СОДЕРЖАНИЕ
1.1 Технология «propane-air» (пропан - воздух) 10
1.2 Конструкции испарителей и установок для регазификации жидкой фазы СУГ 16
2.1 Определение основных физических свойств паровой фазы СУГ. 50
2.2 Расчет свойств газовоздушных смесей для целей газоснабжения. 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 82
ПРИЛОЖЕНИЕ. Физико-химические свойства СУГ.. 86
Объектом исследования являются газораспределительные системы природного газа.
Данная работа открывает новые направления в резервировании системы газоснабжения с помощью сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан), а также по использованию пропан-бутановоздушных смесей в комплексной газификации регионов РФ.
В ходе работы были выполнены следующие задачи:
- проанализированы основные техническо-эксплуатационные показатели отечественных и зарубежных установок по приготовлению и использованию пропан-бутановоздушных смесей;
- проведены исследования по изменению характеристик паровой фазы пропан-бутановых смесей при их разбавлении воздухом;
- разработаны рекомендации по использованию установок для приготовления пропан-бутановоздушных смесей.
Экономический эффект от использования сжиженного газа в качестве резервного топлива получается за счет замещения паров пропан-бутана воздухом (до 40%) в составе газовой смеси при испарении.
В РФ правовые, экономические и организационные вопросы в области газоснабжения определяются Федеральным законом «О газоснабжении в Российской Федерации» от 31.03.99 г. №69-ФЗ [1], который базируется на положениях Конституции РФ и Гражданского кодекса РФ.
Природный
газ и сжиженный углеводородный газ (СУГ) в системах
газоснабжения используются в качестве топлива. Они имеют углеводородную основу,
но различаются по физическим свойствам. Тем не менее, в классификации
газопроводов систем газораспределения и газоснабжения в СНиП 42-01-2002 [17]
природный газ и СУГ неразрывно связаны и органично дополняют друг друга.
Классификация газопроводов систем газораспределения в зависимости от вида
транспортируемого газа и величины рабочего давления представлена в таблице В.1.
Таблица В.1 - Классификация газопроводов систем газораспределения
|
Газопроводы |
Вид транспортируемого газа |
Рабочее давление |
|
|
Высокого давления |
Iа категории |
|
свыше 1,2 |
|
I категории |
Природный газ |
свыше 0,6 до 1,2 вкл. |
|
|
СУГ |
свыше 0,6 до 1,6 вкл. |
||
|
II категории |
Природный газ и СУГ |
свыше 0,3 до 0,6 вкл. |
|
|
Среднего давления |
Природный газ и СУГ |
свыше 0,005 до 0,3 вкл. |
|
|
Низкого давления |
Природный газ и СУГ |
до 0,005 вкл. |
|
Безопасная
эксплуатация систем газоснабжения природным и сжиженным углеводородным газом
регламентируется следующими основными документами: СП 62.13330.2011, ПБ 12-529-03
[19], ПБ 12-609-03 [20],
а также рядом отраслевых нормативно-технических документов, таких как ГОСТ Р
54982-95 по технической эксплуатации газораспределительных систем.
Данные исследования выполняются с целью создания установки отечественного производства для приготовления пропан-бутановоздушных смесей, не уступающей по техническим характеристикам зарубежным аналогам. Безопасность эксплуатации данной установки достигается автоматизацией управления технологическим процессом и контроля параметров на базе современных средств информационно-измерительной и вычислительной техники.
Природный газ (метан) и разбавленные воздухом пропан-бутановые смеси взаимозяменяемы и не требуют переналадки газоиспользующих аппаратов и изменения рабочего давления в газовых сетях, что расширяет возможности использования сжиженного углеводородного газа (СУГ) при газификации и в качестве резервного топлива.
Данное исследование открывает новые направления по использованию пропан-бутановоздушной смеси при комплексной газификации регионов Российской Федерации, а также в резервировании системы газоснабжения с помощью сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан). В ОАО «Газпром» аналогичные разработки ранее не проводились.
В настоящее время ОАО «Газпром» осуществляет реализацию программы газификации регионов РФ [25], обеспечивая нужды промышленного производства и населения самым дешевым и экологически чистым топливом - сетевым природным газом.
Потребление сетевого природного газа происходит неравномерно. Существуют неравномерности в потреблении газа: часовые, суточные и сезонные. Помимо этого, существенные коррективы в режимы потребления газа вносят низкие отрицательные температуры воздуха. Возникающие пиковые нагрузки на газораспределительную сеть покрываются за счет использования резервного топлива.
В газифицированных котельных в качестве резервного топлива, как правило, применяется мазут, использование которого предусматривает наличие мазутного хозяйства, имеющего в своем составе хранилище мазута, насосы, систему подогрева топлива, а также оснащение котлов специальными газомазутными горелками.
Применение мазута в качестве резервного топлива для газифицированных котельных, кроме значительных капитальных вложений и затрат на эксплуатацию мазутного хозяйства, имеет существенный недостаток, который заключается в невозможности оперативно подать мазут на горелки котлов в случае прекращения подачи природного газа. Подача мазута по технологическим трубопроводам на горелку котла при низких отрицательных температурах требует времени на подготовку.
Резервирование газоснабжения с помощью СУГ в случае прекращения подачи природного газа имеет существенные преимущества по сравнению с мазутом. СУГ являются идеальным видом топлива для промышленных и коммунально-бытовых потребителей, превосходят природный сетевой газ по теплоте сгорания, отличаются простотой конструкций газоиспользующего оборудования и характеризуются чистотой выбросов продуктов сгорания в атмосферу.
При рассмотрении вопроса по взаимозаменяемости горючих газов необходимо учитывать, что максимальные скорости распространения пламени не различались более чем на 15-20% [32, 37]. Максимальные скорости распространения пламени метана 0,34 м/с, пропана 0,39 м/с и н-бутана 0,38 м/с, то есть данные газы с точки зрения равенства скоростей распространения пламени являются взаимозаменяемыми.
По теплоте сгорания пары СУГ значительно превосходят природный газ, поэтому для целей газоснабжения рекомендуется использовать газовоздушные смеси паров пропан-бутана с воздухом. Применение смесительных установок по приготовлению газовоздушных смесей СУГ позволяет осуществлять подпитку систем на природном газе без остановки технологического процесса и без выполнения каких-либо наладочных работ.
Использование смесительных установок по приготовлению смесей паров СУГ с воздухом наиболее оправдывает себя в следующих ситуациях:
- использование газовоздушных смесей в качестве альтернативного топлива для крупных потребителей, у которых ограничены лимиты на природный газ;
- при энергоснабжении уже введенных в эксплуатацию объектов, где в перспективе будет использоваться природный газ;
- для резервного газоснабжения при отключении природного газа;
- при покрытии «пиковых» нагрузок на газораспределительную сеть природного газа;
- при перебоях в подаче природного газа, вызванных падением давления в газопроводе (большое количество потребителей, низкие температуры в зимнее время);
- использование на объектах, где возникают условия, способствующие образованию конденсата в газопроводе.
На рисунке В.1 представлена схема резервирования газоснабжения производственного объекта с помощью СУГ.
Рисунок В.1 - Схема резервирования газоснабжения с помощью СУГ.
Проблема бесперебойного снабжения природным газом потребителей требуют своего решения. Для систем газоснабжения, использующих природный газ в качестве основного топлива, типичными факторами риска являются:
-
прекращение
подачи газа, вызванное аварийными ситуациями
на газопроводе;
- падение давления в газопроводе, обусловленное «пиковыми» нагрузками на газораспределительную сеть.
Для потребителей природного газа в зарубежных странах проблема усугубляется еще и сезонными скачками цен на природный газ. Многие промышленные потребители вынуждены отказываться от использования природного газа во время сезонных «пиков» потребления. В этих случаях бесперебойное функционирование систем энергоснабжения обеспечивается за счет использования резервного топлива.
Недостаточное внимание к данной проблеме при перебоях с поставками основного вида топлива может привести к возникновению ощутимого экономического ущерба, особенно для предприятий с непрерывным технологическим циклом.
К настоящему времени в ряде зарубежных стран, таких как США, Канада и страны Западной Европы, накоплен обширный опыт разработки и использования технологий и систем резервного газоснабжения. Одним из эффективных и широко применяемых вариантов резервного (аварийного) топлива, пригодным для большинства потребителей природного газа, является пропано-воздушная смесь (propane-air). В некоторых источниках смесь пропана с воздухом иногда называют «искусственным природным газом» (Synthetic Natural Gas - SNG).
Использование СУГ (пропана или пропан-бутана) в качестве резервного топлива целесообразно по целому ряду факторов. К числу преимуществ данного вида топлива относится его экологичность, удобство транспортировки и хранения, а также цены на СУГ, которые не подвержены таким резким колебаниям, как цены на природный газ.
Недостатком СУГ как резервного топлива является отличие их физико-химических свойств от природного газа, в результате чего газоиспользующее оборудование, рассчитанное для работы на природном газе, не может быть напрямую переведено на использование паровой фазы СУГ. Данная проблема имеет эффективное технологическое решение: при разбавлении паровой фазы СУГ воздухом газовоздушная смесь приобретает свойства, аналогичные свойствам природного газа.