Компания "Газойл Центр"

Нефть. Нефтепродукты. Газ.

Москва

СЖИЖЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ГАЗЫ (СУГ)

СЖИЖЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ГАЗЫ (СУГ)

    1. Общие сведения о СУГ

Сжиженные углеводородные газы (СУГ) – состоят из углеводородных соединений, являющихся органическими веществами, содержащими в своем составе два химических элемента: углерод и водород.

СУГ – смесь газов, которые при нормальных условиях (p=1атм; t=0C) являются газами, а при некотором повышении давления переходят в жидкое состояние. Сжижение газов – переход вещества из газообразного в жидкое состояние при охлаждении его до температуры ниже температуры насыщения при данном давлении. Для газов, имеющих очень низкие температуры насыщения, применяют криогенные технологии. Для СУГов эти температуры уместные.

В состав СУГ входят т.н. предельные (насыщенные) углеводороды - алканы. Их общая химическая формула СН2n+2.

CH4 – метан

С2Н6 – этан

С3Н8 – пропан газы при нормальных

С4Н10 – бутан условиях

С5Н12– пентан - жидкость

В последние десятилетия СУГ нашли широкое применение в качестве горючих газов и моторных топлив в силу ряда преимуществ:

- СУГ имеют высокую теплоту сгорания и большую концентрацию тепловой энергии в единице объема;

- СУГ транспортабельны на большие расстояния (в баллонах, цистернах, судах, по трубам);

- высокоэкономично их использование: по сравнению с сетевым газом в 3 раза уменьшается металлоемкость и в 2,5 раза – капиталовложения на создание систем.

СУГ применяются как моторные топлива для автомобильного транспорта. Для этих целей установлены марки СУГ:

ПБА – пропан-бутан автомобильный;

ПБА – пропан автомобильный.

СУГ применяется также для коммунально-бытовых нужд, его марки:

ПБТЗ – пропан-бутан технический зимний;

ПБТЛ – пропан-бутан технический летний;

БТ – бутан технический.

СУГ могут быть переведены в газообразное состояние – регазификация.

8.2 Свойства СУГ

СУГ в условиях транспортировки, хранения, регазификации всегда находятся в виде двухфазной системы жидкость–пар.

Основные свойства пара: высокая плотность, медленная диффузия, низкая температура воспламенения, способность образовывать кристаллогидраты, токсичность, содержание опасных примесей.

8.2.1 Свойства жидкой фазы

Свойства жидкой фазы: способность к сильному объемному сжатию и расширению, малая относительная плотность, охлаждающая способность при регазификации.

Плотность составляющих углеводородного газа при нормальных условиях:

Метан0,72кг/м3

Этан 1,36 кг/м3 Для сравнения: плотность

Пропан 2,00 кг/м3 воздуха при н. усл. 1,293кг/м3.

Бутан 2,7 кг/м3

Средняя плотность газовой смеси равна

,

где 1, 2, n - плотность компонентов смеси,

1, 2, …nобъемное содержание их в смеси, %.

Поскольку паровая фаза сжиженного газа имеет плотность большую, чем плотность воздуха, то она долго не рассеивается, а стелется по земле или полу помещения, долго сохраняет способность воспламенения и взрыва, т.е. плохая диффузия.

Смесь паров СУГ воспламеняется при 510С, т.е. даже от тлеющей спички. Распространение пламени очень быстрое, при этом сильно возрастает давление – происходит взрыв.

Все сжиженные углеводородные газы взаимно растворяются друг в друге.

В летнее время и в отапливаемых помещениях (t=20-25С) следует применять смесь из 50 % пропана и 50 % бутана, в этом случае упругость паров (давление, при котором при данной температуре пар находится в состоянии насыщения) равна
5 кгс/см2.

В зимнее время t < 0 следует увеличить содержание пропана, или пользоваться только пропаном, т.к. упругость паров снижается (для пропана при t = -15 С, p = 3,2 кгс/см2).

8.2.2 Критические параметры

Все газы можно перевести в жидкость, уменьшая их температуру или повышая давление. Для каждого газа существует температура, выше которой газ не может быть превращен в жидкость повышением давления – критическая температура. Давление, требуемое для сжижения, – критическое давление. Чем легче газ, тем ниже критическая температура и выше давление:

Метан: tкр = -82 С, pкр = 45,8 атм;

Бутан: tкр = 153 С,pкр =35,7 атм.

Плотность пара над жидкостью в критическом состоянии равна плотности жидкости.

Критические параметры смеси газов лежат между самыми высокими и низкими значениями для составляющих газов.

8.2.3 Токсичность СУГ

Токсичность СУГ объясняется тем, что, попадая в воздух, газы вытесняют кислород, это приводит к кислородному голоданию - удушье, головокружение, потеря сознания. Существуют нормы предельно допустимой концентрации – не более 300 мг/м3.

Опасные примеси – сероводород в смеси с водой приводит к коррозии поверхностей металлических сосудов, труб – расслоение металла. Должно быть не более 5 мг H2S /100 м3.

Сернистые соединения, находящиеся в газе, вызывают сильную коррозию латунных и алюминиевых деталей. Может образовываться серная кислота.

8.2.4 Объемное сжатие и расширение СУГ

Принято считать, что жидкости, например вода, не сжимаемы, т.е. под действием давления их объем не изменяется. Но это не так даже для воды. А СУГ – особенно! Например, сжимаемость пропана в 16 раз выше, чем у воды! При повышении температуры жидкой фазы ее объем сильно увеличивается. При изменении температуры пропана от -15  до 25С его объем увеличивается на 11%. Поэтому сосуды надо рассчитывать на самые тяжелые условия – максимальную температуру. При 100% загрузке сосуда СУГ произойдет его разрыв при повышении температуры. Максимально допускается налив на 85 % емкости.

8.2.5 Охлаждающие свойства СУГ

При максимальном отборе паровой фазы из резервуара давление паров в нем падает, жидкая фаза начинает кипеть и переходить в паровую, но на это затрачивается большое количества тепла парообразования. Откуда оно берется? Это тепло отбирается от самой жидкой фазы и жидкость в сосуде охлаждается, от оборудования, от окружающей среды (рис. 8.1). Баллон, емкость снаружи покрывается “снежной шубой”, грунт промерзает до -15 – -20С. Причем это происходит и в зимнее и в летнее время.

Применяемые конструкционные материалы должны быть хладостойкими (сталь 3 сп, 16 ГС, ковкий чугун).

Дополнительный холод образуется при дросселировании.

Попадание жидкой фазы на тело человека вызывает обморожение, похожее на ожог, с образованием пузырей. Необходимы соответствующие меры безопасности.

Рисунок 8.1 – Схема теплопритоков в сосуде с СУГ

8.2.6 Кристаллогидраты

СУГ получаемый на заводах, как правило, не содержит воды и влаги. Но влага попадает при заполнении сосудов, транспортных цистерн (конденсат, после гидроиспытаний, соприкосновение с воздухом).

В зимнее время при прохождении газа через дроссельные регулирующие устройства его температура становится ниже окружающей. Некоторая часть водяной влаги вместе с парами СУГ конденсируется на дроссельном органе, создавая плотный снег или лед. Это – кристаллогидрат – смесь молекул газа и воды. Это соединение нестабильно и разлагается на газ и воду. Чтобы это предотвратить, в жидкую фазу вводят метанол (метиловый спирт) примерно 260 г/т газа. Температура замерзания спиртоводного раствора значительно ниже температуры замерзания воды.

8.2.7 Точка росы СУГ

В замкнутом объеме СУГ всегда находится в состоянии равновесия: сколько испарилось, столько и сконденсировалось. Но если понизить температуру СУГ (при том же давлении), то начнется конденсация, т.к. паровая фаза окажется перенасыщенной, капли начнут оседать в сосудах и газопроводах, что плохо для работы системы. Поэтому нужно стремиться использовать такие смеси СУГ, чтоб их точка росы была ниже окружающей температуры:

Пропан 100%-й ts =-42 С (зима)

Бутан 100%-й ts= 0 С (лето).

    1. Горение газовоздушной смеси

Для горения 1 м3 пропана надо 24,6 м3воздуха, но обычно подают даже избыток воздуха, чтоб не было недожога топлива.

Температура горения газов тем выше, чем тяжелее компоненты:

Метан 1875 С

Этан 1895 С

Пропан 1925 С

Бутан 1900 С

Скорость распространения пламени 0,4 – 0,8 м/с.

В горелочных устройствах не должно быть отрывов пламени от огневых отверстий и проскок пламени внутрь отверстия. Т.е. давление газа должно быть таким, чтобы скорость истечения газа через отверстие была примерно равна скорости распространения пламени.

Одорация СУГ. Пары СУГов бесцветны и не имеют запаха, что затрудняет их обнаружение в случае утечки. Для придания запаха добавляют одоранты – этилмеркаптан в количествах 60 – 90 г/т СУГ.

Запах должен ощущаться при концентрации газа в воздухе помещения от 0,3 – 0,5 %.

8.4 Получение СУГ

Основное сырье для получения СУГ – искусственные газы и естественные нефтяные газы.

Способы получения:

– из попутных нефтяных газов;

– из газового конденсата;

– из нефтезаводских газов.

Попутные нефтяные газы представляют наибольшую ценность для получения СУГ. Попутные газы образуются при добыче нефти как побочный продукт.

Рисунок 8.2 – Принципиальная технологическая схема

добычи попутного нефтяного газа:

1 – нефтяная скважина; 2 – сепаратор газа;

3 – установка обезвоживания нефти;

4 – установка подготовки газа; 5 – компрессор попутного газа

При выкачке нефти из пласта давление в нем снижается по отношению к исходному (пластовому), нарушается фазовое равновесие и из нефти выделяются углеводородные газы, которые были в ней растворены. Этот т.н. попутный газ перекачивается на газоперерабатывающий завод. Из него получают сухой товарный (метан + этан + часть пропана) газ, а также сжиженные газы: пропан, бутан и стабильный газовый бензин (компонент автобензина). Состав газов сильно колеблется в зависимости от месторождения. А из нефти дополнительно извлекают оставшийся попутный газ – т.н. газ нефтестабилизации.

В газоконденсатном месторождении под действием высокого пластового давления (10 – 60 МПа и более) в газовую фазу переходят некоторые жидкие компоненты нефти. При снижении давления до 4–8 МПаиз газа в результате конденсации выпадает т.н. конденсат, содержащий компоненты СУГ, которые затем и отделяют. СУГ получают на газоперерабатывающих заводах.

Более 50% СУГ получают на нефтеперерабатывающих заводах в различных процессах (крекинг, пиролиз). Т.н. нефтезаводские газы направляют на газофракционирующие установки, где происходит разделение на компоненты.

8.4.1 Хранение СУГ

В больших количествах СУГ хранят в подземных резервуарах при избыточном давлении до 18 кгс/см. Резервуары выполняют в виде горизонтальных цилиндрических емкостей с эллиптическими днищами. Устанавливаются в траншею на глубине 0,6-0,7 м до верхней образующей (рис. 8.3).

Рисунок 8.3 – Подземный резервуар для хранения СУГ

Конструкция резервуара должна удовлетворять условиям прочности при максимальной и минимальной (с учетом эффекта охлаждения) температурах, максимальному давлению и вакууму, который может образоваться.

Давление испытания сосуда

Р = Рраб+3кгс/см².

Обычно таких резервуаров устанавливается несколько. Они связываются подземными или надземными трубами по паровой и жидкой фазам для выравнивания давления, т.е. работают как одно целое, но могут использоваться и раздельно.

Резервуары имеют редукционную головку для обеспечения технологических процессов слива СУГ из автоцистерны, снижения давления паров в резервуаре, контроля давления паров и уровня жидкой фазы, удаления жидкой фазы. Имеются сбросные клапаны для защиты от превышения давления.

Одна головка может быть установлена на группу резервуаров.

Все сооружения и коммуникации должны быть не ближе чем 3-5 м от габаритов резервуаров.

Засыпаются резервуары песком, предварительно защитив их от коррозии специальными покрытиями.

Для нужд коммунально-бытовых и сельскохозяйственных объектов широко используются баллоны. Они служат транспортной тарой и сосудами длительного хранения. Цвет – красный с белой надписью «Пропан».

Баллоны имеют в верхней части вентиль для обеспечения режимов наполнения расхода газа.

Баллонные установки оснащаются регуляторами давления – редукторами. Их назначение – снижение давления газа до требуемой величины и автоматическое поддержание этого давления независимо от давления в баллоне.

Баллоны могут устанавливаться индивидуально или как групповые в шкафах.

Количество рабочих баллонов

,

где n – количество потребителей (квартир, приборов и т.п.);

g – номинальная нагрузка потребителя, ккал/час;

Ko – коэффициент одновременности потребления;

Qn – низшая тепловая способность газа, ккал/м3;

V – расчетная производительность одного баллона м3/час.

8.4.2 Транспортировка СУГ

Транспортируют СУГ в цистернах. С точки зрения нагрузок и прочности предпочтительно транспортировать баллоны в вертикальном положении. Проверяется герметичность вентиля обмыливанием. Обычно пустые баллоны даются, а полные грузят на автотранспортное средство, специально оборудованное каркасом.

Используются также специальные автомобили-баллоновозыдля транспортировки СУГ с числом баллонов 32, 40 и 54. Баллоны укладывают горизонтально на этажерке или "клетке" в 2 или 3 ряда.

Для транспортировки СУГ на большие расстояния используют ж/д цистерны. Однако более рентабельным оказывается применение автоцистерн. Их объем от 4 до 25 м3 рабочее давление 16-18 атм, температура -40°–50°С. Они оборудованы предохранительным клапаном на случаи пожара и переполнения.

8.4.3 Перегрузки СУГ (слив-налив)

При сливе сжиженных газов из резервуаров в трубопроводах образуется двухфазная смесь с различным соотношением пара и жидкости. Характер истечения СУГ не-однородный , как показано на рис. 8.4. В местах сопротивления (сужения, колено и т.п.) в потоке наступают кризисные явления, когда, не смотря на увеличение перепада давления, скорость потока остается практически постоянной, равной скорости звука. Происходит запирание течения. Поэтому необходимо принимать конечное давление меньшим или равным

,

где рн – начальное давление в опоражниваемом сосуде.

Сжиженный газ хранится в емкости под давлением, равным упругости паров. При перемещении СУГ по трубопроводам рекомендуется принимать давление рmin по соотношению

,

где рнас – давление насыщения паров (упругость паров);

рд – добавка, которая принимается равной;

рд = 1-1,2 МПа – для магистральных трубопроводов;

рд = 0,6-0,7 МПа – для недлинных трубопроводов;

рд = 0,12-0,2 МПа для коротких трубопроводов.

Рисунок 8.4 – Структура потока в насадке при истечении СУГ:

1 – гомогенная жидкость; 2 – эмульсия; 3 – пузырьковый режим; 4 – пробковый; 5 – дисперсно-кольцевой режим

Упругость паров СУГ в зависимости от времени года изменяется в широких пределах: для пропан-бутановой смеси от 0,15-0,4 МПа зимой до 1,7-1,8 МПа летом.

Обычно СУГ транспортируются по трубам над землей при рабочем давлении до 1,6 МПа.

Для перегрузки СУГ из цистерны (авто или ж/д) в резервуарные хранилища с последующей погрузкой на наливные суда сооружают терминалы.

Терминал содержит эстакаду для обеспечения разгрузки цистерн, резервуарное хранилище, насосно-компрессорные станции. В зависимости от уровня расположения резервуара по отношению к поверхности земли (наземное, подземное) технологическая схема несколько изменяется: самотека уже будет недостаточно, нужно использовать компрессор или насос.

При использовании насосной схемы сливная и наполняемая емкости должны быть соединены уравновешивающим трубопроводом по паровой фазе, чтобы не создать сопротивления сливу и наполнению.

Рисунок 8.5 - Схема терминала для перегрузки

сжиженных газов

Компрессорная схема предполагает отбор пара из наполняемой емкости, сжатие и подача его в сливную цистерну для выдавливания жидкой фазы. После опорожнения цистерны паp из неё откачивается в баллоны. При дальнейшей перекачке СУГ, например в танкер, необходим насос.

8.4.4 Регазификация сжиженных газов в грунтовых резервуарных установках

Регазификация - испарение жидких газов и перегрев полученных насыщенных паров. Для этого необходим постоянный подвод тепла к жидкой паровой фазам (рис. 8.6).

Рисунок 8.6 – Схема грунтовой резервуарной установки регазификации СУГ

Естественные испаренияпроисходят за счет притока тепла от окружающего воздуха или грунта, т.е. даровым теплом, без затраты энергии. На естественное испарение, кроме температуры влияет компонентный состав СУГ, термические сопротивления, грунта, стенок сосуда, степень заполнения и зеркало сосуда и др.

При отборе паровой фазы из резервуара состояние равновесия нарушается, т.е. давление постепенно снижается, содержание легких углеводов снижается, тяжелых –увеличивается. При максимальном отборе пара из резервуара температура СУГ значительно снижается, так как не хватает подвода тепла извне. Может вовсе прекратится процесс испарения, произойдет обмерзание сосуда. Цикличность отбора паров (день - ночь) поможет решить эту проблему за счет аккумулирования тепла ночью. Зависимость испарительной способности СУГ от температуры окружающей среды приведена на рис. 8.7.

Q3

т, час

Рисунок 8.7 – Испарение СУГ в зависимости от

температуры окружающей среды:

1-t = -18оС; 2- t = 0; 3- t = 10оС.

Недостатки естественного испарения:

  • нельзя применять СУГ с большим содержанием бутана;

  • теплота сгорания паровой фазы нестабильна;

  • велики размеры и металлоемкость установок.

Газификацию СУГ производят в специальных установках - регазификаторах (рис. 8.8).



Рисунок 8.8 – Схема регазификатора с электронагревателем

В регазификаторах с искусственным испарениемв качестве теплоносителей используется горячая вода, пар, электронагреватели. При изменении отбора газа будет изменятся давление в сосуде. ЭКМ даст сигнал через реле на цепь электронагревателя на включение или выключение его.

8.4.5 Подземный газопровод

СУГ транспортируется и накапливается в групповых резервуарных установках. От резервуаров прокладываются газопроводы к потребителям, как правило, подземные с соблюдением уклонов и установкой конденсатосборников
(рис. 8.9). При транспортировке пропан-бутана по трубам учитывают, что эта смесь имеет гораздо более высокую температуру конденсации, чем природный газ. Точка росы пропан-бутановой смеси при содержании бутана от 0 до 100% изменяется от -42°С до 0°С. Таким образом при охлаждении труб воздухом или грунтом в конце трубопровода может начаться конденсация паров, в первую очередь бутана. Необходимо применять тепловую изоляцию труб или заглублять их ниже глубины промерзания грунта.

Регазификация - искусственное испарение СУГ происходит фракционно, то есть сначала испаряются легкокипящие компоненты(пропан). Увеличивается содержание в резервуарах низкокипящего бутана. При транспортировке паровой фазы с большим содержанием пентана конденсация не происходит (нужна низкая температура), а если повышение содержания бутана, то конденсация может произойти
(t≈ -0,5°С). В этом случае трубы надо прокладывать в зоне положительных температур.

Рисунок 8.9 – Схема подземного газопровода

Испытания газопроводов на прочность и плотность. Сначала производится продувка, устанавливают манометры в заглушках. Сначала испытывают на прочность в течение одного часа, затем снижают давление и испытывают на плотность, проверка обмыливанием.

Режимы испытаний для систем низкого давления:

Подземные трубы 24 час

Надземные 30 мин

Вводы газоприводов 1 час

рдоп 5 мм вод. ст.

В жилых и общественных помещениях 5 мин

рдоп 20 мм вод. ст.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Продукция  ПАО "Сибур Холдинг" Поставка топливно-сырьевых...
"Роснефть" решила совершить набег Если Игорю...
Смежные направления Компания ставит перед собой...
Фракция углеводородов лигроино-керосиновая Фракция углеводородов лигроино-керосиновая,...
Керасино-газойлевая фракция Керасино-газойлевая фракция получается путем...
  Источник курса: kursvaliut.ru

Для публикации комментариев, авторизация обязательна.

Подписаться на новости:

Name:
E-Mail:

Отписаться:

Name:
Индекс цитирования Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru

Сейчас 187 гостей и ни одного зарегистрированного пользователя на сайте