0,47 MPa, N-bután do 0,116 MPa, Izobután do 0,16 MPa. Predovšetkým spĺňa požadované podmienky
propán a bután.
Zvážte, ktoré uhľovodíky prechádzajú do kvapalného stavu s relatívne malým poklesom teploty a atmosférického tlaku: bod varu metánu je 161,5 0 С; etán - 88,5 °C; propán - 42,1 0 C; n-bután - 0,5 0 C. Na praktické využitie sú najvhodnejšie propán a bután.
Spolu s normálnymi nasýtenými uhľovodíkmi existujú izomérne zlúčeniny, ktoré sa líšia povahou usporiadania atómov uhlíka, ako aj niektorými vlastnosťami. Izomér butánu je izobután. Propán nemá žiadny izomér.
Štruktúra a f-la N-bután CH3-CH2-CH2-CH3
izobután:
Okrem obmedzujúcich je v zložení LPG aj skupina nenasýtených. Alebo nenasýtené uhľovodíky, vyznačujúce sa dvojitou alebo trojitou väzbou medzi atómami uhlíka. Ide o etylén, propylén, butylén (normálny a izomérny). Všeobecný vzorec pre nenasýtené uhľovodíky s dvojitou väzbou je C n H 2 n. Etylén C2H4CH2=CH2.
Na získanie LPG sa používajú mastné zemné plyny, t.j. plyny z ropných a kondenzačných polí obsahujúcich veľké množstvo ťažkých uhľovodíkov. V závodoch na spracovanie plynu sa z týchto plynov uvoľňuje propán-butánová frakcia a zemný benzín (С5Н12). Technický propán a bután, ako aj ich zmesi, sú skvapalnený plyn používaný na zásobovanie spotrebiteľov plynom.
Technické plyny sa od čistých plynov líšia obsahom malého množstva uhľovodíkov a prítomnosťou nečistôt. Pre technický propán by mal byť obsah C3H8 + C3H6 (propylén). nie< 93%. Содержание С2Н6 +С2Н4(этилен) не>4 %. Obsah С4Н10+С4Н8 nie je >3%.
Pre technický bután: С4Н10+С4Н8 d.b. nie< 93%. С3Н8 +С3Н6 не>4 %. С5Н12+С5Н10 nie >3%.
Pre zmes obsah butánu a propánu: С3Н8+С3Н6, С4Н10+С4Н8 d.b. nie< 93%. С2Н6 +С2Н4 не>4 %. С5Н12+С5Н10 nie >3%.
Vlastnosť SUG.
Existujú 3 stavy skvapalneného plynu, v ktorých sa skladujú a používajú:
1) Ako kvapalina (kvapalná fáza)
2) Para (parná fáza), t.j. nasýtené pary, ktoré sú spolu s kvapalinou v nádrži alebo valci.
3) Plyn (keď je tlak v parnej fáze nižší ako tlak nasýtených pár pri danej teplote).
Vlastnosti skvapalnených plynov sa ľahko menia z jedného stavu do druhého, čo z nich robí obzvlášť cenný zdroj dodávok plynu, pretože. môžu sa prepravovať a skladovať v kvapalnej forme a spaľovať vo forme plynu. To. kvapalné fázy sa používajú hlavne počas prepravy a skladovania a plynné fázy počas spaľovania.
Elasticita pár nasýtených plynov je najdôležitejším parametrom, ktorým sa určuje pracovný tlak vo fľašiach a nádržiach. Mení sa v pomere k teplote kvapalnej fázy a je to presne definovaná hodnota pre danú teplotu.
Všetky rovnice týkajúce sa fyzikálnych parametrov plynnej alebo kvapalnej látky zahŕňajú absolútny tlak a teplotu. A v rovniciach pre technické výpočty pevnosti stien valcov, nádrží - nadmerný tlak.
V plynnom zložení je LPG 1,5-2 krát ťažší ako vzduch. V kvapalnom stave sa ich hustota pohybuje v rozmedzí 510-580 kg / m 3, t.j. sú takmer 2-krát ľahšie ako voda. Viskozita LPG je veľmi nízka, čo uľahčuje ich prepravu potrubím a podporuje úniky.
LPG má nízke limity horľavosti vo vzduchu (2,3 % pre propán, 1,7 % pre bután). Rozdiel medzi hornou a dolnou hranicou je zanedbateľný, preto pri ich stlačení možno použiť pomer skvapalneného plynu.
Difúzia do atmosféry je veľmi pomalá, najmä pri absencii vetra. Majú nízke zápalné t-s v porovnaní s väčšinou horľavých plynov (510 0 C pre propán a 490 0 C pre bután).
Kondenzácia sa môže vytvoriť, keď t-ry klesne na rosný bod alebo keď sa zvýši tlak. Skvapalnené plyny sa vyznačujú nízkym bodom varu a preto sa pri vyparovaní pri náhlom výstupe z potrubia alebo nádrže do atmosféry ochladzujú na mínus t-bod. Kvapalná fáza, ktorá sa dostane na nechránenú ľudskú pokožku, môže viesť k omrzlinám. Charakterom nárazu pripomína popáleninu.
Na rozdiel od väčšiny kvapalín, ktoré pri zmene t-ry mierne menia svoj objem, kvapalná fáza LPG s rastúcim t-ry zväčšuje svoj objem pomerne prudko (16x viac ako voda). Preto pri plnení nádrží a fliaš je potrebné vziať do úvahy možnosť zvýšenia objemu kvapaliny.
Stlačiteľnosť skvapalnených plynov v porovnaní s inými kvapalinami je veľmi významná. Ak sa stlačiteľnosť vody berie na jednotku, tak stlačiteľnosť oleja je 1,56 a propánu 15. Ak kvapalná fáza zaberá celý objem zásobníka, tak s nárastom t-ry nemá kam expandovať a začína sa zmenšovať. Tlak v nádrži stúpa. Zvýšenie tlaku d.b. nie viac, ako je vypočítaná prípustná hodnota, inak je možná nehoda. Preto sa pri plnení nádrží a fliaš plánuje ponechať parný vankúš určitej veľkosti, t.j. vyplňte ich úplne. Hodnota parného vankúša pre skvapalnené plyny majú vyššiu objemovú výhrevnosť ako zemné plyny (2,5-3,4 krát vyššiu).
Skvapalnené plyny sú netoxické, nemajú vôňu, farbu a chuť (v kvapalnej aj plynnej forme), čo si vyžaduje ich odorizáciu.
podzemných nádrží je 10 %, pri nadzemných a valcových 15 %.
Stanovenie vlastností LPG
Pri známom zložení skvapalneného plynu možno tlak zmesi vypočítať pomocou vzorcov:
Hustota plynnej zmesi daného zloženia je určená:
Molárny zlomok i-tej zložky zmesi
- Hustota i-tej zložky zmesi, kg / m 3
Je v tabuľke alebo vypočítaná podľa Avogadrovho zákona:
Kde je molekulová hmotnosť i-tej zložky, kg/kmol
- Molekulový objem i-tej zložky, m 3 / kmol
Priemerná hustota kvapalnej zmesi so známym hmotnostným zložením je určená vzorcom:
So známym molekulárnym zložením:
,
Kde je hustota i-tej zložky obsiahnutej v kvapalnej zmesi v kvapalnej fáze, kg / l
Hustotu plynnej zmesi pri zvýšenom tlaku zistíme zo stavovej rovnice pre reálne plyny.
,
Kde - absolútny tlak (MPa) a t-ra zmesi.
- plynová konštanta zmesi, (J / kg K)
z-koeficient stlačiteľnosti, ktorý zohľadňuje odchýlku reálnych plynov od z-nových ideálnych plynov.
Plynová konštanta zmesi sa vypočíta z univerzálnej plynovej konštanty az molekulovej hmotnosti zmesi.
Koeficient stlačiteľnosti sa určuje podľa grafu v závislosti od daných parametrov (tlak a teplota) plynu.
Priemerný kritický tlak a teplota pre zmes plynov je určená jej zložením.
; 
Objem plynu, udáva sa odparovanie zmesi LPG, m.b. nájdené podľa vzorca:
je hmotnosť i-tej zložky zmesi, kg
je molekulová hmotnosť i-tej zložky zmesi, kg/kmol
V Mi -molekulárny objem i-tej zložky
Na výpočet najnižšej objemovej teploty spaľovania zmesi LPG sa používa nasledujúci vzťah
– nižšia objemová výhrevnosť i-tej zložky, kJ/m 3
Najnižšia teplota hromadného spaľovania
Hranice vznietenia zmesi LPG, ktorá neobsahuje balastné nečistoty, sú určené:
L cm - dolná alebo horná hranica vznietenia zmesi plynov.
je dolná alebo horná hranica horľavosti i-tej zložky.
Kvôli rozdielu úrovní
Využitie hydrostatickej hlavice sa využíva pri plnení podzemných nádrží zo železničných a autocisterien, ako aj pri prelievaní LPG do tlakových fliaš, ak to terén dovoľuje. Pre vypustenie nádrží do nádrže je potrebné prepojiť ich parnú a kvapalnú fázu.V prepojených nádobách je kvapalina nastavená na rovnakú úroveň, takže kvapalná fáza bude prúdiť do spodnej nádrže.
Na vytvorenie dostatočnej rýchlosti odtoku pri rovnakej teplote a tlaku v nádrži a nádrži je potrebné, aby vplyvom hydrostatického tlaku vznikol tlakový rozdiel minimálne 0,7-0,1 MPa.
Minimálna požadovaná hodnota hydrostatickej výšky za týchto podmienok bude 14-20 metrov stĺpca kvapaliny.
V zime má cisterna nižšiu teplotu ako nádrž. Keď je nádrž umiestnená pod zemou, teplotný rozdiel môže dosiahnuť 10-15 0 C. Tlak plynu v nádrži bude oveľa nižší ako v nádrži.
Pre spoľahlivé vypúšťanie je potrebné, aby rozdiel hladiny kompenzoval tento teplotný rozdiel a tým aj rozdiel tlakov. Požadovaný rozdiel úrovní je:
,
Kde je tlak plynu v nádrži, Pa
- tlak plynu v nádrži
- hustota kvapalnej fázy LPG, kg/m3
Prijaté max. rozdiel je potrebné začať vypúšťať. V budúcnosti sa t vo vnútri nádrže začne znižovať v dôsledku prietoku chladenej kvapaliny z nádrže. Tlak v podzemnej nádrži sa zníži a rozdiel hladín bude už potrebný. V počiatočnom momente je takmer nemožné vytvoriť takýto výškový rozdiel, preto je potrebné prepojiť výrobu pary do nádrží a nádrží. V tomto prípade sa tlak vyrovná a ulica sa vypustí pomocou plnej hydrostatickej hlavice.
V lete je v počiatočnom momente vypúšťania možné umiestnenie nádrží pod nádrž. Ale tu sa prejaví vplyv teploty v nádrži z teplejšej kvapaliny z nádrže a pokles tlaku klesne asi na 0. Odtok sa zastaví. Preto v lete pri vypúšťaní netreba spájať parné fázy autocisterny a nádrže.
"+" metódy: 1. Jednoduchosť schémy
2. Žiadne mechanické jednotky
3. Spoľahlivosť všetkých zariadení
4. Pripravenosť obvodu pracovať kedykoľvek, bez ohľadu na prítomnosť externého zdroja energie
5. Nízke náklady na opravy a údržbu
"-" metóda:
1. Nemožnosť využitia terénu s horským terénom.
2. Dlhé trvanie procesu.
3. Veľké straty plynu pri jeho spätnom odoslaní vo forme pár vo vypustených nádržiach.
Čerpacie stanice plynu
HPS sú základom pre dodávku skvapalnených plynov a sú určené na príjem, skladovanie a zásobovanie spotrebiteľov skvapalnenými plynmi dodávanými železničnou, cestnou, vodnou dopravou az podnikov, kde sa tieto plyny vyrábajú (benzínové stanice).
Objem zásobníkov plynu na stanici nie je väčší ako 8000 m 3 . Zvyčajne rezerva plynu nepresahuje 300-600 ton a kapacita je od 6000 do 24000 ton/rok.
V HPS sa vykonávajú tieto práce:
Príjem skvapalnených plynov od dodávateľa
Odvádzanie stlačených plynov do vlastných skladov
Skladovanie LPG v nadzemných, podzemných alebo izotermických nádržiach, vo fľašiach alebo podzemných dutinách.
Vypúšťanie neodparených zvyškov z fľaše a stlačeného plynu z fliaš s poruchami
Rozliatie skvapalneného plynu do fliaš, mobilných cisterien a cisterien
Príjem prázdnych a naplnených fliaš
Preprava stlačených plynov vnútornou potrubnou sieťou
Oprava valcov a ich opätovné preskúmanie
Údržba a opravy zariadení na stanici
V mnohých prípadoch STS produkuje:
Tankovanie vozidiel na stlačený plyn z čerpacej stanice
Splyňovanie LPG
Miešanie plynových pár so vzduchom alebo nízkokalorickými plynmi
Dodávka pár stlačeného plynu, plyn-vzduch a zmesi plynov do mestských rozvodov.
Na vykonanie týchto operácií má GNS nasledovné. oddelenia a dielne:
- odvodňovací nadjazd železničnej trate alebo vstup potrubia s odpojovacími zariadeniami
Skladovacia základňa LPG pozostávajúca z nadzemných alebo podzemných tlakových nádrží, izotermických nádrží alebo podzemných nádrží v dutinách
Čerpacia a kompresorovňa na vypúšťanie LPG zo železničných cisterien do skladovacích zariadení a jeho dodávanie na plnenie fliaš a cisterien
Dielňa na plnenie fliaš a vypúšťanie neodparených ťažkých zvyškov z nich
Sklad denných zásob prázdnych a naplnených fliaš
Kolóny na plnenie cisterien
Komunikácia kvapalnej a parnej fázy, ktorá spája všetky oddelenia HPS a zabezpečuje pohyb prúdov kvapalín a pár.
HPS by mali byť umiestnené mimo sídlisk na záveternej strane prevládajúcich vetrov, pri zachovaní požadovaných vzdialeností medzi HPS a ostatnými stavbami.
V závislosti od objemu skladov, spôsobu inštalácie nádrží sú tieto vzdialenosti od 40 do 300 m.
Po obvode územia je STS oplotená železobetónovým plotom s výškou 3,4 m. Pri kapacite nádrží > 200 m 3 je územie HPS rozdelené svetelným plotom na 2 územia - pracovné vrátane uvedených oddelení a dielní a pomocné vrátane administratívnych a technických miestností, garáží. , vodárenská veža a nádrž na zásobovanie vodou na hasenie požiarov.
Schematický diagram dodávky spotrebiteľov LPG je znázornený na obrázku:
Izotermické skladovanie LPG
Skladovacie objekty sú tenkostenné nádrže veľkého objemu od 5000 do 50000 m 3 valcového tvaru s klenbovou alebo kužeľovou strechou. Ich vonkajší povrch je tepelne izolovaný. Oceľové sklady môžu byť nadzemné aj zakopané. Udržiavanie nízkej t (-42⁰С - pre propán) môže byť. vykonávané odparovaním časti LPG a vypúšťaním pár do plynárenských sietí alebo špeciálnych. chladiaca jednotka. Prúdenie tepla stenami nádrže je nepatrné a spôsobuje vyparenie 0,3-0,5% objemu skladovanej kvapaliny za deň.
Existujú 3 hlavné technologické schémy izotermické. úložiská:
S komplexnou chladiacou jednotkou
S vyrovnávacími nádržami
- s medzichladením
„Horúci“ produkt vstupujúci rúrkou 1 sa priškrtí v nádrži 2 s poklesom t a p. Pary vznikajúce v dôsledku prítoku tepla zvonku a prichádzajúci „horizontálny“ produkt sú dodávané kompresorom 3 potrubím 4 do chladiacej jednotky 5, kde sa ochladzuje a kondenzuje. Kondenzát cez škrtiaci ventil 6 vstupuje do izotermy. zásobná nádrž.
Sila za studena. jednotka závisí od celkového prítoku tepla do zásobníka a určuje:
- príkon tepla plneným „horským“ produktom
Kde - rýchlosť vypúšťania LPG z nádrže kg / h;
Tepelná kapacita kvapalnej fázy LPG kJ/(kg⁰С);
A - teplota v nádrži a nádrži.
– prílev organizmu z vonkajšieho prostredia;
kde M je hmotnosť skvapalneného plynu v izotermii. nádrž, kg;
r je teplo vyparovania LPG, kJ/kg;
Za deň sa vyparí 0,005 - 5 %.
– nezapočítané tepelné vstupy:
b = 0,04...0,12
Zo vzorca na určenie je zrejmé, že je možné znížiť kapacitu chladiacej jednotky znížením rýchlosti plnenia nádrže. Zvyčajne pri vypúšťaní 3 železničných cisterien sa komp. 33-35t/h, čo si vyžaduje veľmi výkonné chladiace zariadenie pracujúce len niekoľko hodín denne (pri vypúšťaní). Zvyšok času je chladný. potrebné iba na skvapalnenie plynu odparujúceho sa v nádrži, ktorý komp. max 0,5% uskladneného LPG.
Preprava skvapalneného plynu
V krajinách SNŠ je najrozšírenejšia preprava LPG v železničných a strojných nádržiach, ako aj vo fľašiach. Na vzdialenosť do 300 km sa využíva strojová doprava, na väčšiu vzdialenosť - železničná. Železničná cisterna je určená na prevádzkový tlak pri preprave propánu - 2 MPa, butánu - 0,8 MPa.
Boli široko používané horizontálne valcové nádrže objem 50-100 m3. V hornej časti nádrže je hrdlo, ktoré slúži ako poklop a je určené na kontrolu a opravu vnútornej dutiny nádrže. Kryt šachty je vyrobený vo forme príruby, na ktorej sú armatúry: sú tu zariadenia na plnenie a vypúšťanie kvapalnej fázy pomocou vysokorýchlostných ventilov, napájanie a odvádzanie parnej fázy pomocou vysokorýchlostných ventilov a poistný ventil .
Na prepravu LPG po strojových cestách, cisternové autá, nosnosť od 2 do 5 ton. skvapalnený plyn. V hornej časti nádrže je nainštalovaný poistný ventil. V strede zadného dna je poklop na vnútornej dutine krytu, ktorého prístrojové vybavenie: teplomer, tlakomer, stavoznak. Indikátor hladiny je sklenená trubica uzavretá v oceľovej trubici. Na oboch stranách je 6 ventilov na plnenie a vypúšťanie nádrží, k dispozícii sú 4 hadice do 3,5 m.
Jednotliví spotrebitelia umiestnení v blízkosti čerpacej stanice plynu dostávajú LPG vo fľašiach. Valce sú dodávané vzdušnými dopravnými prostriedkami alebo špeciálnymi vozidlami. Na tieto účely prispôsobené (v nádobách). Kontajner je zváraná klietka určená pre 2 alebo 3 poschodové usporiadanie valcov.
Preprava LPG po vode sa v západnej Európe rozšírila.
Existujú 3 typy nosičov LPG:
1) Cisterny s tlakovými nádržami 1,6 MPa
2) Cisterny s tepelne izolovanými nízkotlakovými nádržami. LPG sa prepravuje s medzichladením od -5 0 C do +5 0 C a zníženým tlakom (0,3 ... 0,6 MPa)
3) Cisterny s tepelne izolovanými nádržami pod tlakom blízkym atmosférickému tlaku a pri nízkej teplote (-42 0 C pre propán, -161 0 C pre zemný plyn)
Riečna doprava sa široko používa na zásobovanie severných oblastí Ruska. Letecká doprava sa používa na zásobovanie LPG spotrebiteľom v Arktíde a Antarktíde.
Filmové výparníky LPG.
Ide o výmenník tepla rúrka v rúrke. Tenký film LPG sa vytvorí nastriekaním na steny vnútorného potrubia 3 s tryskami 2 . Chladiaca kvapalina (horúca voda alebo vodná para) vstupuje do medzikružia 4 , zabezpečujúce intenzívne odparovanie LPG vo vnútri potrubia 3 . Pre rovnomerné rozloženie teploty po celej dĺžke výparníka sa chladiaca kvapalina privádza do 2 bodov a odoberá sa v jednom.
Aby sa predišlo neprijateľnému zvýšeniu tlaku vo výparníku na potrubí 3 nainštalovaný bezpečnostný poistný ventil 5 . Nevyparený kondenzát sa odvádza cez odtokovú armatúru 6 . Ak je potrebné zvýšiť produktivitu inštalácie, je možné ku kolektoru 1 pripojiť niekoľko výparníkov. Súčiniteľ prestupu tepla je asi 2-krát vyšší ako u hadovitých a rúrkových, preto sú kompaktnejšie a menej náročné na kov.
Teploty spaľovania plynu.
Hlavné množstvo tepla uvoľneného pri spaľovaní plynu sa vynakladá na ohrev produktov spaľovania na určitú teplotu.
Rozlišujú sa tieto teploty spaľovania:
Kapacita vykurovania
Kalorimetrické
teoretická
Platné
Kapacita vykurovania - ide o t produkty úplného spálenia horľavých plynov za adiabatických podmienok pri α=1 a pri počiatočnom t plynu a vzduchu = 0 0 С.
Q n \u003d priemerné spálenie \u003d priemerné spálenie ∙С spálenie ∙t f
i ave.spaľovanie - tepelný obsah splodín horenia kJ/m 3
t w - tepelný výkon, 0 C.
t dobre \u003d Q n / V priem. horieť ∙С r ave. horieť \u003d Q n / (V co 2 ∙ C r CO2 + V H20 ∙ C r H 20 + V N 2 ∙ C r N 2)
V co 2 V H20 V N 2 - objem jednotlivých zložiek splodín horenia 1 m 3 plynu.
С р – priemerná objemová tepelná kapacita pri P=konšt. zložky produktov spaľovania.
Vzorec používa priemernú tepelnú kapacitu, keďže hodnota Cp nie je konštantná, zvyšuje sa so zvyšujúcou sa teplotou.
t jamka: pre metán 2043 0 C; pre propán 2110 0 С; pre vodík 2235 °C
Tieto údaje sú pre spaľovanie na suchom vzduchu.
Kalorimetrické spaľovanie plyn, berúc do úvahy koeficient. Prebytočný vzduch a fyzikálne teplo plynu a vzduchu, t.j. skutočné hodnoty teploty sa zisťujú. inými slovami, je to t, na ktorý by sa zohriali produkty úplného spaľovania, keby všetko teplo paliva a vzduchu išlo na ich ohrev.
Q n + i g + i v \u003d i ave.
i g i v - entalpia plynu a vzduchu kJ/m 3
Napísaním rovnice v rozšírenej forme a jej riešením pre kalórie. Dostaneme:
T g t in - počiatočná teplota plynu a vzduchu.
T až ≈1900 0 C,
spotreba plynu,
Teoretické množstvo vzduchu potrebné na spálenie 1 kubického metra. plynu.
Fyzikálne teplo plynu a vzduchu by sa malo brať do úvahy, ak sa pred spaľovaním zahrejú nad 100 0 C, pretože pri nižšom t je táto hodnota v porovnaní s výhrevnosťou nevýznamná.
Teoretická teplota spaľovania zohľadňuje tepelné straty v dôsledku chemickej nedokonalosti spaľovania a endotermických reakcií disociácie produktov spaľovania.
CO 2 ↔CO + 0,5 O 2 -Q
H20↔H2 + 0,502-Q;
Qx - tepelné straty v dôsledku chemickej nedokonalosti spaľovania a disociácie CO2 a H20.
Pri t až 1500 0 C (vyskytuje sa v peciach kotlov a priemyselných pecí) možno hodnotu Qx ignorovať, pretože v tomto prípade disociuje zanedbateľná časť produktov spaľovania. Pri vyšších teplotách s tým treba počítať.).
Skutočná teplota spaľovania sa dosahuje v reálnych podmienkach spaľovania paliva, je nižšia ako teoretická, keďže pri jej stanovení sa berú do úvahy tepelné straty do okolia, dĺžka spaľovacieho procesu, spôsob spaľovania plynu a ďalšie faktory.
t d = t t ∙η p
η p - experimentálny pyrometrický koeficient.Pre väčšinu pecí kotlov a pecí 0,65. Pre najdokonalejších 0,8-0,85
Difúzne horáky
V tomto type horákov plyn a vzduch vstupujú do pece v oddelených prúdoch, kde dochádza k tvorbe zmesi a spaľovaniu. Najjednoduchší rozdiel. Horák je treb s vyvŕtanými otvormi.
Takéto horáky môžu byť rovné, okrúhle, v tvare T a U atď. Plyn sa dodáva vo vnútri takýchto horákov a vystupuje cez otvory v mnohých prúdoch, ktoré tvoria samostatné horáky. Počet otvorov a ich priemer závisí od kapacity horáka. Rozstup medzi otvormi je zvolený tak, aby nedochádzalo k splývaniu horáka a aby bola zabezpečená plynulosť ohňa pri dodatočnom spaľovaní plynu na horáku.
Priemer otvoru d.b. od 0,5 do 5 mm. V tomto prípade treba brať do úvahy ľahké upchatie otvoru s malým priemerom. Pre dobré premiešanie plynu so vzduchom sa odporúča urobiť nie viac ako dva rady otvorov v každej diferenciálnej trubici. horáky. Prierez potrubia dodávajúceho plyn d.b. nie menší ako celkový prierez otvorov horáka.
"+" diferenciálne horáky:
Jednoduchá výroba, spoľahlivá prevádzka (spätné vzplanutie plameňa je vylúčené),
má veľké regulačné limity, môže pracovať pri nízkom aj strednom tlaku plynu bez výbuchu,
Poskytuje stabilnú svietiacu baterku s vysokým vyžarovaním.
"-" diferenciálne horáky:
· Existujú malé tepelné zaťaženia;
pracovať so zvýšeným α (1,2-1,5). Napriek veľkému prebytku vzduchu tieto horáky často pracujú s chem. podpálený.
Dlhá dĺžka baterky
Potreba zabezpečiť stabilný výboj v objeme pece
Ťažkosti s automatizáciou procesu spaľovania plynu (automatické dávkovanie plynu a vzduchu)
Boli vytvorené návrhy pre väčšie diferenciálne horáky s dobrými výkonovými vlastnosťami (napríklad horák pre vykurovacie a priemyselné kotly). Dobré premiešanie plynu so vzduchom je dosiahnuté vďaka viacprúdovému výstupu plynu pod uhlom k osi horáka, čo vedie k víreniu prúdu
1-vnútorné sklo
2-vonkajšie telo
3-tangenciálne štrbiny trysky
4,5- vzduchové tlmivky
Vnútorné sklo sa vkladá do tela väčšieho priemeru. Plyn prechádza vnútorným priestorom medzi telesom a sklom a prúdi cez 3 do pece. Asi 50 % spotrebovaného vzduchu sa privádza cez vnútorné sklo. Zvyšok je cez vonkajší prstencový otvor. Pohyb vzduchu je spôsobený prítomnosťou vákua v peci. Kapacita takéhoto horáka je od 30 do 350 m 3 / h. Mohli by. nízky a stredný tlak.
Diferenčné horáky sú nevyhnutné vo vysokoteplotných peciach (tavenie teplom, tavenie ocele), keď sa vzduch ohrieva na teploty výrazne vyššie ako je zápalná teplota plynu. Predbežné miešanie plynu so vzduchom nie je možné, preto je v takýchto peciach spaľovanie plynu nielen nútené, ale aj najoprávnenejšie, pretože. vám umožňuje získať jasne žiariacu zapálenú baterku s vysokým stupňom čiernosti a intenzívnym žiarením.
Horáky na ohnisko
V kotlovej technike môžu byť diferenciálne horáky umiestnené na prednej alebo bočnej stene pece, ako aj vo vnútri, na ohnisku. Horáky posledného typu sa nazývajú ohniská. Používajú sa pri premene vykurovacích a priemyselných kotlov s vrstvenými pecami na plynné palivo. Plyn z horáka ide do pece, kde vzduch vstupuje spod roštu. Prúdy plynu z horákov ohniska sú nasmerované pod uhlom k prúdu vzduchu a sú rovnomerne rozložené po jeho priereze.
Proces miešania sa vykonáva v trhliny tvorené žiaruvzdorným obkladom. To zintenzívňuje miešanie plynu so vzduchom, znižuje α a zaisťuje stabilné vznietenie vo výslednej zmesi.
1- Zberateľ
Rozdeľovač horáka je osadený na tehly umiestnené na rošte. Nad kolektorom tvorí žiaruvzdorná výmurovka rovné štrbiny, do ktorých vstupuje plyn nezmiešaný so vzduchom. Otvory na výstup plynu sú umiestnené v 2 radoch v šachovnicovom vzore, symetricky vzhľadom na vertikálnu rovinu s uhlom medzi radmi od 90 do 180 °. Vzduch je pod rošt privádzaný ventilátorom alebo podtlakom v peci, podporovaný ťahom a priechodom cez štrbinu, umývajúc kolektor z oboch strán.
V dôsledku turbulentnej difúzie sa prúd plynu zmieša so vzduchom a začne horieť vo vzdialenosti 20–40 mm od otvoru. Proces spaľovania končí vo vzdialenosti 0,5 - 1 m od horáka. Tu je implementovaný difúzny princíp spaľovania plynu. Proces tvorby zmesi je aktivovaný skutočnosťou, že prúd plynu je rozdelený na malé prúdy, ktoré vystupujú vysokou rýchlosťou v uhle k priamemu prúdu vzduchu. Žiaruvzdorné steny štrbiny pôsobia ako stabilizátor plameňa, zabraňujúce oddeľovaniu plameňa a sú nepriamymi žiaričmi.
Maximálna teplota na povrchu štrbiny je od 900 - 1000 ° C. Na povrchu kolektora od 300 - 500 ° C. Teplota roštu pod štrbinou je 75 - 80 ° C. Horáky ohniska zabezpečujú dokonalé spaľovanie plynu pri α od 1,1 do 1,3. Tlak plynu od 500 do 5000 Pa (nominálny asi 1000 Pa). Tlak vzduchu od 600 do 1000 Pa. Pri práci bez výbuchu v peci, d.b. výtlak 20 - 30 Pa pre stredne výkonné kotly (od 2 do 10 ton pary za hodinu) a nie viac ako 8 Pa pre malé vykurovacie kotly.
Ohnivové horáky vykurovacích kotlov majú tieto rozmery: priemer otvoru od 1,3 do 3 mm (max. 10 - 20 mm), výška štrbiny 130 - 200 mm; šírka sa určuje výpočtom a zvyčajne sa pohybuje v rozmedzí 80 - 110 mm.
Späť v 52
§ jednoduchosť dizajnu
§ Schopnosť pracovať pri nízkom tlaku plynu
§ Nie je potrebný prívod stlačeného vzduchu
§ Úplné spaľovanie plynu rôznych charakteristík
§ Stabilná prevádzka v širokom rozsahu zmien záťaže
§ Tichá prevádzka, spoľahlivá a jednoduchá obsluha
§ Vysoký pomer prebytočného vzduchu
§ Nízka produktivita (nie viac ako 120 kW s jedným horákom)
§ Vzhľadom na konštrukčné vlastnosti (horák v peci) nemožno významné α použiť vo vysokoteplotných inštaláciách.
Miešacie horáky.
Horáky s núteným miešaním vzduchu sú široko používané. Štrukturálne sa vykonávajú tak, aby zabezpečili najlepší pohyb prúdov plynu a vzduchu, ktorý sa do horáka privádza cez samostatné potrubia. Prejav tvorby zmesi začína v samotnom horáku a aktívne sa dokončuje v spaľovacej komore. Výsledkom je, že plyn horí krátkym a nesvietivým plameňom. Miešanie plynu so vzduchom sa uskutočňuje v dôsledku turbulentnej difúzie. Preto sa nazývajú turbulentné miešacie horáky alebo jednoducho mixéry.
Pre zvýšenie intenzity spaľovania plynu je potrebné čo najviac zintenzívniť miešanie plynu so vzduchom, keďže tvorba zmesi je inhibičným článkom celého procesu. Vstrekovanie procesu tvorby zmesi sa dosiahne nasledovne: vírením prúdu vzduchu vodiacimi lopatkami, tangenciálnym prívodom, prívodom plynu vo forme malých trysiek pod prúd vzduchu, separáciou prúdov plynu a vzduchu na malé prúdy, v ktorých dochádza k tvorbe zmesi .
Pozitívne vlastnosti horákov sú:
1) Možnosť spaľovania veľkého množstva plynu pri relatívne malej veľkosti horáka.
2) Široká škála riešení výkonu horákov.
3) Možnosť ohrevu plynu a vzduchu na t presahujúcu t vznietenia, čo má veľký význam pre vysokoteplotné pece.
4) Pomerne jednoduchá možnosť výroby zmesí s kombinovanou kompresiou paliva, a to: plyn-palivový olej alebo plyn-uhoľný prach.
Hlavné nevýhody:
1) Nútený prívod vzduchu
2) Spaľovanie plynu s menším objemovým tepelným napätím ako pri kinetickom spaľovaní.
3) Spaľovanie plynu s chemickou nedokonalosťou je väčšie ako pri kinetickom spaľovaní.
Je tam výkon 60kW-60MW. Používa sa na vykurovanie priemyselných pecí a kotlov.
Turbulentný miešací horák:
1-teleso, 2-dýza, 3-tryska hrot, 4-tryska.
Plyn vstupuje do horáka cez trysku a vyteká z trysky pri určitej rýchlosti. Vzduch je privádzaný do horáka pod tlakom. Pred vstupom do nosa horáka sa krúti. Miešanie plynu so vzduchom začína vo vnútri horáka, keď plyn opúšťa dýzu a je vstrekovaný vírivým prúdom vzduchu. Pri viacprúdovom prívode plynu prebieha proces tvorby zmesi rýchlejšie a plyn horí v krátkom plameni. S jednoprúdovým hrotom sa vytvorí podlhovastá baterka. Výhody horáka sú jednoduchosť a kompaktnosť konštrukcie, schopnosť pracovať pri nízkych tlakoch plynu a vzduchu, široké limity regulácie výkonu.
Široko používané sú viacprúdové vírivé horáky, založené na princípe rozdeľovania prúdov plynu a vzduchu do niekoľkých malých prúdov. V ich vnútri prebieha proces vstrekovania, ich produktivita je 40-940 m 3 / h.
Miešacie horáky sú často kombinované. Umožňujú vám rýchlo preniesť jednotku z jedného typu paliva na druhý. Okrem toho môže byť plyn v nich stlačený súčasne s inými druhmi paliva.
Metóda posunu.
Používa sa pri skladovaní LPG v podzemných zásobníkoch v hĺbke 100 až 1200 m (v soľných lôžkach).
Výber skvapalneného plynu sa vykonáva jeho nahradením inertným kvapalným alebo plynným médiom. Najčastejšie sa používa soľanka.
1-centrálny stĺpec soľanky
2-soľankové potrubie
3-vonkajší stĺpik pre prívod LPG
4-potrubný skvapalnený plyn
5-podzemná kapacita
7-skvapalnený plyn
Podzemná nádrž komunikujúca s povrchovým 2-stĺpovým systémom:
Pažnicová rúra (3) a centrálny stĺp voľne zavesené na ústí vrtu 1.
LPG sa privádza a odoberá z nádrže cez prstenec.
Centrálny stĺpik je spustený na samé dno nádrže. Keďže hustota soľanky je 2-krát väčšia ako hustota LPG, LPG sa skladuje na soľnej podložke.
Na vyprázdnenie podzemnej nádrže stačí priviesť soľanku k ústiu centrálneho stĺpa a pod jej hydrostatickým tlakom (1,3 MPa v hĺbke 100 m) sa LPG dostane do rozvodného potrubia s pretlakom. Dá sa prepravovať bez použitia púmp.
LPG sa čerpá do zásobníka pod tlakom určeným protitlakom soľankového stĺpca a tlakovou stratou v dôsledku trenia pri pohybe kvapaliny cez prstencový priestor a stredový stĺp.
"+" metóda:
1. jednoduchosť dizajnu
2. schopnosť uvoľniť plyn naraz aj pri absencii externého zdroja energie
3. spoľahlivá prevádzka všetkých zariadení
4. náklady na energiu len na odstraňovanie soľanky pri prečerpávaní skvapalneného plynu do zásobníka
5. potreba čerpania len vysokovýkonných čerpadiel s vysokou účinnosťou
"-" metóda:
1. potreba externého zdroja energie s dostatočným výkonom pri odvodňovaní
Skvapalnené uhľovodíkové plyny (LHG) sa vyrábajú z pridruženého ropného plynu. Ide o čisté plyny alebo špeciálne zmesi, ktoré je možné použiť na vykurovanie domácností, ako automobilové palivo, ale aj na výrobu petrochemických produktov.
NGL na HFC
Skvapalnené uhľovodíkové plyny sa získavajú zo širokej frakcie ľahkých uhľovodíkov (NGL), ktorá sa zase oddeľuje od pridruženého ropného plynu (APG).
Separácia NGL na jednotlivé zložky - jednotlivé uhľovodíky - prebieha v plynových frakcionačných jednotkách (GFU). Proces separácie je podobný separácii APG. V tomto prípade by však malo byť oddelenie opatrnejšie. Z NGL v procese plynovej frakcionácie možno získať rôzne produkty. Môže to byť propán alebo bután, ako aj zmes propán-bután (nazýva sa SPBT, alebo technická zmes propán-bután). SPBT je najbežnejším typom skvapalnených plynov - práve v tejto forme sa tento produkt dodáva obyvateľstvu, priemyselným podnikom a vyváža sa. Z 2,034 milióna ton LPG predaných spoločnosťou Gazprom Gazenergoset v roku 2012 tak zmes propán-bután tvorila 41 %, bután – tretina dodávok, propán – asi 15 %.
Separáciou NGL sa získava technický bután a technický propán, automobilový propán (PA) alebo zmes PBA (propán-butánový automobil).
Existujú ďalšie komponenty, ktoré sú izolované spracovaním NGL. Ide o izobután a izobutylén, pentán, izopentán.
Ako sa používajú skvapalnené ropné plyny?
Skvapalnené uhľovodíkové plyny možno použiť rôznymi spôsobmi. Pravdepodobne každý pozná jasne červené propánové valce od sovietskych čias. Používajú sa na varenie na sporákoch pre domácnosť alebo na vykurovanie vo vidieckych domoch.
Taktiež skvapalnený plyn sa dá použiť do zapaľovačov – tam sa väčšinou čerpá buď propán alebo bután.
Skvapalnené uhľovodíkové plyny sa používajú aj na vykurovanie priemyselných podnikov a obytných budov v tých regiónoch, kde sa zemný plyn ešte nedostal cez potrubia. LPG sa v týchto prípadoch skladuje v plynojemoch – špeciálnych kontajneroch, ktoré môžu byť zemné aj podzemné.
Z hľadiska účinnosti je propán-bután na druhom mieste po hlavnom zemnom plyne. Zároveň je používanie LPG v porovnaní napríklad s motorovou naftou alebo vykurovacím olejom ekologickejšie.
Plyn v motoroch a obaloch
Propán, bután a ich zmesi sa spolu so zemným plynom (metánom) používajú ako alternatívne palivo pri tankovaní automobilov.
Používanie plynových motorových palív je v súčasnosti veľmi aktuálne, pretože každý rok domáci vozový park, ktorý tvorí viac ako 34 miliónov vozidiel, vypustí spolu s výfukovými plynmi 14 miliónov ton škodlivých látok. A to je 40 % celkových priemyselných emisií do atmosféry. Výfukové plyny z motorov poháňaných plynom sú niekoľkonásobne menej škodlivé.
Výfukové plyny motorov obsahujú 2–3 krát menej oxidu uhoľnatého (CO) a 1,2 krát menej oxidu dusíka. Zároveň sú náklady na LPG v porovnaní s benzínom približne o 30–50 % nižšie.
Trh s plynovými motorovými palivami sa aktívne rozvíja. V súčasnosti je u nás viac ako 3000 čerpacích staníc a viac ako 1 milión vozidiel na LPG.
Surovinou pre petrochemický priemysel sú napokon skvapalnené uhľovodíkové plyny. Na výrobu produktov LPG prechádzajú zložitým procesom, ktorý prebieha pri veľmi vysokých teplotách – pyrolýzou. Výsledkom sú olefíny - etylén a propylén, ktoré sa následne v dôsledku polymerizačného procesu premieňajú na polyméry alebo plasty - polyetylén, polypropylén a iné druhy produktov. To znamená, že plastové vrecká, ktoré používame v každodennom živote, jednorazový riad, nádoby a obaly mnohých produktov sú vyrobené zo skvapalnených plynov.
Tvrdenia o výbornom výkone palivových zmesí sú zvyčajne príliš všeobecné a málo informatívne. Nahrádzame nedostatok informácií – tento článok poskytuje aktuálne údaje o skvapalnených uhľovodíkových plynoch (LHG). Budú užitočné pre každého, kto už takéto palivo používa alebo len plánuje autonómne splyňovanie svojho domova (komerčného zariadenia).
Čo je LPG a aká je jeho hlavná vlastnosť?
Názov „skvapalnené uhľovodíkové plyny“ označuje zmesi uhľovodíkov s nízkou molekulovou hmotnosťou – propán a bután. Ich hlavným rozdielom je ľahký prechod z plynnej fázy do kvapalnej a naopak:
- Za podmienok normálneho atmosférického tlaku a normálnej teploty okolia sú zložkami zmesi plyny.
- Pri miernom zvýšení tlaku (bez poklesu teploty) sa uhľovodíky LPG menia na kvapaliny. Zároveň sa ich objem prudko zmenšuje.
Takéto vlastnosti uľahčujú prepravu a skladovanie LPG. Zmes totiž stačí načerpať do uzavretej nádoby pod tlakom, aby sa stala tekutou a dostala malý objem. A pred prevádzkou sa LPG odparí a potom sa dá použiť rovnako ako obyčajný zemný plyn. Vyššiu účinnosť má zároveň zmes butánu a propánu. Špecifické spalné teplo skvapalneného plynu je približne o 25 % vyššie ako u zemného plynu.
LPG sa vyrába v závodoch na spracovanie plynu z pridruženej frakcie ropného plynu alebo kondenzátu zemného plynu. Pri spracovaní sa suroviny separujú na ľahké a ťažké frakcie – etán, metán, zemný benzín atď. Dva z nich – propán a bután – sa ďalej spracúvajú na skvapalnený plyn. Sú očistené od nečistôt, zmiešané v správnom pomere, skvapalnené a odvezené na sklad alebo k spotrebiteľovi.
Vlastnosti komponentov LPG - propán a bután
Oba plyny sú nasýtené uhľovodíky s nízkou molekulovou hmotnosťou:
- propán (C3H8). Lineárna molekula obsahuje tri atómy uhlíka a osem atómov vodíka. Plyn je ideálny na použitie v ruských klimatických podmienkach – jeho bod varu je -42,1 °C. Súčasne si propán až do -35 ° C zachováva vysoký tlak pár. To znamená, že sa dobre vyparuje prirodzeným spôsobom a prepravuje sa vonkajším potrubím aj v najkrutejšej zime. Čistý skvapalnený propán je možné použiť v nadzemných plynových nádržiach a tlakových fľašiach - počas mrazov nedôjde k poruchám v prúdení plynu.
- bután (C4H10). Pozostáva zo štyroch atómov uhlíka a desiatich atómov vodíka. Molekula môže byť lineárna alebo rozvetvená. Bután má vyššiu výhrevnosť ako propán a je lacnejší. Má však vážnu nevýhodu. Bod varu butánu je len -0,5 °C. To znamená, že pri najmenšom mrazu zostane v tekutom stave. Prirodzené vyparovanie butánu pri teplote nižšej ako -0,5 °C sa zastaví a na získanie plynu je potrebné použiť prídavný ohrev.
Z vyššie uvedených informácií získavame dôležitý záver: teplota skvapalnenej zmesi propán-bután v plynovej nádrži alebo fľaši musí byť vždy kladná. V opačnom prípade sa bután neodparí a nastanú problémy s prívodom plynu. Na dosiahnutie požadovanej teploty sú pod zemou inštalované plynové držiaky (tu sa ohrievajú geotermálnym teplom). Ďalšou možnosťou je vybaviť nádrž elektrickým ohrevom (výparníkom). Naplnené fľaše sa vždy uchovávajú vo vnútri.
Čo určuje kvalitu LPG?
Takže skvapalnený plyn dodávaný pre autonómne splyňovacie systémy je vždy zmesou. V oficiálnych dokumentoch prechádza ako SPBT – zmes propánu a technického butánu. Okrem týchto dvoch plynov obsahuje LPG vždy malé množstvo nečistôt – vodu, alkálie, nenasýtené uhľovodíky atď. Kvalita zmesi závisí od pomeru propánu a butánu v nej, ako aj od množstva a typu nečistôt:
- Čím viac propánu v SPBT, tým lepšie sa odparí v chladnom období. Pravda, skvapalnené plyny s vysokou koncentráciou propánovej zložky sú drahšie, preto sa väčšinou používajú len ako zimné palivo. V každom prípade v podmienkach ruskej klímy nie je možné použiť zmes s obsahom butánu viac ako 60%. Vyparí sa iba vtedy, ak je k dispozícii výparník.
- Čím viac nečistôt v LPG, tým horšie pre plynové zariadenia. Nenasýtené uhľovodíky úplne nevyhoria, ale polymerizujú a koksujú. Ich zvyšky kontaminujú zariadenie a drasticky znižujú jeho životnosť. Technológii neprospievajú ani ťažké frakcie – voda a zásady. Mnohé látky zostávajú v nádrži a potrubiach ako neodpariteľný kondenzát, čo znižuje účinnosť systému. Nečistoty navyše neprodukujú toľko tepla ako propán a bután, takže ich zvýšená koncentrácia znižuje účinnosť paliva.
Užitočné fakty o skvapalnených plynoch
- Propán-butánová zmes sa dokonale zmieša so vzduchom, rovnomerne horí a úplne vyhorí, pričom na prvkoch výbavy nezostanú žiadne sadze a usadeniny.
- LPG v plynnom stave je ťažší ako vzduch: propán - 1,5-krát, bután - 2-krát. Pri úniku zmes klesá. Preto nie je možné inštalovať nádrže na skvapalnený plyn nad suterény a studne. Podzemný držiak plynu je však absolútne bezpečný - aj keď je poškodený, zmes plynov pôjde do spodných vrstiev pôdy. Tam sa nebude môcť zmiešať so vzduchom a explodovať alebo sa vznietiť.
- Kvapalná fáza LPG má veľmi vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti (0,003 pre propán a 0,002 pre bután na stupeň zvýšenia teploty). To je asi 16-krát viac ako voda. Plynové nádrže preto nemožno naplniť na viac ako 85 %. V opačnom prípade sa pri zvýšení teploty môže kvapalná zmes značne roztiahnuť a v najlepšom prípade zabrať celý objem nádrže. Potom jednoducho nebude priestor na odparovanie a plyn sa nedostane do systému. V najhorších prípadoch vedie nadmerná expanzia kvapalnej zmesi k prasknutiu plynových nádrží, veľkým únikom a vzniku výbušných a horľavých zmesí so vzduchom.
- Pri odparení 1 litra kvapalnej fázy LPG vznikne 250 litrov plynu. Preto sú nádrže so skvapalnenou zmesou inštalované v interiéri také nebezpečné. Dokonca aj pri miernom úniku kvapalnej fázy sa okamžite odparí a miestnosť je naplnená obrovským množstvom plynu. Zmes plynu a vzduchu v tomto prípade rýchlo dosiahne výbušný pomer.
- Odparovanie kvapalnej fázy na vzduchu je veľmi rýchle. Skvapalnený plyn rozliaty na ľudskú pokožku spôsobuje omrzliny.
- Čistý propán a bután sú plyny bez zápachu. Špeciálne sa do nich pridávajú silne zapáchajúce látky – odoranty. Spravidla ide o zlúčeniny síry, najčastejšie etylmerkaptán. Majú veľmi silný a nepríjemný zápach, ktorý človeka „informuje“ o úniku plynu.
- Zmes má vysokú výhrevnosť. Takže pri spaľovaní 1 cu. m plynného propánu sa používa 24 metrov kubických. m vzduchu, bután - 31 metrov kubických. m vzduchu. V dôsledku spaľovania 1 kg zmesi sa uvoľní priemerne 11,5 kWh energie.
Systém zásobovania teplom zabezpečuje zásobovanie bytových, administratívnych, priemyselných budov a priestorov teplou vodou, plynom, teplom a elektrickou energiou. Súčasťou takéhoto systému je komplex zariadení využívajúcich plyn, na prevádzku ktorých je potrebné dostatočné množstvo paliva.
V súčasnosti sa skvapalnený uhľovodíkový plyn (LHG) a skvapalnený zemný plyn (LNG) široko používajú ako skladované palivo pre autonómne systémy zásobovania plynom, ktoré nie sú pripojené k hlavnému plynovodu. V angličtine označovanie LPG (skvapalnený ropný plyn) a LNG (skvapalnený zemný plyn).
LNG- Ide o zmes plynov, ktorá vzniká v hlbokých vrstvách Zeme pri anaeróbnom rozklade organických zlúčenín. Produkcia pochádza z nádrží a ropných polí, kde môže byť plyn vedľajším produktom ropy. V niektorých prípadoch sa môžu vyskytnúť hydráty plynu, kryštalická forma zemného plynu.
LPG- je to tiež zmes plynov, ale získaná z pridruženého ropného plynu alebo z kondenzačnej frakcie zemného plynu v dôsledku separácie pomocou jednotky na frakcionáciu absorpčného plynu.
LPG a LNG je možné zameniť. Skvapalnený uhľovodíkový plyn môže pôsobiť ako hlavný typ paliva, ako aj ako rezerva v systéme dodávky plynu na skvapalnený zemný plyn.
Oba plyny sú si navzájom podobné niekoľkými spôsobmi:
- rozsah použitia: dodávka tepla a plynu;
- schopnosť odparovania: plyn sa skladuje a prepravuje v kvapalnej fáze, ktorá sa pri určitej teplote premieňa na plynné skupenstvo;
- šetrnosť k životnému prostrediu: počas spaľovania sa zlúčeniny síry neuvoľňujú do atmosféry, nie sú tam sadze a popol;
- malá toxicita.
Vo svojej čistej forme oba plyny nemajú výrazný zápach, preto sa pre včasnú detekciu látky vo vzduchu do plynu primiešavajú odoranty - etántiol, zmes prírodných merkaptánov atď.
Rozdiely medzi skvapalnenými plynmi LPG a LNG
Obidva plyny sa svojou štruktúrou, parametrami a fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami navzájom líšia, čo umožňuje zvoliť optimálne palivo pre technologickú linku plynárenských systémov zariadenia.
| Index | Skvapalnený ropný plyn LPG |
Skvapalnený zemný plyn LNG |
|---|---|---|
| Zlúčenina | Základné látky: propán a bután, obsah nie je nižší ako 95% Ďalšie látky: pentán, metán, etán, etylén, propylén, butylén |
Hlavná látka: metán, obsah 85-95% Ďalšie látky: etán, propán, bután, dusík, sírovodík, merkaptánová síra |
| Spôsob skladovania | alebo plynové nádrže | kryonádrže, v ktorých sa udržiava znížená teplota |
| Na vytvorenie 1 Gcal je potrebné spáliť bežné palivo | 99,84 kg* | 104,48 kg* |
| Kritická teplota, nad ktorou nie je možné skvapalniť plyn | 96,84 °C (propán) | -82,5 °C (metán) |
| Hustota plynnej fázy pri 0 °C | 0,7168 kg/m3 | 2,0037 kg/m3 |
| Hustota kvapalnej fázy pri 0 °C | 416 kg/m3 | 528 kg/m3 |
| Špecifické spalné teplo | 45,58 MJ/kg | 43,56 MJ/kg |
| Koncentrácia plynu potrebná na zapálenie | koncentrácia pár propánu od 2,3 do 9,5 %, normálneho butánu od 1,8 do 9,1 % (objemovo) | 4,4 % až 17 % (V/V) |
| * Hodnota je daná podmienene, pretože. presnosť výpočtu priamo závisí od zloženia plynu používaného v zariadení | ||
Na základe údajov v tabuľke vyššie je kľúčovým a najdôležitejším rozdielom teplota skladovania. LPG sa skladuje v plynových nádržiach pod tlakom pri teplote blízkej teplote okolia. Nedostatočné odparovanie kvapalnej fázy možno pozorovať na Ďalekom severe, kde môže byť teplota vzduchu nižšia ako -60°C. Na zlepšenie procesu spätného splyňovania v takýchto oblastiach je inštalovaný kvapalný alebo elektrický typ.
Podmienky skladovania LNG sú zásadne odlišné. Skvapalnený zemný plyn možno skladovať iba v plne uzavretých izotermických nádržiach (kryotankoch) vyrobených z materiálov odolných voči teplotám skladovania produktov. Vo vnútri nádoby by sa mala neustále udržiavať nízka teplota okolo -163 °C.
Ako automobilové palivo sa používajú skvapalnené uhľovodíkové plyny.
V relatívne krátkom čase prešla pomerne náročná cesta pri organizovaní účtovania skvapalnených plynov, jasné pochopenie procesov vyskytujúcich sa počas čerpania, merania, skladovania a prepravy.
Je dobre známe, že ťažba a využívanie ropy a plynu v Rusku má dlhú históriu. Technická úroveň poľného plynárenského hospodárstva však do 20. storočia bola mimoriadne primitívna. Keďže majitelia ropy nenašli žiadne ekonomicky opodstatnené oblasti použitia, nielenže sa nestarali o zachovanie plynu alebo ľahkých frakcií uhľovodíkov, ale snažili sa ich zbaviť. Negatívne postoje boli pozorované aj k benzínovým frakciám ropy, pretože spôsobili zvýšenie bodu vzplanutia a nebezpečenstvo požiarov a výbuchov. Vyčlenenie plynárenstva v roku 1946 do samostatného priemyslu umožnilo revolučnú zmenu situácie a prudký nárast objemu produkcie plynu v absolútnom vyjadrení, ako aj jeho podielu na palivovej bilancii krajiny. Rýchly rast produkcie plynu bol možný vďaka radikálnemu zintenzívneniu prác na výstavbe hlavných plynovodov, ktoré spájali hlavné regióny produkujúce plyn s odberateľmi plynu, veľkými priemyselnými centrami a chemickými závodmi.
Dôkladný prístup k presnému meraniu a účtovaniu skvapalnených plynov sa však u nás začal objavovať nie viac ako pred 10 - 15 rokmi. Pre porovnanie, v Anglicku sa skvapalnený plyn vyrába už od začiatku 30. rokov 20. storočia, vzhľadom na to, že ide o krajinu s rozvinutou trhovou ekonomikou, technológiou merania a účtovania skvapalnených plynov, ako aj výrobou špeciálnych zariadení pre tieto účely sa začali rozvíjať takmer od začiatku výroby.
Poďme sa teda rýchlo pozrieť na to, čo sú skvapalnené uhľovodíkové plyny a ako sa vyrábajú. Skvapalnené plyny sú rozdelené do dvoch skupín:
Skvapalnené uhľovodíkové plyny (LHG)- sú zmesou chemických zlúčenín, pozostávajúcich najmä z vodíka a uhlíka s rôznou molekulovou štruktúrou, t.j. zmes uhľovodíkov s rôznou molekulovou hmotnosťou a štruktúrou. Hlavnými zložkami LPG sú propán a bután, ako nečistoty obsahujú ľahšie uhľovodíky (metán a etán) a ťažšie (pentán). Všetky uvedené zložky sú nasýtené uhľovodíky. LPG môže obsahovať aj nenasýtené uhľovodíky: etylén, propylén, butylén. Bután-butylény môžu byť prítomné ako izomérne zlúčeniny (izobután a izobutylén).
NGL - široká frakcia ľahkých uhľovodíkov, zahŕňa najmä zmes ľahkých uhľovodíkov etánových (C2) a hexánových (C6) frakcií.
Vo všeobecnosti je typické zloženie NGL nasledovné: etán od 2 do 5 %; frakcie skvapalneného plynu C4-C5 40-85%; hexánová frakcia C6 od 15 do 30 %, pentánová frakcia predstavuje zvyšok.
Vzhľadom na rozšírené používanie LPG v plynárenskom priemysle je potrebné podrobnejšie sa zaoberať vlastnosťami propánu a butánu.
Propán je organická látka triedy alkánov. Obsiahnuté v zemnom plyne, vznikajúce pri krakovaní ropných produktov. Chemický vzorec C3H8 (obr. 1). Bezfarebný plyn bez zápachu, veľmi málo rozpustný vo vode. Bod varu -42,1C. Vytvára výbušné zmesi so vzduchom pri koncentráciách pár od 2,1 do 9,5%. Teplota samovznietenia propánu na vzduchu pri tlaku 0,1 MPa (760 mm Hg) je 466 °C.
Propán sa používa ako palivo, hlavná zložka takzvaných skvapalnených uhľovodíkových plynov, pri výrobe monomérov na syntézu polypropylénu. Je to surovina na výrobu rozpúšťadiel. V potravinárskom priemysle je propán registrovaný ako potravinárska prídavná látka E944, ako hnací plyn.
Bután (C 4 H 10) je organická zlúčenina triedy alkánov. V chémii sa tento názov používa hlavne na označenie n-butánu. Chemický vzorec C4H10. Zmes n-butánu a jeho izoméru izobutánu CH(CH3)3 má rovnaký názov. Bezfarebný, horľavý plyn, bez zápachu, ľahko skvapalnený (pod 0 °C a normálny tlak, alebo pri zvýšenom tlaku a normálnej teplote - vysoko prchavá kvapalina). Obsahuje plynový kondenzát a ropný plyn (do 12%). Je produktom katalytického a hydrokatalytického krakovania ropných frakcií.
Výroba skvapalneného plynu aj NGL sa uskutočňuje na úkor týchto troch hlavných zdrojov:
- podniky na výrobu ropy - výroba LPG a NGL prebieha pri výrobe ropy pri spracovaní pridruženého (viazaného) plynu a stabilizácii ropy;
- podniky na výrobu plynu - získavanie LPG a NGL prebieha pri primárnom spracovaní vrtného plynu alebo voľného plynu a stabilizácii kondenzátu;
- ropné rafinérie - výroba skvapalneného plynu a podobných NGL prebieha pri spracovaní ropy v rafinériách. V tejto kategórii NGL pozostáva zo zmesi bután-hexánových frakcií (C4-C6) s malým množstvom etánu a propánu.
Hlavnou výhodou LPG je možnosť ich existencie pri teplote okolia a miernych tlakoch v kvapalnom aj plynnom skupenstve. V kvapalnom stave sa ľahko spracovávajú, skladujú a prepravujú, v plynnom stave majú lepšiu charakteristiku horenia.
Stav uhľovodíkových systémov je určený kombináciou vplyvov rôznych faktorov, preto je pre úplnú charakteristiku potrebné poznať všetky parametre. Medzi hlavné parametre, ktoré možno priamo merať a ktoré ovplyvňujú režimy prúdenia LPG, patrí tlak, teplota, hustota, viskozita, koncentrácia zložiek a fázový pomer.
Systém je v rovnováhe, ak všetky parametre zostanú nezmenené. V tomto stave nedochádza k viditeľným kvalitatívnym a kvantitatívnym zmenám v systéme. Zmena aspoň jedného parametra porušuje rovnovážny stav systému a spôsobuje jeden alebo druhý proces.
Uhľovodíkové systémy môžu byť homogénne alebo heterogénne. Ak má systém homogénne fyzikálne a chemické vlastnosti, je homogénny, ak je heterogénny alebo pozostáva z látok v rôznom stave agregácie, je heterogénny. Dvojfázové systémy sú heterogénne.
Fáza je chápaná ako určitá homogénna časť systému, ktorá má jasné rozhranie s ostatnými fázami.
Počas skladovania a prepravy skvapalnené plyny neustále menia svoj stav agregácie, časť plynu sa vyparuje a prechádza do plynného stavu a časť kondenzuje a mení sa na kvapalný stav. V prípadoch, keď sa množstvo odparenej kvapaliny rovná množstvu skondenzovanej pary, systém kvapalina-plyn dosiahne rovnováhu a para na kvapaline sa nasýti a ich tlak sa nazýva tlak nasýtenia alebo tlak pár.
Tlak pár LPG sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a klesá s klesajúcou teplotou.
Skvapalnené uhľovodíkové plyny sa prepravujú v železničných a cestných cisternách, skladujú sa v nádržiach rôznych objemov v stave nasýtenia: v spodnej časti nádob je umiestnená vriaca kvapalina a v hornej časti suché nasýtené pary. Keď teplota v nádržiach klesá, časť pár kondenzuje, t.j. hmotnosť kvapaliny sa zvyšuje a hmotnosť pary klesá, nastáva nový rovnovážny stav. Keď teplota stúpa, dochádza k opačnému procesu, kým fázy nie sú v rovnováhe pri novej teplote. V nádržiach a potrubiach teda dochádza k procesom odparovania a kondenzácie, ktoré v dvojfázových médiách prebiehajú pri konštantnom tlaku a teplote, pričom teplota vyparovania a kondenzácie sú rovnaké.
V reálnych podmienkach obsahujú skvapalnené plyny vodnú paru v jednom alebo druhom množstve. Navyše sa ich množstvo v plynoch môže zvýšiť až do nasýtenia, po ktorom sa vlhkosť z plynov vyzráža vo forme vody a zmieša sa s kvapalnými uhľovodíkmi na hraničný stupeň rozpustnosti a následne sa uvoľní voľná voda, ktorá sa usadzuje v nádržiach. Množstvo vody v LPG závisí od ich uhľovodíkového zloženia, termodynamického stavu a teploty. Je dokázané, že ak sa teplota LPG zníži o 15-30 0 C, tak sa rozpustnosť vody zníži 1,5-2 krát a voľná voda sa bude hromadiť na dne nádrže alebo vypadávať vo forme kondenzátu. v potrubiach. Voda nahromadená v nádržiach sa musí pravidelne odstraňovať, inak sa môže dostať k spotrebiteľovi alebo viesť k poruche zariadenia.
Podľa testovacích metód LPG sa zisťuje prítomnosť iba voľnej vody, povolená je prítomnosť rozpustenej vody.
V zahraničí sú prísnejšie požiadavky na prítomnosť vody v LPG a jej množstvo sa filtráciou dostáva na 0,001 % hmotnosti. Je to opodstatnené, keďže rozpustená voda v skvapalnených plynoch je znečisťujúca látka, pretože aj pri kladných teplotách vytvára pevné zlúčeniny vo forme hydrátov.
Hydráty možno pripísať chemickým zlúčeninám, pretože majú presne definované zloženie, ide však o zlúčeniny molekulárneho typu, hydráty však nemajú chemickú väzbu založenú na elektrónoch. V závislosti od molekulárnych charakteristík a štrukturálneho tvaru vnútorných buniek rôzne plyny navonok predstavujú jasne definované priehľadné kryštály rôznych tvarov a hydráty získané v turbulentnom prúdení - amorfná hmota vo forme husto stlačeného snehu.
Vo väčšine prípadov, keď hovoríme o skvapalnených plynoch, máme na mysli uhľovodíky zodpovedajúce GOST 20448-90 „Skvapalnené uhľovodíkové plyny pre domácu spotrebu“ a GOST 27578-87 „Skvapalnené uhľovodíkové plyny pre cestnú dopravu“. Ide o zmes pozostávajúcu najmä z propánu, butánu a izobutánu. Vzhľadom na identitu štruktúry ich molekúl sa približne dodržiava pravidlo aditivity: parametre zmesi sú úmerné koncentráciám a parametrom jednotlivých zložiek. Preto je možné podľa niektorých parametrov usudzovať na zloženie plynov.
Skvapalnené uhľovodíkové plyny sú nízkovriace kvapaliny, ktoré môžu byť v kvapalnom stave pod tlakom nasýtených pár.
- Bod varu: Propán -42 0 С; Bután - 0,50 C.
- Za normálnych podmienok je objem plynného propánu 270-krát väčší ako objem skvapalneného propánu.
- Skvapalnené uhľovodíkové plyny sa vyznačujú vysokým koeficientom tepelnej rozťažnosti.
- LPG sa vyznačuje nízkou hustotou a viskozitou v porovnaní s ľahkými ropnými produktmi.
- Nestabilita agregovaného stavu LPG pri prietoku potrubím v závislosti od teploty, hydraulického odporu, nerovnomerných podmienených priechodov.
- Preprava, skladovanie a meranie LPG je možné len cez uzavreté (utesnené) systémy, dimenzované spravidla na pracovný tlak 1,6 MPa. GOST R 55085-2012
- Čerpacie, meracie operácie vyžadujú použitie špeciálnych zariadení, materiálov a technológií.
Na celom svete uhľovodíkové systémy a zariadenia, ako aj usporiadanie technologických systémov podliehajú jednotným požiadavkám a pravidlám.
Skvapalnený plyn je newtonovská kvapalina, takže procesy čerpania a merania sú opísané všeobecnými zákonmi hydrodynamiky. Funkcia uhľovodíkových systémov sa však redukuje nielen na jednoduchý pohyb kvapaliny a jej meranie, ale aj na zabezpečenie zníženia vplyvu „negatívnych“ fyzikálnych a chemických vlastností LPG.
Systémy čerpajúce LPG sa v zásade príliš nelíšia od systémov pre vodu a ropné produkty, a napriek tomu je potrebné dodatočné vybavenie na zaručenie kvalitatívnych a kvantitatívnych charakteristík merania.
Na základe toho musí technologický uhľovodíkový systém minimálne obsahovať nádrž, čerpadlo, odlučovač plynov, merač, diferenčný ventil, uzatvárací alebo regulačný ventil a poistky proti nadmernému tlaku alebo prietoku.
Skladovacia nádrž musí byť vybavená vstupom na plnenie produktu, vypúšťacím odtokovým potrubím a potrubím parnej fázy, ktoré sa používa na vyrovnávanie tlaku, získavanie pár z odlučovača plynov alebo na kalibráciu systému.
Pumpa - Poskytuje tlak potrebný na pohyb produktu cez dávkovací systém. Čerpadlo sa musí vyberať podľa kapacity, výkonu a tlaku.
Merač - obsahuje prevodník množstva produktu a čítacie zariadenie (indikáciu), ktoré môže byť elektronické alebo mechanické.
Odlučovač plynu - oddeľuje paru vznikajúcu pri prúdení kvapaliny predtým, ako dosiahne meradlo a vracia ju do parného priestoru nádrže.
Diferenčný ventil - slúži na to, aby cez meradlo prechádzal iba tekutý produkt tým, že za meradlom sa vytvorí prebytok diferenčného tlaku, ktorý je samozrejme väčší ako tlak pár v nádobe.
