Дипломная (вкр): Использование сжиженных газов в качестве резервного топлива на объектах газоснабжения

  T_{кр i} - критическая температура  i-го компонента смеси, K;

y_i - молярная концентрация i-го компонента в составе паровой
фазы СУГ, %;

n - число компонентов в составе паровой фазы СУГ.

Низшая рабочая теплота сгорания Q_нр паровой фазы СУГ, состоящей из n компонентов, определяется по формуле [39]

 , (2.11)

где Q_{нр i} - низшая рабочая теплота сгорания i-го компонента смеси, МДж/м³;

y_i - молярная концентрация i-го компонента в составе паровой фазы СУГ, %;

n - число компонентов в составе паровой фазы СУГ.

В справочной литературе [39] имеются два значения низшей теплоты сгорания, выраженных в МДж/кг и МДж/м³, которые взаимосвязаны между собой соотношением

Q_нр(МДж/м³) = r_п.ф.?Q_нр(МДж/кг), (2.12)

где  r_п.ф. - плотность паровой фазы СУГ, кг/м³.

Плотность паровой фазы СУГ определяется при стандартных условиях:
P_ст = 760 мм рт.ст. = 1,033 кгс/см² = 0,1013 МПа; Т_ст = 293,15 K.

Значения плотности при стандартных условиях и низшей рабочей теплоты сгорания углеводородных газов, входящих в состав паровой фазы СУГ, приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Значения низшей рабочей теплоты сгорания углеводородных газов, входящих в состав паровой фазы СУГ

Плотность паровой фазы СУГ, состоящей из n компонентов, при стандартных условиях можно определять как по формуле (2.7), так вычислять и по формуле [39]

, (2.13)

где  r_{ст i} - плотность i-го компонента паровой фазы СУГ при стандартных условиях, кг/м³.

Низшая рабочая теплота сгорания Q_нр паровой фазы СУГ многокомпонентного состава рассчитывается по формуле (2.11).

Взаимозаменяемость газовых смесей различного компонентного состава характеризует число Воббе, значение которого вычисляется по формуле [11]

,   (2.14)

где  Wo - число Воббе, МДж/м³;

Q_нр - низшая рабочая теплота сгорания природного газа, МДж/м³;

  D - относительная плотность газа по воздуху.

Природный газ, используемый для целей газоснабжения, на 95-97%
состоит из метана. Относительная плотность метана по воздуху D = r_г/r_в=
= m_г/m_в= 16,043/28,966 = = 0,554. Число Воббе по формуле (2.14) для метана

 МДж/м³.

ГОСТ 5542-87 [11] устанавливает диапазон изменения числа Воббе Wo в пределах от 41,2 до 54,5 МДж/м³, отклонения чисел Воббе допускаются в пределах не более ±5%.

Природные горючие газы относятся к группе веществ, образующих с воздухом взрывоопасные смеси. Концентрационные пределы воспламенения (по метану) в смеси с воздухом: нижний - 5, верхний - 15 в объемных процентах. Для природного газа конкретного состава концентрационные пределы воспламенения определяют по ГОСТ 12.1.044-89 [12]. Категория и группа взрывоопасной смеси IIАТI по ГОСТ 12.1.011-78 [13].

Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения многокомпонентной газовой смеси могут быть уточнены по формуле [32, 39]

,   (2.15)

где  L - концентрационный предел воспламенения газовой смеси (нижний или верхний), %;

y_i - молярная концентрация i-го компонента в составе газовой смеси, %;

L_i -   концентрационный предел воспламенения i-го компонента газовой смеси (нижний или верхний), %.

Значения нижнего и верхнего концентрационных пределов воспламенения углеводородных газов приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Концентрационные пределы воспламенения углеводородных газов в смеси с воздухом

Результаты расчетов основных физических свойств паров СУГ при температурах минус 10°C, минус 20°C, минус 30°C и минус 40°C сведены в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 - Результаты расчетов основных физических свойств паров СУГ

Выполненные расчеты по определению физических свойств паровой фазы СУГ, которая образуется при естественном испарении СУГ в резервуарах, позволяют сделать следующие выводы:

1. Теплота сгорания изменяется в зависимости от компонентного состава паровой фазы СУГ и в более чем 2,5 раза превосходит теплоту сгорания природного газа. Число Воббе паров СУГ находится за пределами диапазона от 41,2 до 54,5 МДж/м³, установленного ГОСТ 5542-87 [11]. Пары СУГ являются более калорийным видом топлива по сравнению с природным газом, поэтому горелки газоиспользующего оборудования должны быть перенастроены для использования паровой фазы СУГ.

2. Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения паров СУГ составляют 2,4 и 10,0% объемных соответственно, что отличается от концентрационных пределов воспламенения природного газа от 5,0 до 15,0% объемных и должно учитываться при использовании СУГ в качестве резервного топлива для целей газоснабжения.

3. При естественной регазификации СУГ в паровую фазу переходят, прежде всего, легкокипящие фракции. При температурах окружающего воздуха –30°C и –40°C бутановые фракции СУГ (н-бутан, изобутан и бутен-1) будут оставаться в резервуаре в виде неиспаряемых остатков, которые необходимо будет периодически удалять из резервуара.

4. Величины давления насыщенных паров СУГ марки ПТ (пропан технический) при температурах окружающего воздуха –30°C и –40°C получились равными 0,154 МПа и 0,104 МПа (абс.) соответственно, что не позволит подать паровую фазу СУГ из резервуара в газовую сеть среднего давления.

5. Недостатки, связанные с естественным испарением СУГ в резервуарах, могут быть преодолены за счет применения искусственной регазификации СУГ, когда испарение жидкой фазы СУГ происходит от внешнего источника электрической или тепловой энергии.

2.1.2  Определение основных физических свойств паров СУГ
при искусственной регазификации

При искусственной регазификации СУГ молярные составы жидкой и паровой фазы СУГ идентичны друг другу. Молярный состав паровой фазы при искусственной регазификации жидкой фазы СУГ с помощью испарителей различных конструкций приведен в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Массовые и молярные концентрации жидкой и паровой фаз при искусственной регазификации СУГ

Компонентный состав паровой фазы СУГ (в % молярных) в виде круговой диаграммы изображен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Компонентный состав паровой фазы СУГ (в % молярных).

Результаты расчетов основных физических свойств паров СУГ при искусственной регазификации жидкой фазы СУГ сведены в таблицу 2.10.

Таблица 2.10 - Результаты расчетов основных физических свойств паров СУГ