Способ испарения сжиженного углеводородного газа

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 17 С 9/02

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (lOCllATEHT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

1 (21) 4906101/26 (22) 30.01.91 (46) 30.05.93. Бюл. М 20 (71) Саратовский политехнический институт (72) Б.H.Êóðèöûí и А П,Усачев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1254241, кл. F 17 С 9/02, 1985. (54) СПОСОБ ИСПАРЕНИЯ СЖИЖЕННОГО . .- УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА

{57) Область применения: в газоснабжении, в частности в газификации сжиженного углеводородного газа, представляющего смесь пропан-бутана с повышенным содер-жанием бутана, и может быть использовано при снабжении сжиженным углеводородным газом сельскохозяйственных и жилищИзобретение относится к газоснабжению, в частности к испарению сжиженного углеводородного газа, представляющего ..,смесь пропан-бутана . . преимущественно с высоким содержанием бутана в проточных газификаторах, и может быть использовано при газоснабжении сжиженным газом сельскохозяйственных и жилищно-коммунальных потребителей.

В данной заявке, с целью экономии тепловой энергии, предварительно осуществляется частичное испарение жидкой фазы в грунтовом протсчном газификаторе с есте ственным подводом тепла.

Испарение пропан-бутановой смеси осуществляется до значения максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси X»«.> при соответствующей максимальйой температуре т»«.п и мини.Я2 1818502 А1 но-коммунальных потребителей. Сущность изобретения: предлагаемый способ включает отбор паровой фазы из подземного резервуара с понижением в нем давлением и температуры до определяемых значеНий.: отбор жидкой фазы иэ резервуара в подземный проточный газификатор с естественным подводом тепловой энергии, предварительное ее испарение в проточной подземном газификаторе до значения максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана,:; окончательное ее испарение в проточном газификаторе с искусственным подводом тепловой энергии. 2 ил. малько-достаточном для устойчивой работы установки газификации давлении Рцид. ° и

Испарение жидкой фазы в проточном 0р грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси О,» пропан-бутана Х меньше значенияХ»«.п. (X < Хааке.п.) приводит к снижению величины экономии тепловой энергии невозобновля- О емого топлива против ее максимального. значения, поскольку температура парожидкостной смеси т не достигает своего максимального значения т»«.п. равного . д температуре окружающего грунта, т.е. не будет максимально использована возможность грунта как источника тепла для газификации жидкой фазы.

В то же время испарение жидкой фазы состава ф, заданного по условиям поставки в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной

1818502 смеси пропан-бутана Х больше значения

Хмакс.п. (Х > Х лакс.п.), приводит к нарушению устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления вплоть до полного прекращения подачи паровой фазы потребителю, поскольку давление P в проточном грунтовом газификаторе в этом случае должно быть вынуждено уменьшено ниже минимально-достаточной величины давления Р и, необходимой для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, что следует из анализа выражения для определения Хмакс.п.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа испарения.

Схема включает в себя 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 у«асток — к выходу проточного газификатора 7 с искусственным подводом тепла, выход которого через регулятор низкого давления 8 соединен с распределительным трубопроводом 9 потребителя 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 газификатара 7 и ис-. кусственным подводом тепла.

Тепловая изоляция 14 покрывает наружную поверхность вертикального трубопровода, расположенного в грунте, начиная от поверхности грунта до глубины максимального промерзания грунта в данном климатическом районе. Газификатор 5, показанный на фиг,1 толстой сплошной линией, начинается от конца тепловой изоляции 14, считая от поверхности грунта до дна вертикального трубопровода, расположенного в грунте.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Сначала отбирают пары из подземного резервуара 1 через трубопровод 10 и снижают тем самым абсолютное давление в резервуаре 1 до 1,5 Па . 10 и температуру до

t,, =-15-0 С.

Затем создают перепад давлений между резервуаром 1 и трубопроводом 9, т.е. до и после байпаснога автоматического клапаПроцесс испарения пропан-бутановой смеси в проточных газификаторах 5 и7 при постоянном минимально достаточном для

40 устойчивой работы регулятора 8 давлении

Pug>I = coAst осуществляется следующим образам (на фиг,2 изображена диаграмма; температура — содержание бутана в пропанбутановой смеси).

Точки 1, 2, 3 соответственно характеризуют следующие состояния системы: насыщенная жидкость, парожидкостная смесь, сухой насыщенный пар. Каждому состоянию смеси с исходным содержанием бутана

50 ф соответствуют равновесные концентрации бутана в паровой и жидкой фазе. При этом температура кипения смеси постепенно повышается от начальной tr.H. (температура насыщенной жидкости на входе в проточный грунтовый гаэификатор 5, которой соответствует начальная степень сухости парожидкостной смеси Хр = О) сначала до максимальной промежуточной Ьикс.л. (температура парожидкостной смеси, кото5

5 на 12 в пределах 0,1 Па 10, равный по величине перепаду давлений, необходимому для подъема жидкой фазы иэ резервуара

1 по вертикальному трубопроводу 2 в трубопровод 4, подаче жидкой фазы пропан-бутановой смеси по трубопроводу 4 в проточный грунтовый газификатор 5, движению испаряемой жидкости в газификаторах 5 и 7 и прохождение полученных паров через регулятор давления 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 регулятор давления 8 начинают подавать охлажденную, насыщенную жидкую фазу пропан-бутановай смеси с абсолютным давлением Р л = 1,4 Па 10 и темпе5 ратурой начала кипения г„через трубопроводы 2 и 4 в проточный грунтовый газификатор 5 эа счет вышеуказанного перепада давлений, частично испаряют жидкую фазу в проточном грунтовом газификаторе 5 до значения максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п. Затем подают парожидкостную смесь пропан-бутана по трубопроводу 6 в проточный газификатор 7 с искусственным подводом тепла и полностью испаряют ее до достижения температуры конца кипения смеси tt.K. - -510 С, получая тем самым сухой насыщенный пар, Далее сухой насыщенный пар через регулятор низкого давления 8 подают в распределительный трубопровод потребителя

1818502 рой соответствует максимальная промежуточная степень сухости парожидкостной смеси Хмакс.п.), а затем и до конечной tr.к (температура сухого насыщенного пара на выходе из проточного газификатора 7 с искусственным подводом тепловой энергии. которой соответствует конечная степень сухости парожидкостной смеси Х, = 1), В качестве режимного параметра предлагаемого способа испарения принято значение максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п. при соответствующей максимальной промежуточной температуре тмакс.п. и минимально-достаточном, для устойчивой работы установки газификации, давлении Рм«. Испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости пэрожидкостной смеси пропан-бутана Х < Хмакс.п, приводит к снижению величины экономии тепловой энергии невозобновляемого топлива против ее максимального значения, поскольку температура парожидкостной смеси t не достигает своего максимального значения tMBKc.fl., равного температуре окружающего грунта, т.е. не будет максимально использована возможность грунта как источника тепла для газификации жидкой фазы.

В тоже время испарение жидкой фазы в проточном грунтовом газификаторе при значении степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана (заданного по условиям поставки состава) Х > Хмакс.п, приводит к нарушению устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления вплоть до полного прекращения подачи паровой фазы потребителю. поскольку давление P в проточном грунтовом газификаторе. В этом случае должна быть вынужденно уменьшено ниже минимально достаточной величины давления Рм«, необходимой для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, что следует из анализа выражения для

on ределения ХМа с.п.

Ниже приводится пример конкретного осуществления способа испарения сжиженного углеводородного газа с его конкретными параметрами по указанной в заявке формуле изобретения.

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

Параметры в процессе испытания имели следующие значения. Паропроизводител ьность установки газификации G = 5 кг/ч; абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное для устойчивой работы регулятора низкого давления PM« = 1,4 Па х 10; исходное содержание бутана в смеси пропан-бутана, поступающая в грунтовой проточный газификатор из подземного резервуара ф=

=85 мол. ; средняя температура окружающего грунта игр = 4 С.

Согласно известному способу вся жидкая пропан-бутановая смесь поступает в проточный газификатор с искусственным подводом тепла и полностью испаряется в нем за счет тепловой энергии подводимой от невозобновляемого топлива. Полное испарение пропан-бутановой смеси осуществляется при давлении PM« = 1,4 Па х 10 в

5 интервале температур т,.„. =-3,1 С; tr., =

= 6.3 С.

Согласно предлагаемому способу часть жидкой фазы пропан-бутановой смеси предварительно испарялась в проточном грунтовом газификаторе за счет естественного теплоподвода от окружающего грунта.

Здесь испарение пропан-бутановой смеси осуществлялось при Рм« = 1,4 Па х 10 в

5 температурном интервале от начальной температуры tr.H, = -3,1 С до максимальной промежуточной температуры парожидкостной смеси tMBKc.n. равной средней естественной температуре окружающего газификатор грунта р. Температура парожидкостной смеси тмакс.п. замерялась термометром на выходе из проточного грунтового газификатора и составляла 4.2 С.

По известной тмакс.р. = 4.2 С при заданных Рмип = 1,4 Па . 10" и i= 85 мол, по выражению, приведенному в патентной формуле, определялось значение максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана, равное Хмакс.n. = 0,66.

Затем подавали парожидкостную смесь в проточный газификатор с искусственным подводом тепла, где ее полностью испаряли до достижения температуры конца кипения смеси тг.к. = 6,3 С, получая сухой насыщенный пар со степенью сухости х = 1,0. Далее сухой насыщенный пар через регулятор низкого давления подавали в распределительный трубопровод потребителя, Величина экономии тепловой энергии, полученная согласно предлагаемому способу, за счет предварительного испарения части жидкости фазы пропан-бутановой смеси с высоким содержанием бутана в проточном

1818502

Хмакс.п =

= Рмин

Рмин

Р 1O4 43

50 грунтовом газификаторе определялась по формуле (по методике, изложенной на с, 5-6 описания данной заявки)

Эа = — 100%, Qz

Q1 где Qz — величина тепловой энергии, подведенной к грунтовому газификатору для испарения пропан-бутановой смеси до значения максимальной промежуточной степени сухости Хмакс,п., согласно предлагаемому способу;

Q1 — величина тепловой энергии, затраченной на полное испарение жидкой фазы в проточном газификаторе с искусственным подводом тепла согласно известному способу испарения.

Значение О2 определялось по формуле

02 = G(1 Хмакс.п. + с(смакс.п. tr.н.))/3,6, где r — скрытая теплота парообразования пропан-бутановой смеси, определяемая по справочным данным и равная 362 кДж/кг; с — удельная теплоемкость пропан-бутановой смеси, определяемая по справочным данным и равная 2.46 кДж/(кг . К).

Подставляя полученные в результате осуществления предлагаемого способа параметры в формулу для Q1 получим

Gz - 5,0 362 0,66 + 2,46 (4,2 (3,1))/3,6 =

= 353 Вт.

Значение 01 определялась по формуле

01 = G(rx + C(tr.к. — tr.н.))/3,6, где Х вЂ” степень сухости полного испарения смеси в газификаторе с искусственным испарением, равная 1,0.

Подставляя полученные в результате осуществления известного способа параметры в формулу для Q1, получим

01 = 5,0 362 1,0 + 2,46 (6,4 - (-3,1))/3,6

=530 Вт

Величина экономии тепловой энергии составила

Э = 100% = 0,66%.

Предлагаемый способ по сравнению со способом искусственного испарения обеспечивает значительную экономию тепловой энергии невозобновляемого топлива (до 7080%) за счет предварительной газификации жидкой фазы в грунтовом проточном газификаторе с естественным подводом тепла.

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

Формула изобретения

Способ испарения сжиженного углеводородного газа, преимущественно смесь пропан-бутана с высоким содержанием бутана, включающий отбор паровой фазы из подземного резервуара с понижением в нем давления и температуры, отбор жидкой фазы с ее испарением в грунтовом проточном газификаторе с естественным подводом тепла, отличающийся тем, что, с целью экономии тепловой энергии, испарение в грунтовом газификаторе осуществляют до максимальной промежуточной степени сухости парожидкостной смеси пропан-бутана Хмакс.п, определяемой по формуле

104,11 1030,3

251,0 + tMSKC.ll

1048,9

27817 + 1макс.п где Рмин — абсолютное давление в проточном грунтовом газификаторе, минимально достаточное для обеспечения устойчивой работы установки газификации и регулятора низкого давления, 10 Па, ф- исходное молярное содержание бутана в пропан-бутановой смеси, поступающей в грунтовой гази фикатор из резервуара. доли единицы; тмакс.п. максимальная промежуточная температура парожидкостной смеси пропан-бутана на выходе Из грунтового газификатора, равная естественной температуре окружающего газификатор грунта, C;

4, 11; 1030,3; 251,0 — эмпирические коэффициенты для бутана;

4,43; 1048,9; 278,7- эмпирические коэффициенты для пропана, после чего оставшуюся жидкую фазу полностью испаряют в проточном газификаторе с искусственным подводом тепла.

1818502

Содержание бугпана 6 пропан-бугианадой сиеси, ч, т. Чо

Фиг.Я

Составитель Б.Курицын

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор

Заказ 1932 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101