RU1818502C

RU1818502C - Способ испарени сжиженного углеводородного газа

Info

Publication number: RU1818502C
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Курицын; Александр Прокофьевич Усачев
Original assignee: Саратовский политехнический институт
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1993-05-30

Abstract

Область применени : в газоснабжении, в частности в газификации сжиженного углеводородного газа, представл ющего смесь пропан-бутана с повышенным содержанием бутана, и может быть использовано при снабжении сжиженным углеводородным газом сельскохоз йственных и жилищно-коммунальных потребителей. Сущность изобретени : предлагаемый способ включает отбор паровой фазы из подземного резервуара с понижением в нем давлением и температуры до определ емых значений, отбор жидкой фазы из резервуара в подземный проточный газификатор с естественным подводом тепловой энергии, предварительное ее испарение в проточном подземном газификаторе до значени максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана, окончательное ее испарение в проточном газификаторе с искусственным подводом тепловой энергий. 2 ил.

Description

У

fe

Изобретение относитс к газоснабжению , в частности к испарению сжиженного углеводородного газа, представл ющего ..- смесь пропан-бутана .. преимущественное высоким содержанием бутана в проточных: газификаторах, и может быть использовано при газоснабжении сжиженным газом сельскохоз йственных и жилищно-коммуналь- ных потребителей.

В данной за вке, с целью экономии тепловой энергии, предварительно осуществл етс частичное испарение жидкой фазы в грунтовом проточном газификаторе с естественным подводом тепла.

Испарение пропан-бутановой смеси осуществл етс до значени максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси Хмакс.п при соответствующей максимальной температуре Тмакс.п и минимально-достаточном дл устойчивой работы установки газификации давлении Рмин.

Испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана X меньше значени Хмакс.п. 4(Х Хмакс.п.) приводит к снижению величины экономии тепловой энергии невозобновл емого топлива против ее максимального значени , поскольку температура парожидкостной смеси t не достигает своего максимального значени Тмакс.п.. равного температуре окружающего грунта, т.е. не будет максимально использована возможность грунта как источника тепла дл газификации жидкой фазы.

В то же врем испарение жидкой фазы

состава р, заданного по услови м поставки в проточном грунтовом газификаторе при

значении степени сухости парожидкостной

00

---А

00

ел о

ю

смеси пропан-бутана X больше значени

Хмакс.п. (X Хмакс.п.), ПРИВОДИТ К НЭруШСНИЮ

устойчивой работы установки газификации и регул тора низкого давлени вплоть до полного прекращени подачи паровой фазы потребителю, поскольку давление Р в проточном грунтовом газификаторе в этом случае должно быть вынуждено уменьшено ниже минимально-достаточной величины давлени РМин, необходимой дл обеспече- ни устойчивой работы установки газификации и регул тора низкого давлени , что следует из анализа выражени дл определени Хмакс.п.

На фиг.1 представлена схема реализа- ции предлагаемого способа испарени .

Схема включает в себ подземный резервуар 1, трубопровод 2 жидкой фазы, один конец которого опущен в подземный резервуар 1 до дна, а другой конец которого через вентиль 3 присоединен к начальному участку трубопровода 4, опущенного своим концом в проточный грунтовый газификатор 5 до дна, трубопровод 6, начальный участок которого присоединен к выходу проточного грунтового газификатора 5, а конечный участок - к выходу проточного газификатора 7 с искусственным подводом тепла, выход которого через регул тор низкого давлени 8 соединен с распределительным трубопро- водом 9 потребител газа, трубопровод 10 паровой фазы с расположенным на нем вентилем 11, начальный участок которого опущен в. паровое пространство резервуара 1, а конечный участок присоединен к входу автоматического байпасного клапана 12, выход которого трубопроводом 13 соединен с выходом проточного газификатора 7 и искусственным подводом тепла.

Теплова изол ци 14 покрывает на- ружную поверхность вертикального трубопровода , расположенного в грунте, начина от поверхности грунта до глубины максимального промерзани грунта в данном климатическом районе. Газификатор 5, показанный на фиг,1 толстой сплошной линией , начинаетс от конца тепловой изол ции 14, счита от поверхности грунта до дна вертикального трубопровода, расположенного в грунте.

Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом.

Сначала отбирают пары из подземного резервуара 1 через трубопровод 10 и снижают тем самым абсолютное давление в резер- вуаре 1 до 1,5 Па 105 и температуру до Тп.н. -15-0°С.

Затем создают перепад давлений между резервуаром 1 и трубопроводом 9, т.е. до и после байпасного автоматического клапана 12 в пределах 0,1 Па 10°, равный по величине перепаду давлений, необходимому дл подъема жидкой фазы из резервуара 1 по вертикальному трубопроводу 2 в трубопровод 4, подаче жидкой фазы пропан-бу- тановой смеси по трубопроводу 4 в проточный грунтовый газификатор 5, движению испар емой жидкости в газификаторах 5 и 7 и прохождение полученных паров через регул тор давлени 8 в распределительный трубопровод 9.

Далее одновременно с подачей паровой фазы из резервуара 1 по трубопроводам 13 и 9 через автоматический байпасный клапан 12 и регул тор давлени 8 начинают подавать охлажденную, насыщенную жидкую фазу пропан-бутановой смеси с абсолютным давлением Рмин 1,4 Па 105 и температурой начала кипени tm через трубопроводы 2 и 4 в проточный грунтовый газификатор 5 за счет вышеуказанного перепада давлений, частично испар ют жидкую фазу в проточном грунтовом газификаторе 5 до значени максимальной промежуточной степени сухости парожид- костной смеси пропан-бутана Хмакс.п. Затем подают парржидкостную смесь пропан-бутана по трубопроводу 6 в проточный газификатор 7 с искусственным подводом тепла и полностью испар ют ее до достижени температуры конца кипени смеси tr-.к. -5- 10°С, получа тем самым сухой насыщенный пар. Далее сухой насыщенный пар через регул тор низкого давлени 8 подают в распределительный трубопровод потребител 9.

Процесс испарени пропан-бутановой смеси в проточных газификаторах 5 и7 при посто нном минимально достаточном дл устойчивой работы регул тора Я давлении Рмин const осуществл етс следующим образом (на фиг.2 изображена диаграмма: температура - содержание бутана в пропан- бутановой смеси).

Точки 1, 2,3 соответственно характеризуют следующие состо ни системы: насыщенна жидкость, парожидкостна смесь, сухой насыщенный пар. Каждому состо нию смеси с исходным содержанием бутана Vr соответствуют равновесные концентрации бутана в паровой и жидкой фазе. При этом температура кипени смеси постепенно повышаетс от начальной т.г.н. (температура насыщенной жидкости на входе в проточный грунтовый газификатор 5, которой соответствует начальна степень сухости парожидкостной смеси Хн 0) сначала до максимальной промежуточной т.макс.п. (температура парожидкостной смеси, которой соответствует максимальна промежуточна степень сухости парожидкостной смеси Хмакс.п.), а затем и до конечной tr.K. (температура сухого насыщенного пара на выходе из проточного газификатора 7 с ис- кусственным подводом тепловой энергии, которой соответствует конечна степень сухости парожидкостной смеси Хк 1).

В качестве режимного параметра предлагаемого способа испарени прин то зна- чение максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п. при соответствующей максимальной промежуточной температуре т,макс.п. и минимально-достаточном. дл устойчивой работы установки газификации , давлении РМИН. Испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана X Хмакс.п. при- водит к снижению величины экономии тепловой энергии невозобновл емого топлива против ее максимального значени , поскольку температура парожидкостной смеси t не достигает своего максимального значени Тмэкс.п., равного температуре окружающего грунта, т.е. не будет максимально использована возможность грунта как источника тепла дл газификации жидкой фазы .

В тоже врем испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана (заданного по услови м поставки состава) X Хмакс.п. приводит к нарушению устойчивой работы установки газификации и регул тора низкого давлени вплоть до полного прекращени подачи паровой фазы потребителю, поскольку давление Р в проточном грунтовом газификато- ре. В этом случае должна быть вынужденно уменьшено ниже минимально достаточной величины давлени Рмин, необходимой дл обеспечени устойчивой работы установки газификации и регул тора низкого давле- ни , что следует из анализа выражени дл определени Хмакс.п.

Ниже приводитс пример конкретного осуществлени способа испарени сжиженного углеводородного газа с его конкретны- ми параметрами по указанной в за вке формуле изобретени .

В качестве объекта испытаний использовалась установка газификации (фиг.1), состо ща из подземного резервуара объемом 0,7 м , вертикального испарительного трубопровода, заглубленного в грунт на 10 м и соединенного с ним проточного газификатора с искусственным испарителем .

Параметры в процессе испытани имели следующие значени . Паропроизводи- тельность установки газификации G 5 кг/ч; абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное дл устойчивой работы регул тора низкого давлени РМин 1,4 Па х 10 ; исходное содержание бутана в смеси пропан-бутана , поступающа в грунтовой проточный газификатор из подземного резервуара р 85 мол.%; средн температура окружающего грунта trp 4°С.

Согласно известному способу вс жидка пропан-бутанова смесь поступает в проточный газификатор с искусственным подводом тепла и полностью испар етс в нем за счет тепловой энергии подводимой от невозобновл емого топлива. Полное испарение пропан-бутановой смеси осуществл етс при давлении РМИн 1,4 Па х 105 в интервале температур tr.n. -3,1 °С; т,Гк б.З°С.

Согласно предлагаемому способу часть жидкой фазы пропан-бутановой смеси предварительно испар лась в проточном грунтовом газификаторе за счет естественного теплоподвода от окружающего грунта. Здесь испарение пропан-бутановой смеси осуществл лось при РМИн 1,4 Па х 105 в температурном интервале от начальной температуры tr.H. -3,1°C до максимальной промежуточной температуры парожидкостной смеси т.макс.п. равной средней естественной температуре окружающего газификатор грунта trp. Температура парожидкостной смеси Тмзкс.п. замер лась термометром на выходе из проточного грунтового газификатора и составл ла 4.2°С.

По известной Хмакс.р. 4.2°С при заданных РМин 1,4 Па 10° и у 85 мол.% по выражению, приведенному в патентной формуле, определ лось значение максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана, равное Хмакс.п. 0,66.

Затем подавали парожидкостную смесь в проточный газификатор с искусственным подводом тепла, где ее полностью испар ли до достижени температуры конца кипени смеси Тг.к. 6,3°С, получа сухой насыщенный пар со степенью сухости х 1,0. Далее сухой насыщенный пар через регул тор низкого давлени подавали в распределительный трубопровод потребител ,

Величина экономии тепловой энергии, полученна согласно предлагаемому способу , за счет предварительного испарени части жидкости фазы пропан-бутановой смеси с высоким содержанием бутана в проточном

грунтовом газификаторе определ лась по формуле (по методике, изложенной на с. 5-6 описани данной за вки.)

,

где Qa - величина тепловой энергии, подведенной к грунтовому газификатору дл испарени пропан-бутановой смеси до значени максимальной промежуточной степени сухости Хмакс.п., согласно предлагаемому способу;

Qi - величина тепловой энергии, затраченной на полное испарение жидкой фазы в проточном газификаторе с искусственным подводом тепла согласно известному способу испарени .

Значение Ch определ лось по формуле

Q2 Хмакс.п. + С(1макс.п. tr.H.)/3,6,

где г - скрыта теплота парообразовани пропан-бутановой смеси, определ ема по справочным данным и равна 362 кДж/кг;

с - удельна теплоемкость пропан-бутановой смеси, определ ема по справочным данным и р авна 2,46 кДж/(кг К).

Подставл полученные в результате осуществлени предлагаемого способа параметры в формулу дл Qi получим

Оа - 5,0 362 0,66 + 2,46 (4,2 (3,1))/3,6 - 353 Вт.

Значение Qi определ лась по формуле

Qi + c(tr.K. - tr.H.)3/3,6, где X - степень сухости полного испарени смеси в газификаторе с искусственным испарением , равна 1,0.

Подставл полученные в результате осуществлени известного способа параметры в формулу дл Qi, получим

Qi 5,0 -362 1.0+ 2,46 (6,4-(-3,1))/3,6 530 Вт

Величина экономии тепловой энергии составила

353

Э

530

100% 0,66%.

Предлагаемый способ по сравнению со способом искусственного испарени обеспечивает значительную экономию тепловой энергии неврзобновл емого топлива (до 70- 80%) за счет предварительной газификации жидкой фазы в грунтовом проточном газификаторе с естественным подводом тепла.

Экономический эффект достигаетс за счет экономии эксплуатационных расходов в части значительного уменьшени затрат на тепловую энергию, расходуемую на газификацию сжиженного газа.

Claims

Формула изобретени Способ испарени сжиженного углеводородного газа, преимущественно смесь пропан-бутана с высоким содержанием бутана , включающий отбор паровой фазы из подземного резервуара с понижением в нем давлени и температуры, отбор жидкой фазы с ее испарением в грунтовом проточном газификаторе с естественным подводом

тепла, отличаю щи и с тем, что, с целью экономии тепловой энергии, испарение в грунтовом газификаторе осуществл ют до максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п. определ емой по формуле

+

где Рмин - абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное дл обеспечени устойчивой работы установки газификации и регул тора низкого давлени , Па,

чр- исходное мол рное содержание бутана в пропан-бутановой смеси, поступающей в грунтовой газификатор из резервуара, доли единицы;

Хмакс.п. - максимальна промежуточна

температура парожидкостной смеси пропан-бутана на выходе из грунтового газификатора , равна естественной температуре окружающего газификатор грунта, °С;

4. 11; 1030,3; 251,0 - эмпирические коэффициенты дл бутана;

4,43; 1048,9; 278,7-эмпирические коэффициенты дл пропана, после чего оставшуюс жидкую фазу полностью испар ют в проточном газификаторе с искусственным

подводом тепла.

ЙЙМЙ60 М #.

Содержание бутана 8пропан-бутановай смеси,V, пол.ЧЬ

Фиг.2